面向服務(wù)體系架構(gòu)的云計算框架模型研究

劉太甫

(黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息學(xué)院，湖北黃岡438002)

隨著互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)和高性能計算的發(fā)展，在產(chǎn)業(yè)界、學(xué)術(shù)界、IT界等各個領(lǐng)域產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量，以前所未有的速度不斷增長，海量數(shù)據(jù)的出現(xiàn)為人們提出新的挑戰(zhàn)。為了有效滿足面向互聯(lián)網(wǎng)的復(fù)雜應(yīng)用及對大規(guī)模計算能力、海量數(shù)據(jù)處理和信息服務(wù)的需求，必須有效地整合分散的計算資源。在這種情況下，“云計算”概念被提出來。

云計算是一種通過網(wǎng)絡(luò)對IT基礎(chǔ)設(shè)施的交付和使用模式，一種新型服務(wù)的計算模式，是用一種共享基礎(chǔ)架構(gòu)的方法，能夠向各種互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供硬件服務(wù)、基礎(chǔ)架構(gòu)服務(wù)、平臺服務(wù)、軟件服務(wù)、存儲服務(wù)的系統(tǒng)。它的核心是提供計算資源、數(shù)據(jù)存儲和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)(Service-Oriented Architecture，SOA)是指在Internet環(huán)境下為了解決業(yè)務(wù)集成的需要，通過連接完成特定任務(wù)的獨立功能實體實現(xiàn)的一種軟件體系結(jié)構(gòu)［1］。它能實現(xiàn)服務(wù)的高可重用性、靈活性。云計算是一種能夠動態(tài)提供虛擬化可擴展資源的計算模式，這些資源作為服務(wù)通過互聯(lián)網(wǎng)向外發(fā)布。所以，云計算實際上是使用互聯(lián)網(wǎng)資源的SOA，結(jié)合兩者的優(yōu)勢。而為人們提供網(wǎng)絡(luò)資源共享的便利。

1 云計算與SOA的特征

云計算借助易于擴展、維護升級便捷等特性已經(jīng)不斷被應(yīng)用到互聯(lián)網(wǎng)中，筆者通過介紹云計算與SOA的特征，使基于云上的SOA架構(gòu)隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展而不斷應(yīng)用到其中。

1.1 云計算的特點

云計算是把存儲于個人電腦、服務(wù)器和其他設(shè)備的大量存儲器容量和處理器資源集中在一起，統(tǒng)一管理并協(xié)同工作。它的原理是將計算或欲存儲的數(shù)據(jù)分配到云環(huán)境中的各個節(jié)點，然后按需提供存儲空間和信息服務(wù)。云計算通過網(wǎng)絡(luò)訪問、按需服務(wù)、資源共享、低成本等優(yōu)勢，表現(xiàn)出具有大規(guī)模、虛擬化、用戶透明性、水平垂直可擴展性［2］、可靠安全性等特征。

云計算是一種部署架構(gòu)，它的基本應(yīng)用框架分為基礎(chǔ)設(shè)施層、應(yīng)用層、服務(wù)提供層(如圖1)。處在最低層的是基礎(chǔ)設(shè)施層，該層主要包括支撐云計算的軟硬件資源，通過將軟硬件資源有機的結(jié)合起來，能夠有效地滿足用戶的需求。倒數(shù)第二層是應(yīng)用層，這一層是云計算服務(wù)的核心層，它能夠為應(yīng)用開發(fā)人員提供建立應(yīng)用時所需的基于云的服務(wù)，即云平臺服務(wù)。開發(fā)人員就是云平臺的直接用戶，通過云平臺可以將請求傳遞給應(yīng)用，然后使得應(yīng)用可以運行。最上面一層為服務(wù)提供層，用戶的所有服務(wù)基本都是通過這一層與云計算服務(wù)提供方進行交互，并得到云計算的服務(wù)結(jié)果。這一層主要是和用戶應(yīng)用接口相關(guān)的軟件，是云計算服務(wù)推向市場過程中最應(yīng)該重視的層面，因為軟件的界面是否友好、功能是否全面，將直接影響著用戶使用云計算的基本框架。

圖1 云計算的基本應(yīng)用框架

1.2 SOA的特征

SOA是一個組件模型，是設(shè)計企業(yè)IT的架構(gòu)方法，由一系列相互交互的服務(wù)組成，能夠?qū)⒉煌悇e、不同平臺的服務(wù)結(jié)合在一起，動態(tài)地、實時地更新維護一個跨區(qū)域的多功能的應(yīng)用實體。

