云计算的基础架构篇（1）

摘 要 鉴于传统构架的协同决策（CDM）系统不能适应民航事业快速发展，提出建立基于云计算平台的CDM系统。

首先概述了云计算的基本概念和主要特征，并总结了云计算的关键技术和基本架构。之后，研究了对云计算拓扑设计算法，在树形拓扑结构的基础上对三种算法进行了比较和选择，确定方案为merge-MST。最后，完成云计算平台的初步总体设计，并搭建仿真测试平台，测试结果证明所设计的云计算CDM系统具有较好的性能。

关键词 民航，协同决策系统，云计算

中图分类号：TP392 文献标识码：A

doi:10.3969/j.issn.1674-7933.2015.04.004

*基金项目：上海市2013 年“ 科技创新行动计划”信息技术领域项目（13511504700） 。

作者简介：叶云斐，1984 年生，本科，助理工程师，主要从事及研究领域：航空计算机信息管理，Email ：leaves616@126.com ；

陈晓建，研究生，高级工程师；

陈伟青，本科，工程师；

谷叶，研究生，助理工程师。

0 引言

近年来我国民航事业快速发展，航班延误现象愈发严重。中国民用航空局的《2013年民航行业发展统计公报》显示： 2013年不正常航班占比27.66%，旅客投诉率较2012年增长13.66%。华东区域经济发展迅速，人口密度大，以全国1/9的空域面积承载着1/3的航班流量，问题尤为显著。以发展的眼光看问题，有必要依靠各方可靠、全面、实时的信息，采用高效合理的航班排序、放飞算法，充分利用空域时隙资源，协同决策（CDM）的概念应运而生。

民航华东空管局CDM系统于2012年12月上线运行，系统基础数据多，计算量大，对软硬件资源要求高。以上海虹桥、浦东两个机场为例，每天就有5 000多架航班起落，涉及空域航路点300~400个，各航路点又分3~4个高度层；在此基础上，CDM系统必须结合实时的流量控制、气象预报等信息反复计算调整，且任何时刻的航班重新规划都会影响到一整条航路上与之相关的所有航班，使计算量成倍增加。随着航空流量的逐年增加，CDM系统计算量也以指数方式快速增长。

现有系统采用传统架构设计，不能满足前瞻性设计要求。理想的CDM系统架构应具有虚拟化、易扩展、按需部署、高灵活性、高可靠性、高性价比的特点。本文提出一种基于云计算的CDM系统构架，利用自动拓扑设计算法（merge-MST）设计网络拓扑，采用Hadoop开源管理软件实现任务调度，最后通过仿真手段验证了该方案的可行性和适用性。

1 现有民航CDM系统的不足

协同决策是一种技术手段，更是一种基于资源共性和信息交互的多主体（空管、机场、航空公司等）联合协作运行模式。华东空管局CDM系统从各个参与单位引接实时航班数据，建立塔台电子进程单系统、A-CDM系统、飞行计划处理系统等，并形成三大客户端——流量管理客户端、塔台客户端和公司机场客户端，系统构成如图1所示。

`该系统基于传统的关系型数据库，以塔台电子进程单为例，架构示意图如图2所示。尽管其成熟度高、可靠性好，但随着数据量逐渐增大，数据范围逐渐拓宽，其存储和查询效率已不能满足需求。

2 云计算平台及其架构设计

2.1 定义和特点

云计算是一种新的计算模式，由分布式计算、并行计算和网格计算的发展而来。其后台大量采用虚拟机，并通过互联网形成资源池。这些虚拟资源可以根据不同的负载动态重新配置，快速并以最小的管理代价提供服务[1]。从用户角度看，云计算具有可靠的存储技术和严格的权限策略，可为客户提供安全可靠的数据存储中心；对用户端的设备要求低，支持手机、平板电脑等无线通信设备；可实现不同设备间的数据、应用共享。

从硬件的角度看，云计算高度灵活，可按需投入或释放硬件资源，从而提高整体利用率。2.2 类型

云计算按其服务层次分为三类[2]，如图3所示：

1)基础设施即服务（IaaS，infrastructure as a service）

在虚拟化技术的支持下，利用廉价计算机实现大规模集群运算能力，同时按需配置，为用户提供个性化的基础设施服务。此类型的典型代表有亚马逊云计算AWS（Amazon Web Services）、IBM蓝云等。

2) 平台即服务（PaaS，platform as a service）

提供的服务是开发环境，允许用户使用中间商提供的设备开发自己的程序。此类型的典型代表有GoogleApp Engine（GAE）等。

3) 软件即服务（SaaS，software as a service）

通过Internet直接提供运行在云计算设备上的应用程序。用户无需考虑基础设施及软件授权等内容。此类型的典型代表有Salesforce公司的CRM服务、ZohoOffi ce、Webex等。

2.3 关键技术

云计算作为一种集群计算和服务模式，运用了多种计算机技术，以编程模型、数据存储管理、虚拟化最为关键。

1) 编程模型

Google提出的Map-Reduce[3]是一种流行的云计算编程模式，Map（映射）程序将数据分割成不相关的数据块，Reduce（化简）程序则将将数据处理的中间结果进行归并，如图4所示。Map-Reduce可将海量异构数据的分析处理工作分解成任意粒度的子任务，并允许在多个计算节点之间进行灵活的数据调度，此外，程序员无需关心数据块的分配和调度，该部分工作由平台自动完成。

2) 数据存储管理

云计算采用分布式的方法存储和管理数据，并利用冗余存储保证数据的可靠性，常用技术有Google的GFS及Hadoop团队的HDFS[4]，其中后者是前者的开源实现。

GFS系统架构如图5所示，整个系统节点分三类：Client（客户端）是GFS提供给应用程序的访问接口、Master（主服务器）是管理节点， Chunk Server（数据块服务器）则负责具体工作。Chunk Server可有多个，每个Chunk对应一个索引号（Index）。作为对比，HDFS体系结构如图6所示。

云计算的数据管理需满足大规模海量数据的计算和分析，大多采用列存储的数据管理模式。现有技术中最主流的是Google的BigTable，Google对BigTable给出了如下定义：BigTable是一种为了管理结构化数据而设计的分布式存储系统，这些数据可以扩展到非常大的规模。此外，Hadoop团队也开发了类似BigTable的开源产品HBase和Hive。

