云计算体系架构

Computer Knowledge and Technology 电脑知识与技术网络通讯及安全本栏目责任编辑：冯蕾第7卷第1期(2011年1月)云计算体系架构

施游，张智勇

（湖南师范大学，湖南长沙410081）

摘要：该文整理了业界对云计算的定义，分析了目前主流的云计算技术以及体系架构和关键技术。并给出了当前云计算参与企业所采用的云计算实现方案。文章最后给出了云计算的特点进行总结，并进行展望。

关键词：云计算；体系结构

中图分类号：TP393文献标识码：A 文章编号：1009-3044(2011)01-0083-02

Cloud Calculative Architecture

SHI You,ZHANG Zhi-yong

(Hunan Normal University ,Changsha ,410081)

Abstract:We review the definition of computing clouds in the industry,analyzes the current main computing clouds technology and sys -tem structure and key technology.And presents the current computing clouds to participate in the enterprise adopted the cloud calculative scheme.Finally,it presents a cloud calculative characteristics was summarized,and was discussed.

Key words:Cloud calculative;architecture

1云计算概述

云计算从概念的提出到现在为止也近3年了，目前仍然云计算没有一个准确的、统一的定义。Markus Klems 认为云计算机是包含了研发、负载均衡、合理架构的一种软件开发的新商业模式。简而言之云计算就是一个以因特网为核心的软件。Reuven Cohen 认为云计算就是基于Web 的一种服务模式，即用户仅仅购买自己需要的功能，而不需要额外的硬件、软件、体系的投资。云计算是一个直接获得需求的方法。Jeff Kaplan 认为云计算即将炙手可热，虚拟化方式下的新应用，将成为新的服务模式。

云计算主要特点是针对基础设施进行整合，即把原来的PC 机、服务器进行整合，把应用的基础操作系统平台进行整合，从而形成一个大的服务器和服务器应用平台。这个和HPC 不完全相同，传统的HPC 只能整合相同的硬件，同时只关注科学计算。

云计算应该拥有以下特征：

1）能整合不同的PC 、服务器、存储、网络等硬件设备；

2）能实现各硬件间的负载均衡，充分利用计算、存储资源；

3）支持快速的应用开发。

2主流的云计算技术及关键技术

目前，国内、外大公司都推出了自身的云计算技术。

2.1IBM 云

IBM 认为云计算属于新的业务模式和新用户体验。通过云计算提供新的交付方式，可以实现业务系统的快速部署。

他们把云分为三种：

1）共有云：服务提供者只是逻辑和法理上拥有和管理的权利。服务

器和用户可以完全脱离。用户可以按需、灵活的购买服务。

2）私有云：用户仍然需要进行IT 基础设施建设，独立拥有和管理

服务的能力。但是，用户开发和使用应用的效率更高。

3）混合云：即综合了私有云和共有云的共同优点。

IBM 云平台特点是开放、支持多核心支撑。能涵盖众多服务领域，

能充分兼容各种软硬件，利用SOA 思想进行整合；更针对需求进行弹

性的扩展和删减。整合包含所有服务器、存储、网络、各类软件、中间件

的IT 资源，从而形成一个虚拟化服务集，成为一个高效、独立的信息系

统基础架构。

IBM 技术框架如图1所示。收稿日期：2010-11-25

基金项目：湖南省教育厅资助科研项目（09C648）；湖南师范大学青年基金资助项目（60909）

作者简介：施游（1978-），男，硕士，工程师，主要研究方向为计算机算法与应用软件；张智勇（1973-），男，硕士，工程师，主要研究方

向为计算机网络，算法分析。

图1IBM 技术框架

E-mail:info@ Tel:+86-551-56909635690964ISSN 1009-3044Computer Knowledge and Technology

电脑知识与技术Vol.7,No.1,January 2011,pp.83-84，11583

Computer Knowledge and Technology 电脑知识与技术

本栏目责任编辑：冯蕾网络通讯及安全第7卷第1期(2011年1月)

IBM 云技术分为四个模块

1）物理层：该部分是IBM 云技术体系的最低层，他包含众多非IBM 硬件服务器、IBM Power Systems 、IBM 刀片、各类存储、各类网络基础设施。

2）虚拟层：该部分是IBM 云技术体系的第二层，他包含各类虚拟服务器、虚拟存储、虚拟网络、虚拟应用和中间件、虚拟客户端。该层，通过虚拟管理、镜像管理、容量管理三个接口与物理层进行数据交换。