SOA架構(gòu)的系統(tǒng)具有以業(yè)務(wù)為中心、隨需應(yīng)變和統(tǒng)一標準的特點。其中，企業(yè)服務(wù)總線(ESB)是SOA基礎(chǔ)架構(gòu)的關(guān)鍵組件。SOA可以隨需應(yīng)變地適應(yīng)業(yè)務(wù)的內(nèi)容變化和發(fā)展。如圖2所示，SOA通過標準化的機制，將這些服務(wù)注冊于公共數(shù)據(jù)庫之中，易被服務(wù)使用方發(fā)現(xiàn)，實現(xiàn)服務(wù)使用方和服務(wù)提供方之間的動態(tài)綁定和直接交互，從而完成企業(yè)應(yīng)用中的一定邏輯功能［3］。從云計算模式角度分析，圖2中的服務(wù)代理方和服務(wù)提供方都部署在云端，以云計算的形式為服務(wù)使用方提供服務(wù)。服務(wù)使用方既不關(guān)心也無需知道這些服務(wù)屏蔽的具體細節(jié)，只需關(guān)心需要什么服務(wù)即可。

圖2 SOA體系結(jié)構(gòu)圖

2 云計算與SOA的融合

云計算是按照使用者的需求提供軟件應(yīng)用服務(wù)的業(yè)務(wù)模式，SOA可發(fā)揮其在系統(tǒng)和接口標準化等方面的優(yōu)勢，為云計算提供一個較好的技術(shù)平臺。SOA在云計算的服務(wù)提供層而進行資源整合，云計算補充了底層硬件層面資源虛擬化和整合，兩者的理念是相似的。

由于云內(nèi)的應(yīng)用需要標準化和規(guī)范化，它們需要一套完整的架構(gòu)將其整合在一起形成一個完整的服務(wù)或服務(wù)流程，同時SOA也實現(xiàn)了對已有服務(wù)粒度的重定義，這在技術(shù)上使得云內(nèi)的應(yīng)用演變成了標準的云服務(wù)，并通過統(tǒng)一的服務(wù)治理策略來進行統(tǒng)一管理和維護。因此，云計算在其發(fā)展過程中與SOA必然會產(chǎn)生交集。

從上述對云計算和SOA的分析可以看出，云計算是一個面向服務(wù)的基礎(chǔ)設(shè)施，它采用了SOA的架構(gòu)原則并且把這個原則應(yīng)用到了一個基礎(chǔ)設(shè)施。SOA作為一個成熟的體系結(jié)構(gòu)，能夠為云計算引入成熟的工作流程。云計算利用SOA可以將基礎(chǔ)設(shè)施作為一組服務(wù)提供給用戶。SOA可以指導(dǎo)云計算更加有效地提供服務(wù)。云計算涉及的服務(wù)概念是SOA中服務(wù)的延伸。為此，SOA與云計算需要彼此融合，相互補充，促進彼此發(fā)展和能力完善，從而形成一種有競爭力的框架模型。不僅可以很好地契合企業(yè)信息化建設(shè)永無止境、不斷創(chuàng)新的特點，同時也可兼顧企業(yè)應(yīng)用的高穩(wěn)定、高復(fù)用、易擴展、易維護、低成本策略，實現(xiàn)企業(yè)資源的共享與重用，滿足企業(yè)快速發(fā)展的需要。

3 面向服務(wù)架構(gòu)的云計算框架模型

掌握SOA和云計算的各自適用范圍、相互融合關(guān)系，理解SOA對云計算技術(shù)和應(yīng)用需求的支撐，能更好地引導(dǎo)和規(guī)范SOA和云計算技術(shù)在實際應(yīng)用中的實施。因此，筆者借鑒SOA與云計算的特點及相互融合過程，提出了面向服務(wù)架構(gòu)的云計算框架模型如圖3所示。

圖3 面向服務(wù)架構(gòu)的云計算框架模型

該云計算框架模型分為用戶層、代理層、平臺層，其中平臺層中包括基礎(chǔ)設(shè)施層與應(yīng)用層。用戶完成一次的訪問過程是先訪問用戶層的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，然后通過代理層將信息資源匹配到能滿足用戶條件的服務(wù)，建立用戶層與平臺層之間的映射關(guān)系，并提供相應(yīng)的接口。下面對各層進行定義描述。

(1)平臺層。平臺層包括了云計算系統(tǒng)中的基礎(chǔ)設(shè)施層與應(yīng)用層。該層通過虛擬化技術(shù)將軟硬件資源共享至虛擬資源池。由于單一的或復(fù)合的云資源可以組成云資源單元來提高資源的可管理性和穩(wěn)定性，這些云單元被封裝成標準的云服務(wù)，服務(wù)之間是對等的。云服務(wù)主要實現(xiàn)單個服務(wù)的共享，為服務(wù)構(gòu)造層的云計算服務(wù)提供注冊功能。最后通過SOA的企業(yè)總線(ESB)對云服務(wù)進行統(tǒng)一管理、分類、組合而成的具有相同功能的云計算服務(wù)集合，即虛擬服務(wù)。云計算和虛擬服務(wù)的分離實現(xiàn)了服務(wù)的虛擬化，有利于進一步資源共享。