3) 虚拟化技术

虚拟化技术是云计算区别于一般并行计算的根本性特点，其实质是实现软件应用与底层硬件相隔离，把物理资源变成逻辑可管理资源。目前云计算中虚拟化技术主要包括将单个资源划分成多个虚拟资源的裂分模式，也包括将多个资源整合成一个虚拟资源的聚合模式。根据对象又可分为存储虚拟化、计算虚拟化、应用级虚拟化等等。

将虚拟化的技术应用到云计算平台，使得云计算具有灵活的进程迁移方式，更有效的使用主机资源，在部署上也更加灵活。

2.4 架构设计

云计算体系结构的特点包括：设备众多、规模大、采用虚拟机技术、任意地点、多种设备汇集，并可以定制服务质量等等。文献[5]提出了一种面向市场应用的云计算体系结构，如图7所示：

1) 用户：用户可以在任意地点提交服务请求；

2) SLA资源分配器：充当云后端和用户之间的接口，包括服务请求检测和接纳控制模块、计价模块、会计模块、VM监视器模块、分发器模块和服务请求监视器模块；

3) 虚拟机（VMs）：为实现在一台物理机上的多个服务提供最大弹性的资源分配；

4) 物理设备：包括服务器、存储设备及路由器等。

基于云计算平台的华东CDM系统还处于初步研究阶段，采用本架构进行初步设计及仿真验证。

3 云计算网络拓扑设计

云计算系统后端的网络由大量服务器组成，分布广泛，复杂度高。要保证数据的畅通传输，需要设计一个合理高效的网络拓扑结构。

首先，为保证管理扩展和维护的方便，将云计算系统分成多个子网，各子网采用树形拓扑结构，如图8所示。在此基础上，把每个子网看成一个节点，各个节点具备流量、交换能力、地理位置等属性，将云计算网络拓扑抽象成图论数学模型。如何连接各个节点，才能即满足冗余度要求，又尽可能降低网络架设花销已被证明为NP-hard[6][7]，故只能求解近似最优解。此类问题的解法有两种，一种是在限定网络花销的情况下最大化网络的抗毁能力[8]，另一种是在保证网络一定抗毁能力的条件下尽可能减小花销[7]，本文按照后者进行设计。

在图论领域，该问题可简化为求解特定连通度k时最小生成子图的问题，本文主要考虑基于图论的k-FOREST算法[9]、merge-MST算法[10]和启发式算法TEA[7]。通过理论推导，三种算法的时间复杂度如表1所示，其中TMST=O(m?logm)或O(n2),m代表图边数，n代表点数。

本文

参考文献[11]的仿真手段对三种算法进行比较，考虑7、10、15、25个节点的场景，得到平均边数和平均花销的比较示意图如图9、10所示。

通过比较可看出，在节点数目较少时TEA算法表现最佳，但随着节点数目增多性能迅速下降；在节点数多于20个时，则是merge-MST算法更优。

考虑到CDM系统规模庞大，仅华东区域就需要计算机点80~100个，故选取merge-MST进行网络架构的设计。

4 总方案设计

基于云计算架构的CDM系统，依托中心节点、区域节点和业务集中节点，整合分布的物理资源，形成统一的可调配的逻辑资源。总方案结构如图11所示。包括基础设施、虚拟资源层、信息共享云平台层，应用层以及贯穿始终的安全层和管理层。

1) 基础设施层：既包括支持民航CDM系统运行所必需的基础设施，也包括行业内可整合入CDM系统的其他设施。

2) 虚拟资源层：采用云计算技术，整合分布的硬件资源，形成资源池，灵活调配提供服务。

3) 云平台层：涵盖管理底层资源、支撑上层应用的各个软件和模块，包括平台管理、负载均衡、中间件、业务流程管理软件等等。

4) 应用层：将CDM系统功能进行最后一步封装后提供给用户。

5) 安全层：负责整个CDM系统的安全。

6) 管理层：管理整个CDM系统运行配置，包括资源管理、网络监控、部署管理、内容管理以及用户管理等，监控硬件、软件等多个层次，提高整体运行效率。

5 系统测试与应用

为验证所设计方案的可行性，并测试方案性能，本文搭建了测试环境，针对CDM系统多项业务进行了测试。

CDM系统主要业务涵盖协同决策系统、流量管理系统、统一飞行计划处理系统和塔台电子进程单系统。其中协同决策系统为顶层系统；流量管理系统帮助最大限度利用空中交通服务的容量；统一飞行计划处理系统负责接收、处理和飞行计划；塔台电子进程单系统则协助塔台管制员管制飞机的起降。

5.1 硬件环境

云计算集群设有3个master节点，18个slave节点，各节点均是基于X86架构的PC机。PC机配置如表2所示。

所有测试主机均连接在千兆网络中，网络环境中不存在其他设备，干扰因素可忽略不计。

5.2 软件环境

测试采用Hadoop团队开发的开源软件，版本如表3所示。

5.3 测试结果

通过编写程序，在测试环境中进行电报处理、雷达轨迹处理、气象与情报处理、桥位信息处理、航班信息、数据查询以及协同航班处理等压力测试，平均日最大处理条目数量如表4所示。

测试结果表明：云计算平台计算能力强，能够弥补现有民航CDM系统的不足，可满足华东地区CDM系统前瞻性设计要求。

6 结束语

本文针对华东地区巨大的航班吞吐量，提出了一套基于云计算平台的CDM系统设计方案。通过测试验证，该系统架构具备良好的计算能力和业务处理能力，使用灵活，更满足系统安全可靠、成本低、易拓展的需求。

基于云计算的华东空管CDM系统是现有CDM系统的发展方向，将在2015年开始详细设计。

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云计算的基础架构篇（2）

1.引言

自新千年IT业引入云计算概念以来，通过广大的市场需求及雄厚的技术支持，大规模云计算系统已成为当今IT业发展的主流。实现云计算的基础是实现云计算系统基础架构。一个云计算系统的优秀与否，关键在于其基础架构是否能够稳定、高效地完成各项任务。本文试图结合相关资料，对云基础架构及其效能进行分析、定义及具体阐述，为下一步研究提供有力参考。

2.云计算简介

云计算的迅猛发展与广大的市场需求和强大的技术支撑密切相关。首先，随着IT业的迅猛发展，各IT运营商都形成了各自庞大的服务器集群。如何实现现有集群的重新整合以降低运维成本，提高效率成为运营商考虑的首要问题；另外，IT市场的迅猛发展也要求各运营商提供更加稳定、快捷的服务。其次，分布式系统、虚拟化技术的不断发展完善，使得服务集群性能的快速提升成为可能。所以，在上述两方面原因的相互作用下，云计算得到了前所未有的发展。

