開源IaaS之比較研究

陳立民

中國聯(lián)通研究院 北京 100032

引言

大數(shù)據(jù)時(shí)代,“數(shù)據(jù)即資產(chǎn)”成為業(yè)界的核心共識(shí)。不斷積累的海量數(shù)據(jù),給數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與檢索、數(shù)據(jù)挖掘與智能應(yīng)用等信息處理技術(shù)帶來全新的挑戰(zhàn)。如何善用自身數(shù)據(jù)資產(chǎn)、發(fā)揮大數(shù)據(jù)能量、為企業(yè)帶來具有競(jìng)爭(zhēng)力的優(yōu)勢(shì)是研發(fā)部門亟需解決的問題。作為新一代的資源使用和交付模式,云計(jì)算為上述問題提供了有前景的解決思路。它在大規(guī)模的廉價(jià)服務(wù)器集群之上架構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)施,從傳統(tǒng)地強(qiáng)調(diào)單機(jī)性能轉(zhuǎn)向了借助廉價(jià)服務(wù)器集群的“虛擬化、分布式、智能化”。云計(jì)算提供了具有高擴(kuò)展性和可用性的分布式并行計(jì)算,為大數(shù)據(jù)時(shí)代的海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理提供了切實(shí)可行的方案,可以說,云計(jì)算是大數(shù)據(jù)時(shí)代的系統(tǒng)工程[1]。

面對(duì)云計(jì)算帶來的新機(jī)遇與挑戰(zhàn),各大運(yùn)營商均嚴(yán)陣以待,積極尋找定位、發(fā)展自己的云戰(zhàn)略[2-4]。云計(jì)算分為三個(gè)層面,即基礎(chǔ)架構(gòu)(IaaS)、平臺(tái)(PaaS)和應(yīng)用軟件(SaaS),它們分別向用戶提供虛擬數(shù)據(jù)中心、開發(fā)和測(cè)試環(huán)境以及在線軟件等服務(wù)。對(duì)于正在制定云戰(zhàn)略的公司來說,在IaaS與PaaS之間選擇合適的模式是非常重要的一個(gè)決策。與PaaS相比,IaaS具有更廣泛的應(yīng)用范圍,且支持OVF等協(xié)議,能夠跨平臺(tái)和降低對(duì)供應(yīng)商的依賴性,更具靈活性和機(jī)動(dòng)性,更適合大型企業(yè)。此外,運(yùn)營商具有大量IDC資源,這正是IaaS的一個(gè)典型應(yīng)用領(lǐng)域,當(dāng)前階段運(yùn)營商宜使用IaaS發(fā)展云戰(zhàn)略。

相比商用IaaS產(chǎn)品,開源項(xiàng)目進(jìn)一步降低了用戶對(duì)廠商的依賴性,具有更好的兼容性、擴(kuò)展性、靈活性和可維護(hù)性,為用戶提供了備選方案。各開源項(xiàng)目在諸多方面具有不同的特色與優(yōu)勢(shì),這使用戶在根據(jù)自身的需求和期望選擇合適的開源項(xiàng)目時(shí)有一定難度,特別是新進(jìn)入云計(jì)算領(lǐng)域的用戶。本文介紹了當(dāng)前主流的開源IaaS云,分析對(duì)比了這些開源IaaS云的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),幫助用戶選擇合適的開源IaaS云,發(fā)展自己的云戰(zhàn)略。

1 云計(jì)算簡(jiǎn)介

云計(jì)算分布式計(jì)算(Distributed Computing)、并行計(jì)算(Parallel Computing)、效用計(jì)算(Utility Computing)、網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)(Network Storage Technologies)、虛擬化(Virtualization)、負(fù)載均衡(Load Balance)等傳統(tǒng)計(jì)算技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展融合的產(chǎn)物。它是一種通過互聯(lián)網(wǎng)以服務(wù)的方式提供動(dòng)態(tài)可伸縮的虛擬化資源的計(jì)算模式,提供以下三個(gè)層面的資源與服務(wù)。