(2)代理層。該層主要是面向多種服務(wù)的共享，通過虛擬服務(wù)信息匯聚到代理層，用戶可以根據(jù)這些信息進行資源發(fā)現(xiàn)和高度。另外，該層提供消息、用戶管理、系統(tǒng)的進行監(jiān)控等輔助功能。

(3)用戶層。用戶層是面向最終用戶的系統(tǒng)視圖，它主要包括任務(wù)管理功能、服務(wù)調(diào)度功能。任務(wù)管理是以項目管理的方式管理用戶的應(yīng)用任務(wù)，通過服務(wù)調(diào)度功能的信息資源發(fā)現(xiàn)，選擇匹配的信息。

依據(jù)圖3，SOA解決業(yè)務(wù)需求到技術(shù)實現(xiàn)的分離，使業(yè)務(wù)系統(tǒng)靈活應(yīng)對業(yè)務(wù)需求的變化。而云計算更多解決技術(shù)實現(xiàn)到平臺層的基礎(chǔ)設(shè)施單元的分享，使軟硬件環(huán)境靈活響應(yīng)業(yè)務(wù)系統(tǒng)。通過SOA的ESB總線可以實現(xiàn)面向服務(wù)架構(gòu)的云計算框架模型中各層之間的總線式集成，其次，對于該模型中平臺層，它既是一個在線開發(fā)環(huán)境，也是一個在線執(zhí)行環(huán)境，而不管是對于開發(fā)和執(zhí)行，在用戶層中的數(shù)據(jù)服務(wù)、業(yè)務(wù)服務(wù)、流程服務(wù)、展現(xiàn)服務(wù)等都可以作為平臺層在線開發(fā)時的能力單元。而這些能力單元在線進行服務(wù)編排和組裝時又可以借助SOA本身已有的流程引擎和規(guī)則引擎來完成。只是SOA中間件本身的很多能力都云化了，而不再是為單個應(yīng)用提供服務(wù)。另一方面，SOA平臺也需要基礎(chǔ)設(shè)施支撐，這些基礎(chǔ)設(shè)施可以直接使用云計算平臺基礎(chǔ)設(shè)施層的計算能力單元和存儲能力單元，這些單元也可以服務(wù)的方式接入到ESB總線上。

由于企業(yè)中絕大部分用戶僅使用業(yè)務(wù)服務(wù)系統(tǒng)而不直接使用平臺層的基礎(chǔ)設(shè)施支撐環(huán)境，其云平臺的服務(wù)單元功能適度且隱蔽了各自功能的具體細節(jié)，僅面向接口實現(xiàn)與調(diào)用，并與代理層在云端完成。因此可以提高開發(fā)人員的生產(chǎn)效率，實現(xiàn)靈活配置、少量的開發(fā)和大量的利用，敏捷定制各種企業(yè)應(yīng)用，從而滿足企業(yè)快速發(fā)展的需要。

4 評估與結(jié)論

為了證明面向服務(wù)架構(gòu)的云計算框架模型的切實可行性，筆者利用多臺計算機，借助云計算進行實驗。首先將每臺計算機分別提供不同的服務(wù)，然后選需任意一個用戶訪問到本機不存在的多種服務(wù)，同時云計算服務(wù)器在對外提供服務(wù)時，還可充分利用網(wǎng)絡(luò)中的每臺計算機的可用資源，為單一的用戶提供云計算環(huán)境，并能完成同樣的復(fù)雜任務(wù)。從而證明此模型是可行的，而且可以優(yōu)化企業(yè)現(xiàn)有資源，提高服務(wù)效率，降低工作成本。

云計算作為一種新型服務(wù)計算模式，在向外推出服務(wù)方面是對面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)的繼承與發(fā)展。目前，關(guān)于云計算的體系結(jié)構(gòu)還沒有統(tǒng)一標準，各界都在積極以求制定一個合理、標準的云計算體系結(jié)構(gòu)。筆者提出面向服務(wù)架構(gòu)的云計算框架模型，分析用戶與云計算服務(wù)交互過程，并經(jīng)實踐證明，該模型是可行、簡單、實用，各層的特征及功能也較為完善，能有效地實現(xiàn)資源的優(yōu)化調(diào)度。面向服務(wù)架構(gòu)的云計算框架模型將會是未來一段時間企業(yè)信息化建設(shè)的一種發(fā)展趨勢，并對整體理解和研究云計算具有一定的意義。

［1］柴曉路，梁宇奇.Web Services技術(shù)、架構(gòu)和應(yīng)用［J］.北京:電子工業(yè)出版社，2003.

［2］王龍，萬振凱.基于服務(wù)架構(gòu)的云計算研究及其實現(xiàn)［J］.計算機與數(shù)字工程，2009(07):89.

［3］張明寶，夏安邦.基于面向服務(wù)體系架構(gòu)的敏捷虛擬企業(yè)信息系統(tǒng)框架［J］.計算機集成制造系統(tǒng)，2004，10(08):986.