目前，不同公司对云计算有着不同的理解和实现方式。通过对现有云计算系统的分析及对相关资料的研究[1—5]，本文认为云计算是以商业需要为出发点，将数量庞大的服务器集群整合成为分布式的资源池，通过虚拟化技术、Web2.0技术将资源池强大的计算能力、存储能力和构建在其基础之上的各类应用以按需计费的形式从不同的层次（Infrastructure、Platform、Application）租赁给用户的一种新型网络运营模式。

由上述定义可得到云计算体系结构如图1。

由图可知，云计算基础架构位于云计算系统的底层，它为云计算系统的出色运营提供了有力的支持。

3.云计算基础架构

3.1 云计算基础架构的定义

目前，业界及学术界对云计算基础架构还没有一个统一的定义利标准。各IT运营商均根据自身的实际情况，以各自的理解定义和实现云计算基础架构的部署。理工大学教授刘鹏在其著作《云计算》中提出：云基础架构及管理层由数据中心与云基础架构、安全产品、基础架构和运营管理三大部分组成[3]。作为虚拟化技术的龙头，Vmware公司在谈到其云基础架构层产品时说道：云计算基础架构是指通过虚拟化技术将传统数据中心转变为云基础架构并在其之上创建云，将IT基础架构作为服务交付给客户使用[6]。Lenk等人在其文章谈及云计算基础设施层时也指出：云基础架构可划分为基础设施服务和资源集两大部分，其中资源集可分为虚拟资源集和物力资源集；而基础设施服务又分为高级基础设施服务、基本基础设施服务、计算服务、存储服务和网络服务[7]。

通过对现有云基础架构以及对相关文献资料的研究，本文认为云计算基础架构是指由硬件资源（PC服务器、磁盘阵列、路由器、交换机及相关配套设备）组成，通过虚拟化技术、分布式并行技术整合形成的用以直接对外提供存储、计算服务或作为基础设施为上层云计算应用提供存储、计算能力支撑的一种高效、可靠并且具有良好扩展性的底层分布式系统。

3.2 云计算基础架构的分类

通过分析研究现有云计算系统及相关[8—12]，本文认为云基础架构按照服务的对象可分为基础型云基础架构和外向型云基础架构：基础型云基础架构指主要向运系统上层提供计算、存储资源服务的云基础架构，基础型云基础架构的代表系统有：TFS、GFS、Cassandra、KIDC；外向型云基础架构指直接向用户提供计算、存储资源服务的云基础架构，外向型云基础架构的代表系统有：IBM Ensembles、Amazon EC2、Amazon S3、HyperCloud、Megastore。

3.3 云基础架构的结构体系

通过对当前业界主流云基础架构系统的分析和对相关学术成果的研究，可以看出云基础架构的作用是通过将物理资源转化为虚拟资源池，实现对资源的监控、调度和管理以达到为上层应用和用户提供弹性的计算和存储资源的目的。云基础架构结构框架如图2。

由此本文将云基础架构分为以下五个层次：

1）物理层是指搭建、部署云基础架构所需的物理设备和配套环境。起作用时为云基础架构提供基本的物力资源，并保持物理设备的可靠性。

2）虚拟层是指通过虚拟化技术解除实现方式、地理位置或底层物理配置对计算机资源的限制，打破上层与物力资源之间的耦合关系，形成统一的虚拟资源。虚拟层的作用是为上层提供可靠且能够灵活按需分配的虚拟资源。虚拟层由虚拟计算资源、虚拟存储资源和虚拟网络资源组成。

3）数据层是指对云基础架构内运行的客户数据进行基本操作和管理的层次。数据层主要包含两个部分，既数据处理与数据管理。

4）管理层是整个云基础架构中的一个抽象层次。它对云基础架构的各类资源进行监控，根据实际负载状况对资源进行管理和调度并且根据上层需求对资源进行快速部署，以保证云基础架构高效运行。云基础架构管理层主要由资源监控、负载管理、资源部署和安全管理四个部分组成。

5）服务层是指为上层云计算应用调用云基础架构计算、存储资源预留的接口和对用户使用云基础架构计算、存储资源提供的交互界面。服务层对云基础架构效能的影响体现在服务层各类接口的通用性上。因为服务层接口与上层的松耦合性能够减小底层云基础架构对上层应用的限制，从而提高云基础架构自身的可用性。

3.4 云基础架构实现的主要技术

3.4.1 虚拟化技术

虚拟化是表示计算机资源的一种抽象方法。通过虚拟化，可以简化基础设施、系统和软件等计算机资源的表示、访问和管理，并为这些资源提供标准的接口来接受输入和提供输出[2]。通过虚拟化技术，可以实现在一台服务器上运行多个虚拟机，从而提供服务器的效率。由于绝大部分PC产品均属于X86架构，所以本文论述的虚拟化技术主要指X86架构的虚拟化技术。当前X86虚拟化技术的主流产品是VMware的VMware vSphere。

vSphere主要用于服务器的虚拟化，即在一台物理服务器上运行多台虚拟机，以次达到服务器整合和优化的目的。vSphere的核心是ESX架构，它可分为两部分：Service Console和VMKernel。其中前者提供管理服务，后者提供虚拟化能力。

随着虚拟化技术在云计算中发展中的作用越来越重要，对虚拟化技术的研究也成为热点。对虚拟资源的管理便是热点之一，[13]提出将VM模型集成到资源管理框架里，利用两极调度将VM的管理集成至批调度器里，以次为用户提供调度服务。

当前如Amazon EC2等云计算产品大多是以虚拟机的形式为用户提供计算能力，但对于虚拟机的具体配置，需要用户手动完成，因此虚拟化技术在自适应方面还需要进一步研究。

3.4.2 分布式存储系统

随着IT业的发展，网上交易、网上检索等系统所要处理的数据量越来越大。如何利用最低的资源成本创造最高的运行效率成为各大运营商考虑的首要问题。因此研发人员开发完成了一系列分布式存储系统，为云计算提供了强有力的后盾。

