云计算的栈模型研究

26卷 第8期2009年8月

微电子学与计算机

M ICROELECTRONICS &COM PUTER

Vol.26 No.8August 2009

收稿日期:2009-03-11

基金项目:国家自然科学基金项目(60873083,60703018,60703009,60803025);国家/九七三0计划项目(2007CB310801);国家

/八六三0计划项目(2006AA 04z156);湖北省教育厅科学技术研究计划重点项目项目(D2*******);/十一五0国家科技支撑计划项目(2006BAK 04A 20-7);湖北省自然科学基金项目(2008A BA379,2008ABA 358);教育部博士点基金项目(20070486065)

云计算的栈模型研究

曾 诚1,2,李 兵1,何克清1

(1武汉大学软件工程国家重点实验室,湖北武汉430072;2湖北大学数学与计算机科学学院,湖北武汉430062)摘 要:云计算包含了两个方面的含义:一方面是底层构建的云计算平台基础设施,是用来构造上层云服务的基础;另外一方面是构建在这个基础平台之上的云计算服务层.首先综述了云计算的研究现状,然后重点给出了云计算的栈模型结构.并在此基础上针对/孤立云0的弊端给出了云计算的互操作性的必要性.关键词:云计算;虚拟化;栈模型;互操作性

中图分类号:T P311.5 文献标识码:A 文章编号:1000-7180(2009)08-0022-03

Research on the Stack Model of Cloud Computing

ZENG Cheng 1,2,LI Bing 1,HE Ke -qing 1

(1State Key L aboratory o f Software Engineering,Wuhan U niversity ,Wuhan 430072,China;2College of M athematics &Computer Science,Hubei U niversity,Wuhan 430062,China)

Abstract:Cloud Comput ing contains tw o meanings:on the one hand,the infrastr ucture of t he cloud computing platfo rm i s used to structur e the basis of whole Cloud Computing ;the other hand is the Cloud Ser vices built on the infrastructur e of t he Cloud Computing platform.I n this paper,an overview of cloud co mputing research is first provided,and then w e fo -cus on the structure of the stack model in Cloud Comput st,based on the drawbacks of the /Isolated Clouds 0,Cloud Computing is to be given the need for interoperability.

Key words:cloud computing;virtualization;stack model;interoperability

1 引言

云计算到今天,已成山雨欲来之势.据权威机构

预计,未来5年中云计算在全球的市场总额将超过2000亿美元,全球软件市场的32%市场份额将转向云计算[1]

.云计算(Cloud Computing )是一种网络化信息资源的开发和应用新模式,它的目标是要象供水、供电、金融系统一样,把/计算力0作为一种公用基础设施,组织大规模的信息和计算资源,面向用户提供便捷、全面的公众服务,满足个人和社会信息服务的需求.

云计算是指用虚拟化技术建造的数据中心或

/超级计算机0,并以免费或按需租用的方式把计算和存储资源提供给软件开发者,同时提供的还有软

件运行的应用容器环境[2-3]

.这些计算和存储资源可以动态部署、动态调优、动态收回.

在云计算基础设施中,各种计算资源被连接在一起形成统一的资源池,这些资源会被动态地分配给不同的应用和服务,满足它们在不同时刻的需求.云计算中最重要的概念之一就是虚拟化(virtualiza -tion)[4-5].虚拟化在一台共享计算机上聚集多个操作系统和应用程序,以便更好地利用服务器.虚拟化还允许在线迁移,因此,当一个服务器超载时,可以

将一个操作系统的一个实例(以及它的应用程序)迁

移到一个新的、不那么繁忙的服务器上.

从外部看,云计算只是将计算和存储资源从企业内部迁出,并迁入到云中.企业用户定义资源需求(例如计算、存储、带宽等需求),云服务提供商在它的基础设施中虚拟地装配这些组件.这样企业内部就不用购买昂贵的服务器,高薪聘请专业部署和维护人员,降低了企业的购买成本和运维成本,因为企业只需支付低廉的租用成本给云服务提供商.

2云计算的基本特征

云计算作为一种新型的计算和应用模式[6],具有以下基本特征:

(1)超大规模./云0具有相当的规模,否则不能称其为/云0.Google云计算已经拥有100多万台服务器,Amazon、IBM、微软等的/云0均拥有几十万台服务器.企业私有云一般拥有数百上千台服务器. /云0能赋予用户前所未有的计算能力.

(2)虚拟化.云计算支持用户在任意位置、任意时间、使用任意终端设备获取服务.所请求的服务来自虚拟的资源,而不是固定的有形的实体.应用在/云0中某处运行,但用户无需了解、也无法了解应用运行的具体位置.只需通过/云0来实现我们需要的一切,甚至包括超级计算这样的任务.

(3)高可靠性./云0使用了数据多副本容错、计算节点同构可互换等措施来保障服务的高可靠性,使用云计算比使用本地计算机可靠.

(4)通用性.云计算不针对特定的应用,在/云0的支撑下可以构造出千变万化的应用,同一个/云0可以同时支撑不同的应用运行.

(5)高可伸缩性./云0的规模可以动态伸缩,满足应用和用户规模增长的需要.

(6)按需服务./云0是一个庞大的资源池,你按需购买;云可以象自来水、电、煤气那样计费.

3云计算模型的栈结构

以上特征充分说明云计算是一种革新的计算模式,因此正确认识和理解云计算的模型至关重要.图1高度概括了云计算的栈模型视图.最底两层是以虚拟化资源的形式提供存储和计算,是云服务的基础所在.虚拟资源层之上是云服务层,它为外部应用程序编程接口提供了内部机制.云服务并不是一个单独的服务,而是一个服务集合,传统意义上对云服务采用栈分层结构,这些层定义了提供的服务的级

别.如图1所示.

图1云计算的栈结构

云服务层的底层为基础设施服务层(Infrastruc-ture-as-a-Service或IaaS).IaaS是将基础设施(计算资源和存储资源)作为服务出租.这意味着虚拟计算机不仅具有快速的处理能力,而且拥有稳定的存储能力,并为Internet访问预留了带宽.实际上,IaaS 具有在特定服务质量约束的情况下出租计算机或数据中心的能力,使之能执行任意操作系统和软件,相当于提供一个中间的操作系统平台.如图2所示.

图2IaaS屏蔽了底层操作系统的异构

顺着层次往上看,上一级的服务是平台服务层(Platform-as-a-Service或PaaS).它是SaaS技术发展的趋势,PaaS能给客户带来更高性能、更个性化的基础硬件和软件服务.比如诸多SaaS应用都重复建设了一些模块,如远程调用模块、分布式数据库模块、用户登录注册模块、收费模块、在线支付模块等.虽然有些SaaS应用已经按SOA的思想实现了这些模块的松散耦合设计,但不同应用都实现了这些模块,重复建设费用较大,而PaaS正好可以提供这些基础设施,并提供灵活的功能配置,如图3所示.这样既减少了开发成本,也使SaaS软件功能更加丰富.Google公司的GAE(Goog le App Engine)和阿里软件的开放互联平台便是PaaS的代表.

图3PaaS功能结构图

最后,云服务层的顶层为应用服务层,即Soft-

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第8期曾诚,等:云计算的栈模型研究