行业云的概念和技术架构

35上海超级计算中心成立十周年特刊行业云的概念和技术架构王恩东 张东 王洪亮 颜秉珩　高效能服务器和存储技术国家重点实验室 济南 ２５０１０１摘要：本文介绍了行业云的概念，解释了行业云的特点、产生原因及部署行业云的意义，提出了行业云的体系结构和关键技术，最后介绍了浪潮面向行业云的解决方案。

行业云作为云计算的重要模式，通过对行业应用资源的整合，实现行业数据的共享和互联互通，利用行业数据提供更多更好的公众服务；行业云的建设对于推动行业信息化，提高国家信息化水平，推动服务性社会的发展具有重要的意义。

关键字：行业云（Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　Ｃｌｏｕｄ），云计算，资源池，资源调度，数据即服务（Ｄａａｓ）１．　引言云计算作为一种新型的基于Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的服务供应方式，已经对于ＩＴ的服务理念产生深远的影响。

根据Ｇａｒｔｎｅｒ每年的十大战略技术调查，云计算继２００９年位居第二、２０１０年位居第一之后，再次成为２０１１年最受期待的热门技术［１］。

随着ＩＴ企业和社会对云计算理念的关注，及科研人员对云计算需求和实现方法的探索与研究，云计算的神秘面纱正逐渐被揭开。

人们在云计算诸多方面已经达成了共识，如资源流转、按需分配、按量计费等；云计算在应用上分为三层，即云基础设施即服务（ＩａａＳ）、云平台即服务（ＰａａＳ）和云软件即服务（ＳａａＳ），分别面向硬件基础设施，平台服务和应用服务三个领域。

根据云系统的部署模式和服务范围的不同，一般将云分为公有云（Ｐｕｂｌｉｃ　Ｃｌｏｕｄ）、混合云（Ｈｙｂｒｉｄ　Ｃｌｏｕｄ）、私有云（Ｐｒｉｖａｔｅ　Ｃｌｏｕｄ）等。

公众云是可为公众所使用的云平台，一般为一个专门出售云服务的机构所拥有；私有云是指仅供一个组织单独使用的云平台；混合云则介于两者之间，可以供内部，也可以供公众使用，或者由私有资源和公共资源共同组成。

一般情况下，人们提到的公有云，指的都是Ｇｏｏｇｌｅ、Ａｍａｚｏｎ、Ｗｉｎｄｏｗｓ　Ａｚｕｒｅ这些提供基础设施、平台服务以及软件服务的云系统。

在现实系统中，还有一类云系统同样能够提供公众云服务，但是不同于前面提到的公有云系统，那就是面向行业用户的行业云（Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　Ｃｌｏｕｄ）。

行业云和前面我们提到的Ｇｏｏｇｌｅ、Ａｍａｚｏｎ、Ｗｉｎｄｏｗｓ　Ａｚｕｒｅ这样的公众服务云系统一样，也是公有云的一部分。

为了避免混淆，我们将这些提供公众服务的云系统，称之为公众云（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ　Ｐｕｂｌｉｃ　Ｃｌｏｕｄ）。

行业云和公众云的区别主要来自于数据来源、数据处理模式和服务模式。

公众云，数据来源于公众，数据发布也面向公众；私有云，数据来源于组织内部，数据的应用，也主要面向组织内部；而行业云，数据来源于组织内的核心单位，数据发布，则可以有区别的面向组织内部和公众，既可以满足核心数据保密性的需求，也可以更大程度上保持数据的灵活性，使之服务于大众。

本文重点论述了行业云的概念、特点、意义以及技术架构和关键技术。

论文其他部分组织如下，第二部分介绍行业云的概念及意义，第三部分讨论行业云与公众云的区别，第四部分介绍了典型的行业云－医疗云，第五部分讨论行业云的体系结构，第六部分介绍行业云的关键技术，最后介绍了浪潮针对行业云的云海解决方案。