1) 基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)(Infrastructure as a Service,IaaS)。IaaS通過網(wǎng)絡(luò)向用戶提供計(jì)算機(jī)(物理機(jī)和虛擬機(jī))、存儲(chǔ)空間、網(wǎng)絡(luò)連接、負(fù)載均衡和防火墻等基本計(jì)算資源,用戶在此基礎(chǔ)上部署和運(yùn)行各種軟件,包括操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序。業(yè)界主要的IaaS有亞馬遜EC2、微軟Azure、谷歌Compute Engine、開源社區(qū)的OpenStack等。

2) 平臺(tái)即服務(wù)(Platform as a Service,PaaS)。PaaS提供用戶開發(fā)環(huán)境,不僅包括操作系統(tǒng),還包括編程語言執(zhí)行環(huán)境、數(shù)據(jù)庫和Web服務(wù)器等。PaaS將軟件開發(fā)平臺(tái)作為一種服務(wù)提供給用戶。用戶基于PaaS平臺(tái)部署和運(yùn)行自己的應(yīng)用,它只需關(guān)注自身的應(yīng)用,節(jié)省了管理和控制PaaS層的復(fù)雜性和成本。業(yè)界主要PaaS有微軟的Azure、谷歌的Google App Engine、開源社區(qū)的Hadoop和Storm等。

3) 軟件即服務(wù)(Software as a Service,SaaS)。SaaS將運(yùn)行在云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施上的應(yīng)用程序作為服務(wù)提供給用戶。提供商在云基礎(chǔ)設(shè)施上安裝和運(yùn)行應(yīng)用軟件,用戶通過客戶端(Web瀏覽器、上網(wǎng)本等)進(jìn)行訪問。業(yè)界主要的SaaS有Salesforce的CRM、谷歌Apps、微軟Off i ce365等。

圖1展示了云計(jì)算三種模式及用戶間的關(guān)系。用戶可以根據(jù)自身需求,自主地選擇云計(jì)算的模式,三種模式的選擇不存在相關(guān)性。SaaS云通常部署在云上(PaaS或者IaaS);PaaS與IaaS之間并沒有繼承關(guān)系,PaaS可以部署在IaaS上(如圖1中虛箭頭所示),也可以直接部署在物理資源上。

圖1 云計(jì)算三種模式及用戶間關(guān)系

2 主流開源IaaS云項(xiàng)目

目前,亞馬遜、微軟、IBM、Oracle等是提供IaaS服務(wù)的典型代表,但各廠商間對(duì)虛擬化軟件的兼容性相對(duì)不足,且開放性和可維護(hù)性較弱,很難滿足企業(yè)需求的靈活性和適應(yīng)性。開源IaaS具有更好的兼容性、擴(kuò)展性、靈活性和可維護(hù)性,為用戶提供了商用IaaS以外的備選方案。下面簡(jiǎn)介Eucalyptus、CloudStack、OpenNebula、AbiCloud和OpenStack等5個(gè)開源IaaS項(xiàng)目。

2.1 Eucalyptus

Eucalyptus[5]是一個(gè)面向研究社區(qū)的開源軟件基礎(chǔ)設(shè)施,它采用模塊化的設(shè)計(jì),各組件間通過SOAP消息相互通信。Eucalyptus實(shí)現(xiàn)過程中使用了常見的Linux工具和基本的Web服務(wù)技術(shù),用戶可以很方便地?cái)U(kuò)展、安裝和維護(hù)。Eucalyptus是商業(yè)應(yīng)用亞馬遜EC2的開源實(shí)現(xiàn),且獲得了亞馬遜公司在AWS API兼容性方面的技術(shù)支持,與商業(yè)服務(wù)接口具有很好的兼容性。Eucalyptus使用輕量級(jí)開源關(guān)系數(shù)據(jù)庫HSQLDB,這影響了Eucalyptus的擴(kuò)展性,因?yàn)镠SQLDB不適合管理大型數(shù)據(jù),例如百萬數(shù)量級(jí)記錄的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用。此外,Eucalyptus并非100%開源,它已經(jīng)開始商業(yè)化,但仍然按開源項(xiàng)目維護(hù)和開發(fā)。

