構建云服務平臺的關鍵技術

劉云朋 蔣洪杰

（1.焦作大學信息工程學院，河南 焦作 454003；2.河南省科學技術信息研究院，河南 鄭州 450003）

0. 前言

隨著云計算技術的興起，各大知名公司都競相提出了自己的云計算發(fā)展計劃，并相應推出了自己的云計算產(chǎn)品和云服務，如中國移動的大云。同時大量互聯(lián)網(wǎng)IT企業(yè)也將云計算作為當前最重要的戰(zhàn)略之一，這些企業(yè)提供的云服務平臺已經(jīng)開始支撐起豐富的云計算應用，如阿里云、盛大云等等。種種跡象表明，大批新興的云計算企業(yè)已經(jīng)開始向傳統(tǒng)的IT行業(yè)發(fā)起挑戰(zhàn)，云計算將在技術、服務和商業(yè)模式等方面改變傳統(tǒng)IT產(chǎn)業(yè)格局。

1. 云服務

云服務是指一種以云計算為基礎的服務模式，由服務提供商給用戶提供信息技術基礎設施和應用環(huán)境的服務，即通過網(wǎng)絡以按需、易擴展、可計量的方式獲得所需的資源及服務，這些資源和服務可以是各種硬件資源、軟件資源或特定的信息服務。云服務既以傳統(tǒng)IT服務為基礎，又發(fā)展和創(chuàng)新了IT服務，更加強調持續(xù)改進、商務模式融合、服務運營創(chuàng)新。

2. 云服務的分類

云服務可以分為三個層次：基礎設施即服務（IaaS）、平臺即服務（PaaS）和軟件即服務（SaaS）。從云服務的部署形式上看，云服務又可分為三種：公有云服務、私有云服務和混合云服務。

公有云服務通過互聯(lián)網(wǎng)向整個社會開放，無論用戶是個人或企業(yè)，只要互聯(lián)網(wǎng)能到達的地方就有條件使用公有云服務。

私有云服務一般通過企業(yè)內部網(wǎng)絡或受限的互聯(lián)網(wǎng)入口提供服務，不對外部用戶開放。私有云通過整合企業(yè)或組織內IT資源來降低企業(yè)的IT成本，節(jié)能減排，提高資源利用率，并達到提升企業(yè)運行效率的目標。

混合云服務將公有云和私有云整合在一起，可同時對內部用戶和外部用戶提供服務，混合云一般通過VPN等技術將公有云與私有云的環(huán)境打通，并通過嚴格的安全技術和措施保障兩種云環(huán)境的安全?；旌显平Y合了公有云和私有云共同的優(yōu)勢，特別適合既有對外業(yè)務又有內部業(yè)務的應用場景。

3. 云服務參考架構

從服務模型來看，云服務是以多租戶模式為主要形式的服務模式，服務的范圍涵蓋基礎設施即服務、平臺即服務和軟件即服務。多租戶的服務模式帶來了負載的多樣性，同時也對計算、存儲、網(wǎng)絡以及管理系統(tǒng)提出了資源隔離、動態(tài)分配、服務質量保證以及安全隔離等需求。完整的云服務平臺由眾多的組件構成，基本參考架構如圖1所示。

圖1 云服務平臺參考架構

云服務平臺的構建涉及到包括寬帶網(wǎng)絡技術、并行計算、效用計算、存儲技術、數(shù)據(jù)中心技術等眾多的IT技術，需要根據(jù)具體的應用場景將這些技術進行整合，形成完整的可交付的服務平臺。

4. 云服務關鍵技術

4.1 IaaS層關鍵技術

4.1.1計算虛擬化技術

計算虛擬化屬于服務器虛擬化的范疇，其綜合利用軟硬件技術打破操作系統(tǒng)對服務器硬件的獨占形態(tài)，形成ISA（指令級架構）層隔離的虛擬機計算機。通過服務器整合，虛擬化能夠保證服務隔離性的前提下，提高數(shù)據(jù)中心服務器的利用率，大幅降低用戶的TCO（擁有成本）。

4.1.2 網(wǎng)絡虛擬化技術

數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡虛擬化包含兩個方面：一是物理機中的網(wǎng)絡接入設備虛擬化，主要是網(wǎng)絡適配器及虛擬交換機；二是數(shù)據(jù)中心交換網(wǎng)絡虛擬化，滿足多租戶對網(wǎng)絡資源的隔離、QoS等多方面的需求。

網(wǎng)絡接入設備虛擬化主要解決虛擬機的網(wǎng)絡接入問題，現(xiàn)在主流的方案是虛擬機交換機技術。通過服務器網(wǎng)卡的混雜模式來接收所有的數(shù)據(jù)包，并軟件實現(xiàn)虛擬交換機來解決虛擬機接入物理網(wǎng)絡問題。典型的系統(tǒng)包括VMWare公司的VDS,Cisco公司的Nexus1000V系列和開源解決方案OpenvSwitch。

交換網(wǎng)絡虛擬化主要解決物理承載網(wǎng)絡和虛擬網(wǎng)絡的問題，現(xiàn)階段，產(chǎn)業(yè)界更傾向采用大二層網(wǎng)絡架構來構建傳輸層網(wǎng)絡，采用VLANTag或VN-Tag等區(qū)分不同的虛擬網(wǎng)絡。