２．　行业云概念及意义行业云（Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　Ｃｌｏｕｄ），是指由行业内或某个区域内起主导作用或者掌握关键资源的组织建立和维护的，以内部或公开的方式，向行业内部组织36《高性能计算发展与应用》 ２０１０年第四期 总第三十三期和公众提供有偿或无偿服务的云计算平台。

行业云概念的提出，是基于行业对云计算的需求。

经过十几年的建设，中国各个行业已经具有完备的信息化基础，行业客户需要云平台实现数据向服务的转化。

但是当前行业信息化，还是以内部服务为主，各自独立，只是解决办公效率的问题。

而对社会、对大众提供的信息服务则几乎仍是空白。

在国家数据大集中、电子政务升级等政策下，各个行业机构迫切需要转化职能，对外输出服务，以不断提升行业的服务能力。

同时，行业云建设具有成熟的技术和应用基础，经过一系列金字化工程、数据大集中等几个建设周期，税务、工商、质检、卫生等行业用户都积淀下来大量的数据，云计算可以将这些业务数据的巨大潜在价值挖掘、释放出来。

　而且，从技术上看，行业应用的特点非常符合云计算的服务模式和技术模式。

云计算就是将原本分散的资源聚集起来，再以服务的形式提供给受众。

行业是垂直的组织，行业内部不同的成员之间往往在资源和信息方面存在严重的不对称。

如何促进资源，特别是信息（数据）在行业内部聚集和共享，是行业应用的最终要解决的问题。

因此，采用云计算，不仅可以实现行业内数据共享，也可以帮助行业数据拥有者将数据转换为服务，提升业务价值。

运算载体一直主要在计算、存储、通信三个方面不断发展完善。

其中通信是当前技术发展的主要瓶颈，单机操作系统利用程序及数据的局部性原理来提高计算机的整体性能。

在云计算时代，系统调度的粒度不再是进程或线程，而是虚拟机或任务块，某业务逻辑通常由分布在多个物理设备上的任务块共同完成，任务块间是需要大量协调和交互的。

试想系统中，成千上万的业务逻辑在同时运行，其通信量将是何其的庞大？行业云是基于“业务局部性”原理提出的，将程序逻辑耦合或数据耦合比较大的一系列业务聚集起来，区别对待。

而非直接纳入规模宏大的公有云中，以避免增加不必要的通信负荷。

行业云不仅有利于更加高效的利用计算、网络、存储等ＩＴ资源，也更有利于控制系统的安全性，更有利于兼容行业内部私有的核心数据，同时满足面向公众的必要的数据服务。

３．　行业云与公众云的区别云计算实际上是资源分散－集中－再分散的一个过程，也就是说将原本分散的资源，集中起来，形成不同的“资源云”，然后再分散给受众（被服务者）。

在整个云计算的过程中，就可以分为几个过程：资源的凝聚（聚集）、资源的处理、资源的分发（服务）。

行业云在云计算的各个环节，以及提供资源服务的类型上，与公众云有着较大的区别。

第一，资源的类型不同。

现在一般将云计算服务模式分为Ｉａａｓ、Ｐａａｓ、Ｓａａｓ几种，分别将基础设施、系统平台和软件作为提供服务的资源。

这几种模式更多强调的是处理的能力（计算、存储、网络传输、软件），而没有更多地涉及到处理的对象，就是数据。

目前，公众云提供的服务可以涵盖Ｉａａｓ、Ｐａａｓ、Ｓａａｓ等几种类型，都是提供处理能力服务，并没有提供数据服务。

譬如搜索服务给用户提供的是搜索结果，表面上看像是一种数据服务，实际上这些数据用户同样可以通过公开渠道获得，只是没有搜索服务提供商这么大的处理能力和处理手段，因此搜索服务本质上提供的仍然是数据处理的能力。

而行业云则不同。

行业是垂直的，行业内部的数据往往掌握在某些关键组织手里，并不是完全公开的；对于行业云的服务受众来讲，共享处理能力的需求不是没有，但不是第一位的，而对相关数据的需求才是最关键的。