2.2 CloudStack

CloudStack[6]是Apache軟件組織經(jīng)營的一個(gè)具有高可用性及擴(kuò)展性的開源云計(jì)算平臺(tái),同時(shí)也是一個(gè)開源的云計(jì)算解決方案。CloudStack通過CloudBridge提供兼容亞馬遜EC2的接口,對(duì)外提供具有高可用性及擴(kuò)展性的IaaS服務(wù)。它采用“框架＋插件”的系統(tǒng)構(gòu)架,通過不同的插件支持不同的虛擬化技術(shù),如KVM、XenServer、VMware、Oracle VM、Xen等。

CloudStack采用分層結(jié)構(gòu),即客戶端層、核心引擎層以及資源層,它提供管理多臺(tái)物理主機(jī)的單一接口,用戶可以通過Web界面、命令行工具和功能齊全的API管理使用自己的云。此外,CloudStack提供了兼容AWS EC2和S3的API。

2.3 OpenNebula

OpenNebula[7]是歐洲研究學(xué)會(huì)發(fā)起的開源IaaS計(jì)劃,它是由自動(dòng)化引擎的集群轉(zhuǎn)變的IaaS平臺(tái),可以說,OpenNebula是一個(gè)比其它開源IaaS更開源的項(xiàng)目。OpenNebula支持Xen,KVM或VMware ESX建立和管理私有云,同時(shí)還提供Deltacloud適配器,與Amazon EC2配合來管理混合云。中國移動(dòng)研究院的“大云”和中國科學(xué)院的“凌云”項(xiàng)目均基于OpenNebula開源框架構(gòu)建。

OpenNebula能夠在分布式基礎(chǔ)設(shè)施上根據(jù)資源分配策略、結(jié)合數(shù)據(jù)中心資源和遠(yuǎn)程云資源實(shí)現(xiàn)多層服務(wù)的動(dòng)態(tài)布置。OpenNebula的構(gòu)架包括驅(qū)動(dòng)層、核心層、工具層。驅(qū)動(dòng)層負(fù)責(zé)虛擬機(jī)的創(chuàng)建、啟動(dòng)和關(guān)閉,監(jiān)控物理機(jī)和虛擬機(jī)的運(yùn)行狀況。核心層負(fù)責(zé)管理虛擬機(jī)、存儲(chǔ)設(shè)備、虛擬網(wǎng)絡(luò)等。工具層通過命令行界面/瀏覽器界面方式提供用戶交互接口,通過API方式提供程序調(diào)用接口。

2.4 AbiCloud

AbiCloud[8]是AbiQuo公司推出的一款開源產(chǎn)品,用于幫助用戶以快速、簡(jiǎn)單和可擴(kuò)展的方式創(chuàng)建和管理大型、復(fù)雜的IT基礎(chǔ)設(shè)施(包括虛擬服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用、存儲(chǔ)設(shè)備等等)。較同類其他產(chǎn)品,AbiCloud的主要特色在于其強(qiáng)大的Web界面管理,用戶可以通過拖拽一個(gè)虛擬機(jī)來部署一個(gè)新的服務(wù)。

目前,AbiCloud的文檔資料比較缺乏,且開源的community版本對(duì)資源也有一定限制(譬如只允許安裝一個(gè)數(shù)據(jù)中心)。

2.5 OpenStack

OpenStack[9]是NASA和Rackspace合作研發(fā)的開源項(xiàng)目,旨在建設(shè)與管理公共及私有云。目前,它擁有最大和最活躍的社區(qū),受到IT行業(yè)各領(lǐng)域的廣泛支持和關(guān)注,有超過150家公司和成千上萬的個(gè)人開發(fā)者加入該陣營,其中不乏IT業(yè)界知名的公司,如AT&T、IBM、HP、Redhat、Suse、Intel、Cisco、WMware等。

OpenStack具有良好的架構(gòu),目前Folsom版有7個(gè)核心組件:Compute(計(jì)算)、Object Storage(對(duì)象存儲(chǔ))、Identity(身份認(rèn)證)、Dashboard(儀表盤)、 Block Storage(塊存儲(chǔ))、Network(網(wǎng)絡(luò))和Image Service(鏡像服務(wù))。OpenStack遵循Open Virtualization Format、AMQP、SQLAlchemy等標(biāo)準(zhǔn),并支持OpenFlow等新的標(biāo)準(zhǔn),具有徹底的開放性,被譽(yù)為“21世紀(jì)的Linux”。