分布式存储系统研发目的是为云基础架构提供高效、海量的数据存储能力。各大运营商在搭建自己的云基础架构前都会开发自己的分布式存储系统如Google的GFS分布式文件系统。Google的GFS（Google File System）[14]是Google研发完成的作用于底层的分布式文件系统。GFS的作用是为大规模分布式应用系统提供强大的数据存储服务。GFS的核心设计思路是将系统故障当作一种常态来处理，实现这一思路的技术主要是提供多个副本进行操作。在接口方面GFS除提供基本的Creat、Delete、Open、Close、Read、Write外还提供Snapshot和记录追加两项操作。Snapshot以最低的开销创建一个文件或目录副本，记录追加则保证多客户同时对文件进行数据追加时的原子性和正确性。

GFS含有一个主控服务器（Master）和多个块服务器（Chunk Server）。一份文件由设备经接口，会被分为有限个数据块（每个数据块64MB）。此外，每个数据块都会产生一个元数据（

当前分布式存储系统已成为云基础架构重要组成之一。在学术界，对分布式存储系统的研究逐渐成为热点。[11]提出并实现了一种对等结构分布式存储系统NDSS，该系统取消了类似GFS中主控服务器的中心节点，而是利用分布式共享内存（DSM，Distributed Shared Memory）实现了数据一致性模块，利用分布式共享位图（DSB，Distributed Shared Bitmap）限制了多个节点对信息的同时访问，解决了同步访问控制问题。以此在对等节点中完成了中心节点的主要功能。从测试结果看，NDSS系统的整体性能优于有中心节点的YNS系统[10]。

目前，云基础架构中著名的分布式存储系统还有Google的Bigtable分布式存储系统和Amazon的Dynamo分布式数据存储中心[11]等。它们虽然为云基础架构提供了强大的动力，但仍有改进之处。

3.4.3 并行编程模型

并行编程模型是云计算中的一个重要概念。它是指系统为高效并行处理海量数据而设定的一组数据处理规则。研发人员为了解决输入数据的并行计算、分发数据等问题提出了并行编程模型的概念。

MapReduce是Google公司开发的一种新的抽象模型，也是当前起主导作用的编程模型。它的设计思路来源于函数式编程语言的映射和简化操作[1]。MapReduce的核心思想是将数据逻辑列表通过Map函数处理成为键值对集（），经过排序将具有相同Key值的键值对放在一起后通过Reduce函数将具有相同Key值的键值对的Value值进行合并。

当前对并行编程模型的研究大多以在MapReduce的基础上提出改进方案为主。在文献[15]中。Zaharia等人根据MapReduce建立在系统同构的假设基础上，提出了LATE（Longest Approximate Time to End）调度算法。通过新型调度算法的改进使得MapReduce在异构环境下运行。

虽然现行并行编程模型为云计算提供了强大的技术支持，在某些具体情况的适用性上还需进一步的完善。

4.结论与展望

当前对云基础架构的研究主要集中在业界IT运营商，在学术界对云计算基础架构的研究主要集中在单个技术性能的改进与提高上，明确提出云计算基础架构概念，并进行整体性理论分析研究相对较少。本文通过分析研究现有云计算基础架构实例及相关文献资料，提出了云计算基础架构定义，指出：云计算基础架构是指由硬件资源（PC服务器、磁盘阵列、路由器、交换机及相关配套设备）组成，通过虚拟化技术、分布式并行技术整合形成的用以直接对外提供存储、计算服务或作为基础设施为上层云计算应用提供存储、计算能力支撑的一种高效、可靠并且具有良好扩展性的底层分布式系统。根据云计算基础架构定义，预计在今后的一段时间内，对云计算基础架构的研究会朝着以下几个方面进行：

1）更加高效的数据交互体验。云计算基础架构为上层应用提供存储与计算能力，在此过程中必然会存在基于请求的数据交互过程。而数据交互的速度会直接影响用户对云计算应用的操作体验。所以对高效的数据交互地研究会成为未来云计算基础架构的研究重点。

2）更稳定的系统运行过程。云计算基础架构位于云计算系统的底层，其运行的稳定与否直接关系到整个云计算系统的运作。尽管当前已有多种技术手段（资源监控技术、同步复制技术，心跳检测技术等）来确保云计算基础架构的稳定性。但是这些技术手段任然存在自身消耗资源过大、检测周期与负载变化不适应等问题。而这些问题也会在今后的云计算基础架构的研究中得到解决。所以系统的稳定性也将是云计算基础架构研究的重点之一。

3）更灵活的系统扩展。随着数据量的增加，云计算基础架构不得不面临系统扩展的问题。而实时变化的数据交互量，使得云计算基础架构在扩展的同时更加注重扩展的灵活性。系统的扩展意味着资源的扩充，而系统扩展后的资源合理分配是体现灵活系统扩展的重要部分。当前尽管各类云基础架构都在努力统一和规范各自系统扩展接口并改进资源分配方式，但资源分配是否能够与负载变化同步依然是问题的实质和仍未解决的问题。而这也是云计算发展的基本出发点和立足点。所以，灵活的系统扩展能力是云计算基础架构未来的重要研究方向。

综上所述，云计算基础架构是一个具有现实意义并充满挑战的新兴领域，它的发展将对云计算发展产生巨大的推进作用，而云计算基础架构也会在未来的发展中扮演越来越重要的角色。

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云计算的基础架构篇（3）

引言

电信业的重组促使了运营商正式转型为全业务运营模式，而全业务运营的市场竞争中，各运营商的重点都放在了业务提供速度的提升、服务的因人而异的定制个性化、差异化以及精准化的运营管理。

就过去的业务网络架构而言，业务系统规模的扩张势必增加投资费用以及管理费用，业务能力的重用性以及开放性并不理想，容易造成重复的建设，而且产品推出的周期都会受到极大影响，并且业务网络暂时无法提供融合业务，所以并不能提供全业务运营能力。中国移动在各类运营商中最先SDA业务网络架构，使得统一管理、现有平台的定位等部分问题得到解决，但是依然缺乏SDA业务网络提供融合业务建设方面指导。

在零九年开始，云计算概念成为了IT领域最热门的概念之一，在业界纷纷出现各类运营商提出的自家对云计算概念的理解以及自家推出的云计算产品。云计算是一种资源交付、使用模式以及计算模式，在此模式的运用中，数据、应用以及IT资源都可以通过服务方式以网络为媒介提供给各个用户使用。云计算同时也是基础架构方法论的其中一种，可以提供给用户使用高度虚拟化资源。

一、云计算

1.1架构

云计算的架构主要分为基础架构和服务架构，基础架构主要提供出快速部署和灵活拓展的云平台；服务架构则是在基础架构的基础上提供各类云计算服务。而云计算架构又可以分为基础差、平台层以及应用层三个层次。