3）服务管理层：该部分是IBM 云技术体系的第三层，包含请求、操作界面、服务目录与自动化、资源提供、监控等部分。

4）工作负载层：该模块属于IBM 云技术体系最高层，是最接近用户的一层，包含测试和准生产环境，开发环境、生产环境。

2.2HP 云

惠普定义的云，是一种可以进行高度扩展的方式，利用互联网为用户提供“按需服务”。用户享受强大的服务同时，不需要了解基础技术架构。

HP 将云按服务对象分为内部云和外部云；按业务系统分为MSS 云、BSS 云、OSS 云、IDC 云、VAS 云。HP 主张按资源池类型（按资源）分类，即分为Iaas 资源池、Paas 池、Saas 资源池。

SaaS （软件即服务）分为工具型和管理型。工具型可以用来制作网络游戏、搜索、网络教育、在线视频、网络邮箱、在线杀毒等等。管理型可以作在线CRM 、在线ERP 、在线HR 、在线进销存、在线客服与网络营销、在线OA 、在线PM 。

PaaS （平台即服务）可以用于在线开发平台、在线测试平台、在线运营平台、电子商务平台、企业网站平台、数据库、中间件。IaaS （基础架构即服务）可以用于网络硬盘、随需租赁的数据中心。

HP 的云架构如图2所示。

云服务提供：面向云服务消费者，提供统一登录界面，提供统一访问接口；根据云的服

务和资源状况，封装云服务资源；对服务和消费分级，多样计费；能对消费者状态管理。

云服务管理：维护云基础设施，维护系统，确保体系是稳定和可靠的。

云服务资源：即SaaS 、PaaS 、IaaS 。

2.3google 云

Google 是较早提出云计算概念的公司，他提出了一套自己开发的云计算平台。制作这

个平台的初衷是为google 的搜索提供合适的服务，后来发现这套

机制可以应用到更多的方面。Google 的云架构模型可以分为四个

部分即Google 的分布式文件系统（Google File System ，GFS ），

Google 的编程模式MapReduce ，大规模分布式数据库BigTable 、分

布式加锁机制Chubby 。

1）Google File System ：Google File System 主要是解决大规模

的数据处理的问题，和通常的分布式文件系统相同，都是为了解决

可用、高效、可扩展、高可靠等问题。在Google File System 模式下，

各分布式节点被看作不可靠的，可以允许出现问题的。因此，考虑

了各节点因为网络故障、电源故障、硬盘故障、操作系统故障、内存

失效、掉电等问题。提出了一个可靠检测、容错处理等机制。Google File System 文件系统下，处理文件数量和大小都是非常巨

大的，小文件块被强制合并为大文件块，I/O 操作并重新定义。

Google File System 结构如图3所示。

2）MapReduce ：MapReduce 是基于Google File System 和

Bigtable 技术而提出的，为了解决海量数据问题的技术。为程序员提供方便的分布式程序开发而开发出来的技术，这方便了程序员进行分布、调度、监控、容错等等。MapReduce 把分布式的业务逻辑简单的抽象出来，并发处理和分布式处理集中出来，提炼成为一系列的对象。这种简化了的分布式编程模式，程序可以自动分布到由众多普通PC 组成的群集上。就像现代面向对象开发程序让程序员不考虑内存泄露一样，MapReduce 程序员不用考虑并发编程等细节。MapReduce 进行机器间的执行调度，对PC 处理能力进行分配，并处理被管理机与管理机之间的通讯。

3）Bigtable ：Bigtable 是一个分布式的结构化数据存储系统，用于处理海量数据。Bigtable 一般运行在几千台普通PC 或者普通Server 上的海量数据。关系数据库的原则是防止错误，通过正规化方法消除重复数据和更新异常。Bigtable 强调“优化读取速度和可伸缩性”，与关系数据库背道而驰。不过，Bigtable 创始人强调，Bigtable 的应用应该有两个前提。

a ）海量用户背景；

b ）更新操作的次数相对读取操作小很多。

每个Table 属于多维稀疏图sparse map 。Table 有行、列组成，每个存储单元cell 是有实效的，由一个时间戳控制。同一cell 有多份拷贝，并且可以按时间记录其变动情况。为了管理巨大的Table ，则把其按行分割成若干的Tablets 。每个Tables 约为100~200MB 左右，每台机器存储大约100左右的Tablets 。Bigtable 基于GFS ，采用Tablets 机制后，能很好的进行负载均衡。可以进行快速的数据迁移，能快速进行数据重组。Tablets 存储方式是不可修改的immutable 的SSTables 。使用两个版本的压缩技术，分别为BMDiff 和Zippy 技术。

Bigtable 将来会在下列几个方面进行完善：a ）使用表达上对数据进行操作，方便客户端修改数据；b ）支持具有多行数据特征的事务；c ）将Bigtable 作为服务运行。（下转第115页）图2HP 的云架构

图3Google File System 结构图

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