3 比較與分析

表1對(duì)比了上述幾個(gè)開源IaaS云在部署方式、開發(fā)語言、數(shù)據(jù)庫、擴(kuò)展性、操作系統(tǒng)、虛擬技術(shù)、接口及類型、兼容性、特色優(yōu)勢(shì)等幾個(gè)方面的區(qū)別。這份對(duì)比在技術(shù)層面是比較粗淺的,旨在幫助用戶根據(jù)自身需求選擇開源IaaS云時(shí)做一個(gè)初步取舍。

表1 幾個(gè)開源IaaS云之間的比較

Eucalyptus主要用于部署私有云和混合云,目前與其它開源IaaS相比具有最好的兼容性,但受限于所支持的數(shù)據(jù)庫HSQLDB,擴(kuò)展性最差;擴(kuò)展性方面,OpenStack最為出色,可以支持百萬臺(tái)物理機(jī)和千萬級(jí)的虛擬機(jī)。CloudStack與OpenNebula是較OpenStack成熟的IaaS云,且文檔豐富,具有較好的擴(kuò)展性、良好的易用性和豐富的功能,對(duì)于資源有限的用戶,它們都是不錯(cuò)的選擇。此外,CloudStack支持多角色用戶,具有最好的用戶權(quán)限管理機(jī)制;而OpenNebula比較突出的特點(diǎn)是支持異構(gòu)配置,多個(gè)運(yùn)行環(huán)境不同甚至沖突的軟件可以共存在同一基礎(chǔ)設(shè)施上。AbiCloud是唯一支持Linux以外操作系統(tǒng)的IaaS,具有強(qiáng)大的Web界面管理接口,但兼容性不好,且文檔匱乏,特別是在API方面,這給用戶帶來很大顧慮,甚至放棄AbiCloud。作為IaaS中的后起之秀,OpenStack處于高速發(fā)展階段,但它在產(chǎn)品化方面不夠成熟與穩(wěn)定,安裝和配置相對(duì)復(fù)雜,適合具有較強(qiáng)技術(shù)能力的企業(yè)使用。但從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度來看,OpenStack技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯、完全開源、支持新標(biāo)準(zhǔn),且已經(jīng)被Ubuntu集成作為其UEC的基礎(chǔ)構(gòu)架之一。

4 結(jié)語

大數(shù)據(jù)時(shí)代累積的海量數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和智能處理帶來了技術(shù)挑戰(zhàn),云計(jì)算以其高擴(kuò)展性與可用性的分布并行計(jì)算提供了潛在的解決方案。本文明確了云計(jì)算三種模式(IaaS、PaaS和SaaS)間的關(guān)系,并比較研究了幾個(gè)具有代表性的開源IaaS,幫助用戶根據(jù)自身需求選擇開源IaaS云,部署和發(fā)展自己的云戰(zhàn)略。

參考文獻(xiàn)

[1]姚宏宇,田溯寧.云計(jì)算:大數(shù)據(jù)時(shí)代的系統(tǒng)工程[M].北京:電子工業(yè)出版社,2013

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[3]石屹嶸,段勇.云計(jì)算在電信IT領(lǐng)域的應(yīng)用探討[J].電信科學(xué),2009(9):24-28

[4]張敏,陳云海.電信運(yùn)營商云計(jì)算發(fā)展及應(yīng)用研究[J].信息通信技術(shù),2010,4(2):46-51

[5]Eucalyptus White Papers[EB/OL].[2013-06-01].http://www.eucalyptus.com/resources/whitepaper,2013

[6]Apache CloudStack Documentation[EB/OL].[2013-06-05].http://cloudstack.apache.org/docs/en-US/,2013

[7]OpenNebula Documentation[EB/OL].[2013-06-01].http://opennebula.org/documentation:rel4.0,2013

[8]AbiCloud White Papers[EB/OL].[2013-06-10].http://www.abiquo.com/resources/case-studies/,2013

[9]OpenStack Home[EB/OL].[2013-06-10].http://www.openstack.org/,2013