基础架构的构造主要由硬件设备的资源虚拟化、管理的自动化、软件版本的标准化以及服务流程的一体化等手段来完成，用来为众多用户提供一定水平的服务。基础架构又可以细分为灵活的基础架构、企业云计算管理平台、端对端服务申请管理平台和中心服务IT管制四个子层。灵活的基础架构主要利用了虚拟化技术来实现物理设备内部资源共享以及动态调配，主要由服务器池、存储资源池和SAN等基础的资源组成；企业云计算管理平台主要负责IT资源自动分配、管理以及回收的工作，达到资源的部署和管理的自动化；端对端服务申请管理平台通过工作流引擎将企业中各个部门的合作进行协调工作，在端到端之间进行流程管理，从而显著提升了管理效率。

云计算的服务模式大致划分为基础设施即服务、平台即服务以及软件即服务三类基本服务。基础设施即服务简称laaS，是将储存和计算能力等基础IT资源作为标准化的服务项目提供给终端用户使用的一种服务；平台即服务简称PaaS，是针对开发环境抽象和对有效服务负载的封装服务，拥有强大的灵活性，可是受制于提供服务的供应商的能力大小；软件即服务简称SaaS是一个通过多重租用根据需求提供服务的完整应用程序，“多重租用”即是指云星宇基础层基础设施上的软件，可以同时为多个用户提供不同的服务。

二、云计算的应用

云计算主要应用在各类资源的共享及分配管理，架构分为基础层、平台层以及应用层。

1、基础层。基础层可以为各类平台提供基础软件与硬件资源、资源共享、资源管理、动态配置以及流程管理等服务。它可以利用虚拟化技术，虚拟化整合系统架构、全业务网络基础层的IT资源、应用程序基础设施、数据以及数据库、借口、网络、桌面系统以及业务流程、有效的节约了成本并提升了工作效率。

2、平台层。平台层可以达到平台能力的、调用以及申请的能力，主要根据全业务网络功能的需求才用以SOA为基础的方法重新构建全业务网的功能框架，整合各平台以及提供各平台的能力。以云计算为基础的全业务网架构在平台层使用了SOA架构方法，融合了现有的SDA的控制区域，打造出具有服务能力的注册平台，把重心放在了平台与平台之间的业务上逻辑处理工作。

3、应用层。应用层主要提供SaaS服务，以用户的需求作为工作根据，将平台层中的各类业务系统提供的应用提供给终端用户使用。在全业务网架构中，应用层拥有快速提供融合应用的巨大优势，因此地位十分重要。

结语：本文主要在全业务网运营方面，研究了云计算架构以及全业务网络功能的框架，并且提出了以云计算为基础的全业务网络架构建设。在全业务网络建设中利用云计算模式，可以带来良好的融合业务环境，拥有了实现平台资源、I务管理、业务交付以及业务提供的融合统一的能力。同时，可以覆盖多种网络将业务进行自动统一，全面地满足全业务运营各方面的需求。

参 考 文 献

云计算的基础架构篇（4）

0 引言

近年来，全球云计算产业蓬勃发展。我国云计算产业兴起于 20 世纪90 年代，云计算产业已经形成了竞争性的产业发展态势，以展览展示、网络游戏、远程教育、数字电视内容制作以及各种影视动画制作为主流的云计算消费市场日渐成熟，但传统互联网云计算也存在对应的问题，需要对之加以完善。

1 发展基于云平台服务云建设产业的历史机遇

1.1 云计算——第四次IT产业革命

作为新一代信息技术产业的重要组成部分，云计算被称为是继大型计算机、个人计算机、互联网之后的第四次IT产业革命，也是未来3～5年全球范围内最值得期待的技术革命，将可能引发信息产业商业模式的根本性改变。因此，传统IT巨头把云计算看作为未来决定成败的“必争高地”，纷纷向云计算模式转型，推出自己的云战略。

如今，云计算已逐渐渗透进了众多行业，对于我国经济发展日趋起到重要的影响和推动作用。作为战略性新兴产业中的“重头戏”，云计算无疑成为了“十二五”期间我国政府的发展重点。

1.2 政策力挺“十二五”云计算发展

日前，国家发改委、工信部、科技部等多部委共同参与的《加快发展高技术服务业的指导意见》已进入起草阶段，其中，云计算产业将被作为未来高技术服务业的主角。“十二五”规划纲要及《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》，均把“云计算”作为新一代信息技术产业的重要部分来强调。

为了加快应用和落地，推进云计算产业的切实发展，2010年10月18日，工业和信息化部圈定北京、上海、深圳、杭州、无锡等5个城市先行开展云计算服务创新发展试点示范工作，试点内容涵盖了平台搭建、产业联盟、核心技术研发和产业化以及标准和安全管理规范的研究制定等。今年，多个政企合作的云计算应用项目有望落地。

1.3 云计算引发商业模式发生巨大变革

云计算技术将从概念层面逐渐走向应用。许多研发公司已经将云计算作为新的战略核心，并探索其企业级、社会级的应用。云计算的技术实现手段并不是新生事物，从技术上讲已趋于成熟，但还缺乏成熟的商业模式。

云计算作为IT领域的一场变革，对于现有的公司是一种挑战也是一种威胁。云计算会推动新一代云存储、云网络、云安全的巨大需求和服务模式的创新，同时也会产生新的产业和商业模式。

根据IDC最新的报告预测，全球用于云计算服务上的支出在接下来的5年时间可能会出现3倍的增长，其增长速度将是传统IT行业增长率的6倍。到2012年，云计算将达到420亿美元的市场规模，占据IT支出增长总量中25%的份额。从2009年底到2013年底，云计算能为中国带来超过1.1万亿元的净业务收入。

可以说，国内云计算万亿市场启动在即。赛迪顾问IT系统产业研究中心总经理孙会峰对记者表示，云计算是提高生产效率的一个有效手段，是可以改变IT现状的应用模式，是一种可以更加高效、更加低成本、更加可持续发展的方法。

同时，他还指出，云计算等新兴技术将成为促进中国经济转型升级的新引擎。对于产业来讲，新兴技术将会带动传统产业的升级改造，调整经济结构，带动产业转型，还将孵化出一些新的产业。传统IT企业向云计算方向转型将会成为必然和根本所在，同时，其商业模式也可能发生变化。