4.1.3 云存儲技術

云存儲技術是把存儲作為服務的云平臺技術。是由許多存儲設備和服務器構成的集合體，為使用者提供數(shù)據(jù)訪問服務。核心是應用軟件與存儲設備相結合，通過應用軟件來實現(xiàn)存儲設備向存儲服務的轉變。針對云存儲的特點，云存儲服務平臺的整體架構模型由四層次組成。如圖2所示

圖2 云存儲層次架構圖

4.2 PaaS層關鍵技術

（1）分布式技術。是一種新的計算方式，就是在兩個或多個軟件互相共享信息，這些軟件既可以在同一臺計算機上運行，也可以通過網(wǎng)絡連接起來的多臺計算機上運行。分布式網(wǎng)絡存儲系統(tǒng)采用可擴展的系統(tǒng)結構，利用多臺存儲服務器分擔存儲負荷，利用位置服務器定位存儲信息，不但解決了傳統(tǒng)集中式存儲系統(tǒng)中的單存儲服務器的瓶頸問題，還提高了系統(tǒng)的可靠性、可用性和擴展性。

（2）應用隔離與安全技術。屬于不同云服務消費者的應用在統(tǒng)一的應用平臺上運行，不同應用需要對對應的資源進行操作，需要通過數(shù)據(jù)的分級隔離授權和API權限的精細管理進行完整隔離，以保障應用及數(shù)據(jù)的安全。

（3）數(shù)據(jù)處理技術和編程模型。Paas平臺不僅要實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的存儲，而且要提供面向海量數(shù)據(jù)的分析處理功能。由于Paas平臺部署于大規(guī)模硬件資源上，所以海量數(shù)據(jù)的分析處理需要抽象處理過程，并要求其編程模型支持規(guī)模擴展，屏蔽底層細節(jié)并且簡單有效。目前主要平臺上運行的是MapReduce或者類MapReduce，MapReduce通過把對數(shù)據(jù)集的大規(guī)模操作分發(fā)給網(wǎng)絡上的多個節(jié)點實現(xiàn)可靠性，每個節(jié)點會周期性地報告完成工作和狀態(tài)的更新。

4.3 SaaS層關鍵技術

（1）自動部署技術。通過采用應用監(jiān)控和腳本技術來實現(xiàn)應用的自動部署，對應用的配置參數(shù)采用元數(shù)據(jù)記錄存儲，利用應用監(jiān)控工具自動獲取應用的運行時參數(shù)，自動對應用實例進行配置和運行控制，實現(xiàn)應用實例的自動部署。

（2）元數(shù)據(jù)技術。在云服務平臺中，每一個云服務用戶的配置數(shù)據(jù)、行為數(shù)據(jù)等都將成為一系列的云數(shù)據(jù)。通過對這些元數(shù)據(jù)采用合理的規(guī)制進行管理，為應用的自動部署提供配置支撐，為應用的隔離、數(shù)據(jù)的保護提供數(shù)據(jù)支持。

（3）多租戶技術。租戶信息包含系統(tǒng)中可識別為指定用戶的一切數(shù)據(jù)，包括賬戶信息，以及用戶本身的定制化應用程序環(huán)境等，都屬于租戶的范圍。租戶使用的是基于云服務提供商所開發(fā)或建設的應用系統(tǒng)和運算資源等，應用系統(tǒng)會容納數(shù)個以上的租戶在同一環(huán)境下使用，多租戶技術可以通過許多不同的方式來切割用戶的應用程序環(huán)境或數(shù)據(jù)，以保護租戶之間數(shù)據(jù)的隱私和安全，主要使用數(shù)據(jù)庫方法、程序方法和系統(tǒng)級方法實現(xiàn)。

5. 結束語

云服務模式的提出，推動傳統(tǒng)IT行業(yè)從基于生產(chǎn)制造為主的第二產(chǎn)業(yè)，逐步向基于服務的第三產(chǎn)業(yè)拓展。這一轉變是革命性的，改變了傳統(tǒng)IT行業(yè)固有的經(jīng)營模式。人類社會經(jīng)過工業(yè)社會發(fā)展到信息社會，相應的經(jīng)濟活動也從以制造為中心轉向以服務為中心，這是社會經(jīng)濟發(fā)展的大的趨勢。IT行業(yè)也面臨同樣的發(fā)展問題，而云服務模式的出現(xiàn)正好符合了社會經(jīng)濟發(fā)展規(guī)律，符合行業(yè)發(fā)展的潮流，也必將引發(fā)IT行業(yè)的一次巨大變革。

[1]TechTarget.如何應對虛擬系統(tǒng)的管理挑戰(zhàn)[J].虛擬數(shù)據(jù)中心，2010，（4）:28-36．

[2]王慶波，金涬，何樂.虛擬化與云計算［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2010．

[3]張建勛.云計算研究進展綜述[J].計算機應用研究,2010，（2）:429-433．

[4]王德政，申山宏，周寧寧.云計算環(huán)境下的數(shù)據(jù)存儲[J].計算機技術與發(fā)展，2011，（4）:81-84.

[5]劉正偉，文中領，張海濤.云計算和云數(shù)據(jù)管理技術[J].計算機研究與發(fā)展，2012，（49）:26-31.

[6]王征，林葉鋒，傅永斌.云數(shù)據(jù)中心新型網(wǎng)絡架構應用和實現(xiàn)[J].郵電設計技術，2013，（2）:17-21.