因此在行业云中，提供数据服务将是第一位的。

第二，资源的来源（聚集过程）不同。

一般来讲，公众云的数据来源是公开途径，譬如搜索服务，搜索的是互联网上的公开资料；邮件服务，邮件的内容是来自于受众的；在线Ｏｆｆｉｃｅ，编辑的是被服务者自己的文档。

换句话说，公众云的数据来源，主要还是来自于公众云的受众，被服务者同时也是数据的提供者。

行业云的数据主要来源于行业内部的核心组织，也有一部分会来自行业内部的其他成员，绝大部分是私有数据。

行业云还有一个特点，就是数据提供者和受众在数据收集环节是不平等的。

这些不平等往往来自资源或者权限的限制。

譬如环境卫星数据，只有掌握特定资源的组织才能获得；人口普查数据，只有特定权限的组织才能获得。

这些关键数据也不可能交给公众云提供商进行处理。

第三，资源的处理过程不同。

公众云提供的服务，往往是从公开途径到公开途径；而行业云，则需要将私有数据转化为在一定范围内公开的数据，需要对数据进行各种形式的再加工。

最后，资源的受众（被服务者）边界不同。

37上海超级计算中心成立十周年特刊公众云的服务受众是完全公开的，只要你愿意接受，就可以去接受这种服务，服务提供者没有什么选择性；行业云的受众在一定范围内是公开的，但可以通过某种手段进行选择和识别。

４．　行业云的典型应用关系国计民生的很多重要行业应用，都符合行业云的特点，如医疗服务、交通服务、环境资源数据服务、政务信息服务等，都可以作为典型的行业云应用。

下面重点以医疗行业为例，介绍行业云如何在医疗行业发挥作用。

当前卫生信息化取得了很大的进展，实现了计算机和网络技术在医疗卫生系统的广泛使用，很多医疗机构（医院、社区卫生服务中心、疾控中心等）构建了基本的业务信息系统。

但是，在传统的医疗行业信息化过程中也出现了系统分割、相互独立、信息分散、业务流程不统一等问题，形成了很多信息孤岛；同时，信息系统的分散和重复建设，也造成了设备利用率的降低和运维成本的增加。

这些问题就迫切需要建立面向医疗行业的行业云来解决。

图１ 医疗云示意图如图１所示，通过整合各个医疗机构的数据，可以构建统一完整的居民健康档案以及跨医疗机构的信息共享平台，协同不同医疗机构的业务信息系统，避免病人在不同医院间的不必要的重复性检查，实现居民电子病历和健康档案信息的共享和交换，预防和监控重大疾病，为相关部门提供全面准确的决策支持，从而达到降低医疗成本、减少医疗事故、提高公共卫生服务、使病人享受到更好的医疗服务的目的。

面向医疗行业的云计算平台符合我们为行业云定义的所有特点，是典型的行业云应用。

第一，在医疗云中提供的是数据服务，而不是基础设施或者平台；第二，这些医疗数据的获得是由专业医疗机构进行的，并且只有卫生行业主管部门才能被授权保存和处理这些数据；第三，医疗数据最终是要为行业内专业用户（医务工作者、防疫工作者等）以及普通公众服务的，不同的使用者（服务受众）拥有的权限也是不同的；最后，医疗数据的处理过程应该是被严格控制的。

５．　行业云的技术架构行业内部不同的成员之间往往在资源和信息方面是严重不对称的，这种不对称性在行业内部与外部的使用者之间表现的更为突出。

因此，构建行业云基础设施，关键是解决利用现有技术条件，促进信息（数据）在行业内部的聚集和对外共享。

构造行业云基础设施的关键点有两个：一是提升系统的效率、安全性；二是如何实现自动化供应资源，资源用户只需根据自己的业务需求申请使用资源而不必关心资源的载体，后台管理员利用云计算操作系统全自动管理所有物理资源、虚拟资源及用户信息。

基于以上特点和要求，我们提出了行业云的技术架构，如图　２　所示。

图２ 行业云的体系结构图２所示的行业云体系结构，物理资源层位于底部，这些资源包括数据中心的基本物理设备，包括服务器、存储以及网络设备等，是构建云计算的基础。