2 传统互联网云计算存在的主要问题

首先，云计算企业规模相对普遍较小，云计算资源相对匮乏，难以与内容供应商有效合作，无法形成云计算创新产业链。

其次，科技投入不足，缺乏风险投资环境，缺乏在线运营经验和收费渠道，难以形成规模经济，总体反映出中小型 服务商进入门槛较高。

再次，大型云计算服务商都拥有自己的数据中心，分散、高耗能、成本高，互联网接入的数据缺乏一致性，少数大的数据中心需要进一步整合。

最后，在综合布局上，各区之间缺少横向交流，难于实现联动和错位竞争，形成云计算产业链；数据搭设和服务相互割裂，各自为政，资源无法实现共享，运营商的内部资源使用效率较低。

基于以上考虑，主要从下面这样几个方面对云平台的服务云建设进行完善。云计算云平台最终的目标用户定位为中小云计算服务商。通过云计算服务云的搭建，实现如下的建设目标：

通过搭建可靠的基础架构云（主要包括虚拟节点资源、存储资源、网络资源）将基础架构资源进行整合，采用最新的云平台技术达到减少物理资源及能源的使用成本，提高资源利用率。

1）搭建服务云的平台基础，包括管理平台和运营平台，提供多项基础的SDK接口，具备为中小型 服务商接入云计算云平台的能力。

2）引导中小型云计算服务商接入云计算云平台，从初期的“提供内容服务资源”，最终过渡到“提供完整云计算云应用运营平台”的分阶段建设。

3）最终目标是将现有的各类运营系统纳入到云计算云平台中来，搭建业务运营模式完整的云计算资源运营平台；利用现有的计费模块及无线互联网相关的成熟模块建立新的业务运营模式，以实现多渠道、全方位的增值服务。实现运营商、 服务商以及内容提供商共赢的运营模式。

基于以上的研究目标，需要从以下几个层次逐级展开研究工作：

1）高灵活性、高可用性的基础架构云（IAAS）建设实验和研究；

2）基于基础架构云的PAAS解决方案的研究；

3）面一站式SAAS平台对于 商广泛商用的可行性研究；

4）整体盈利模式及行业领先前景展望。

3 云计算服务云平台整体规划的研究

3.1 基础架构云（IAAS）

基础架构云在物理资源基础上搭建虚拟化资源池，包括硬件资源、虚拟资源、云计算内容（中国音像著作权集体管理协会协助认证）的资源池，云计算服务商可按照运营模式租用资源池内的各类资源。基础架构云通过IAAS的相关服务提供虚拟资源的统一管理与使用。IAAS架构如下图：

3.2 平台服务云（PAAS）

平台服务云以云计算数据管理和成熟运营模式为基础，提供各类服务接口，提供运营商的服务管理门户和云计算服务商的接入门户。平台服务云是整个云计算云平台的核心管理与运营平台，除了需要提供面向 服务商的各类服务接口之外，还要支持对各类资源管理、申请、分配、监控等相关的业务应用。平台服务云分为两个部分：管理运营平台和服务接口平台，整个平台服务云由统一的安全管理机制保证系统安全。

管理运营平台为运营商提供基础架构云及资源运营管理支持，运营人员可以通过管理运营平成虚拟资源管控、资源管理、服务资源管理、运营管理、数字版权管理、统计分析等功能。

服务平台为服务商提供接入服务，服务商可以通过此平成如下工作：

其一，服务资源、产品的订单申请、内容检索、资源监控等管理功能；其二，服务商应用（SAAS）可直接访问资源服务接口，为最终用户提供资源服务；其三，服务商可以选购运营商的非常成熟的运营服务接口，并将其引入到自建的应用中，这些运营服务接口包括但不限于如下内容：其一，转码接口：以适应服务商的应用平台可以更容易的覆盖传统互联网与移动互联网用户，通过对用户的差异化服务；其二，广告管理接口：服务商可以选择运营商提供的广告打包服务，也可以通过接口直接在用户访问的流中增加广告数据；其三，短信、彩信、位置、计费等运营接口：这些接口在移动互联网领域已经有了非常成熟的运营模式，服务商可以通过这些接口实现建立更加灵活、高效的运营模式。比如：移动服务的包月服务、订阅服务、流量计费；同时也可以将移动互联网领域的运营模式扩展到传统互联网领域。其四，服务商可以通过服务平台申请基础架构云中的虚拟资源并将自有的应用（SAAS）部署到运营商的基础架构云中。

3.3 应用云（SAAS）

应用云（SAAS）的建设初衷是搭建以提供云计算内容服务为主的服务平台云，为中小型服务商提供基于传统互联网和移动互联网的内容服务。应用云由云计算服务商自行建设和管理，利用平台服务云提供的各类接口为最终用户服务，远期目标可以由运营商完成应用云的建设。应用云（SAAS）的建设有三种方式：

1）通过SDK、API、Web Service等多种通用接口与平台服务云（PAAS）中的服务、运营服务接口进行应用整合。

2）服务商的SAAS也可以到基础架构云中，为服务商提供更低成本、更高效率的“云”服务。

3）平台服务云也会逐步提供各种增值应用服务，将整个云平善为一个从基础架构云（IAAS）到应用云（SAAS）的完整的云计算应用云平台，为各种不同规模的服务商提供更加多样的、差异化的云平台服务。差异化服务可以为运营商建立起更加稳定。

4 高灵活性、高可用性的基础架构云（IAAS）建设实验和研究

4.1 基础架构云（IAAS）业务需求分析

4.1.1 核心架构需求分析

1）方便的资源申请：IAAS应该允许用户方便的请求各种资源如CPU，存储，内存，网络等，而不需要考虑实际的计算能力，带宽，存储等物理资源的具体配置、位置等信息。如用户在申请虚拟机实例的时候就可以方便的指定CPU的规模，内存的大小，存储的大小，网络的基本设置，甚至针对运营商的网络带宽限制条件，可以在用户选择资源的时候直接选择带宽的性质（独占或共享）和带宽的大小。

2）集中的管理、统一的调度和维护：有了IAAS平台后，资源都统一的放置在资源池中，这样CPU、存储、内存、网络等资源应该全部由基础架构云来管理；并通过统一的调度平台进行资源的合理化弹性调度；由于已经把硬件资源统一的进行了管理，自然，将由运维团队对硬件资源进行统一的维护。

3）兼容性：作为基础架构云平台，应该满足两方面的兼容性，即软件和硬件，软件方面要保持和国际云计算的兼容，硬件方面要能够支持多样化，即不同型号、品牌的服务器都可以纳入资源池进行统一资源管理。

4）云计算数据源：在基础架构云平台的存储控制器上增加对云计算数据源的管理调度。云计算数据使用分布式存储技术存储在云的存储池中，而管理员平时则无需知晓最终数据的最终存放位置，这部分工作由基础架构云的存储控制器角色完成。而PAAS（服务云）则可以直接通过相应接口调用相关数据。

4.1.2 可扩展性需求分析

基础架构云（IAAS）必须是分层的可扩展的基础架构，以便未来可灵活扩展基础架构云的规模或部署模型。这样我们可以在计算资源不足时，可以很方便的实现资源池的扩容。

4.1.3 安全性需求分析

所有基础架构云的管理节点都必须容灾，以保证虚拟机可以移动到其他节点，确保操作任务不会丢失。

4.1.4 网络与数据安全

基础架构云必须保证在网络层面上的安全性。必须有访问控制功能。数据安全的主要工作在于：保证基础架构云底层操作系统安全；保证基础架构云上的虚拟机安全；保证用户权限的合理分配与管理。

4.2 方案整体概述

在此方案中我们采用国内最先进的云产品构建基础架构云（IAAS）。

产品特点主要体现在弹性、自助和标准化三个主要方面：

4.2.1 弹性资源伸缩。可智能调度管理从数台到数千台的物理服务器，依据贪婪模式、省电模式等资源调度策略进行自动化管理。并可将计算、存储以及网络能力进行开放让普通应用系统也可具备像水电一样，获得即开即用能力。

4.2.2 自助式服务。提供了一个友好的web界面可供使用，使用者可依据被分配的资源配额（资源是指虚拟机、存储、IP、负载均衡、防火墙等云资源），快速的创建资源，监控资源使用情况，关联资源（关联资源是指虚拟机挂接存储、为多个虚拟机创建负载均衡等云资源之间的关联操作），自动化部署应用系统等工作。

通过自助式服务，将会把运营商IT运维人员从繁杂的工作中解脱出来，简易的操作界面，可以使最终用户方便的利用Step By Step方式的操作很快的申请到资源，进而事业虚拟机、存储及网络资源。

4.2.3 标准化平台。使用开放式云计算标准接口与技术，与现有大多数基础架构云平台相兼容，可实现在不同厂家的云平台产品之间进行自由穿梭；不做技术绑架，用户可自由选择已经购买的虚拟化产品、服务器（需要支持Intel或AMD的虚拟化技术）、存储及网络设备提高资产利用率，避免不必要的投资。

4.2.4 逻辑拓扑概述。云平台采用多层架构，可有效提升整个云平台的可扩展性。采用控制器横向堆叠的方式，可将云基础架构的规模提高至一个新的层次，如下图：

当需要扩展集群规模时，在现有集群中添加节点即可。当需要扩展整个云的规模时，可创建新的群集。

云中的主要角色和服务：

1）云控制器。云控制器（Cloud controller＼CLC）可以管理调度底层的一个或多个集群控制器（CC）的计算资源和网络资源，也可以管理调度底层的一个或多个存储控制器（SC）的存储资源。

2）集群控制器。集群控制器（Cluster controller＼CC）

是下属节点控制器（NC）所组成的计算群集的前端（Front—end）桥头堡和管理者，它包括虚拟机镜像、节点群集调度、虚拟网络管理等功能。

3）存储控制器。存储控制器（Storage controller＼SC）

是基于网络的块存储（按照Amazon的称呼，称为EBS，弹性块存储）实现，一个块存储被节点上运行实例的操作系统认为一个块设备，但其实它是一个通过网络连接到存储控制器的设备。支持通过iSCSI、AOE、FC SAN等存储适配器来访问各种存储设备。

4）节点控制器。节点控制器（Node controller＼NC）可以是虚拟机的计算宿主，也可以是组成分布式冗余存储系统的存储节点或者存储目录节点。如果节点是计算宿主，也就是实例的运行载体，它将根据上层的集群控制器的指令来负责执行、监控、终止、善后处理实例，同时还需要及时将目前的可用资源通知集群控制器。

4.3 产品功能架构

以下是云的产品架构示意图，我们基于Erlang OTP，使用Eucalyptus框架，兼容AmazonEC2标准。

主要分为四层：系统核心层、接口调用层、实用工具层、应用服务层。

1）系统核心层。其主要功能是操作系统的主体内容，负责将计算机分布式群集中的各种资源管理、调度和监控。对应的具体功能如下：实例管理；存储管理；网络管理；资源监控；运行支撑。

云计算的基础架构篇（5）

IDc中国企业级系统研究部高级研究经理周震刚认为，云计算的实施不是简单的软硬件集成项目，而是一种企业IT战略的改变。企业用户应着重考虑相关的一系列配套措施，包括业务和组织架构等各方面，需要把云计算提升到企业战略的层面上进行统筹。他建议企业用户在实施云计算项目之前需要谨慎评估，并与有经验的IT咨询服务提供商进行合作，对云计算项目进行整体的规划，考虑云计算中心的管理模式，将未来的运营纳入到整体规划中。

IDC针对企业用户的调研显示，在建设云计算基础架构的各类企业中，公共云服务提供商更关注如何通过云计算形成新的可持续盈利的业务模式，支撑和促进业务发展；私有云用户则更关注如何通过云计算提高IT系统使用效率，优化IT架构，实现IT部门的服务模式转型，使其从企业的成本中心转化为业务支撑中心。周震刚说：“企业用户在考虑如何建设云计算基础架构之前，首先应明确建设云计算的目的，一定要避免为了云计算而云计算。”

IDC根据多年研究和广泛调研为中国企业实施云计算项目设计了一个路线图，包括准备（完成数据集中、资源整合和系统架构）、实施（实现虚拟化和资源池化）、深化（完成管理和资源的自动化）以及应用（包括开发API/应用移植和开发）这四个阶段。而路线图中有几个要点需要企业特别给予关注。

首先，在云计算平台的系统设计和架构阶段方面，企业应重点考虑几个因素：根据自身的业务特点和行业特征选择系统架构，选择具有充分扩展性和高效能的硬件平台，从技术和业务两个方面保证云计算平台与现有平台的连续性。在Google和AWS等知名的公共云计算案例中，很多是基于分布式架构的云计算平台。这是由于互联网行业普遍具有自身技术实力雄厚、IT资产生命周期短、核心业务对实时性要求不高等特点。某公共云计算服务提供商CTO也认为x86是最理想的云计算系统架构：“我们运营云计算服务的，成本是最重要的因素。使用x86服务器构建分布式结构可以让硬件成本降到最低，同时分布式结构还可以保证系统的可靠性。”但周震刚指出，分布式计算或其他计算模式并没有绝对的孰优孰劣，互联网行业选择了适合自己的分布式计算，而其它行业本身的特性未必与互联网类似，用户应考虑自身的行业特征来选择真正适合自己的云计算架构。总之，对于大型企业的云计算平台，其对整体架构和硬件平台的选择是和企业自身情况以及平台上运行的工作负载息息相关的，系统设计中应考虑一致性和兼容性，如果在系统迁移中要求对现有应用重新编写，那么风险评估是不可缺少的。

其次，有些企业认为自己已经用虚拟化技术将物理服务器分成了若干虚拟机，并在不同的虚拟机上运行不同的应用，这便完成了云计算架构的部署。周震刚认为这种认识是片面的，虽然企业级虚拟化平台的创建是建设云计算基础架构必不可少的环节，但是仅将物理服务器分成虚拟机并不是完整的云计算实施过程，企业级虚拟化还要考虑更多方面。例如，从安全与稳定性角度来看，由于虚拟化所具有的整合特性，在其基础上可能会运行对企业至关重要的核心应用，企业在使用中考虑其底层的软硬件承载平台是否具有高安全性，高稳定性等特点；而从灵活性角度来看，先进的虚拟化软件应该可以做到对硬件资源的更细粒度调用，对底层硬件资源可以进行增加和减少操作从而实现真正的灵活控制与按需使用。灵活性的另一个体现方面则是应用可以在不影响业务的前提条件下在不同物理主机间进行迁移，达到平衡不同物理服务器负载，并使业务可以运行在更合适的环境中。

云计算的基础架构篇（6）

企业的IT建设可以归纳为三个阶段。

第一个阶段是数据大集中的过程。在这个阶段,企业将分散的数据资源、IT资源进行物理集中,形成了规模化的数据中心基础设施。在数据集中的过程中,大多数企业的数据中心基本实现了标准化,既有业务的扩展和新业务的部署具有可控性,解决了数据业务混乱无序的问题。此阶段主要解决了集中管理与容灾的问题。

第二个阶段是实施虚拟化的过程。实现数据集中与容灾之后,随着企业的快速发展,数据中心IT基础设施的扩张速度很快,但是系统建设成本高,周期长。虚拟化屏蔽了不同物理设备的异构性,将基于标准化接口的物理资源虚拟成逻辑上完全标准化的逻辑计算资源(虚拟机)和逻辑存储空间。虚拟化环境可以实现计算与存储资源的逻辑化变更,特别是虚拟机的克隆功能,使得数据中心IT建设的灵活性大幅提升,业务部署周期从数月缩减至一天以内。此阶段提升了企业IT架构的灵活性,数据中心资源(包括服务器和存储)的利用率得到大幅提高,运行成本得以降低。

第三个阶段是云计算阶段。在此阶段,企业IT建设有了新的蓝图:IT资源能够弹性扩展,可以实现按需服务,将服务作为IT的核心,从而提升业务的敏捷性,进一步降低成本。企业既可以自建云计算架构,也可采用第三方的云设施。未来的趋势是企业将逐步采取租用IT资源的方式来满足业务需要。与水、电等资源一样,计算、存储、网络将成为企业IT运行的基础资源,可以按需获得。云计算解决了企业IT资源的动态调配和成本问题,使得IT部门可以专注于服务的提供和业务运营。

从数据大集中与容灾到虚拟化,再到云计算,经过这样一个演进过程,IT运营模式逐步发生了改变。云计算从根本上改变了传统IT的架构。

云计算技术已就绪

标准化公共技术的长期发展,使得基础组件的标准化日益完善,硬件层面的互通已经没有阻碍,即使是大型机也有了对外连接的IP接口。大规模运营的云计算能够极大地降低IT建设和运维的成本。

虚拟化与自动化虚拟化技术不断发展,IT资源可以通过自动化的架构提供全局动态调度的能力。自动化提升了IT架构的伸缩性和扩展性。

并行/分布式架构大规模的计算与数据存储系统已经在分布式、并行处理的架构上得到广泛应用,计算密集型系统、数据密集型系统、大型数据文件系统成了实现云计算的基础。云计算基础架构具有更高的弹性与扩展性。

带宽大规模的数据交换需要超高带宽的支持。40G/100G网络平台具有更加扁平化的结构,使得云计算系统中的信息交互变得更快。

云计算的基础架构篇（7）

数据中心动态化

服务器虚拟化技术的普及改变了应用程序的提供和管理方式。通过在计算、网络和存储层面上实现虚拟化,企业数据中心正在向着高效率、高弹性、高可用的方向发展。2009年,NVC联盟的成立正好顺应了企业数据中心转型的浪潮。NVC联盟一成立就推出了联合的动态数据中心解决方案。VMware的虚拟化软件、Cisco的统一计算产品以及NetApp的统一存储产品构成了一个以虚拟化为核心的灵活、高效的数据中心基础设施解决方案。

埃森哲公司大中华区技术咨询事业部资深总监李晓东将数据中心基础设施的发展归纳为三个阶段:第一阶段,实现数据中心设备的整合与标准化,通过实现包括服务器、存储、网络等设备在内的数据中心IT架构的标准化,在逻辑上实现数据中心的动态化;第二阶段,迁移到虚拟化平台,在企业内部实现以应用程序为核心的计算;第三阶段,打造动态基础设施架构。

两年前,NetApp就向企业用户做出了这样的承诺:使用NetApp具有虚拟化功能的统一存储解决方案,并配合VMware的虚拟化软件,整个系统的效率可以提高50%。“服务器的整合是大势所趋。对服务器进行整合后,系统的部署时间可以从3天缩短到几分钟。”VMware 公司大中华区总裁宋家瑜举例说,“某客户对服务器进行大规模整合后,将70个应用集中到一台服务器上。全球每减少一台服务器,二氧化碳的排放量可以减少4吨。”思科中国副总裁兼数据中心业务负责人冼超舜表示,思科一直致力于帮助客户开发基于统一体系结构的下一代数据中心解决方案,这样可以充分发挥虚拟化的强大力量。

与动态数据中心解决方案相比,NVC联盟最新推出的端到端安全多租户设计架构更强调在一个开放的平台上实现服务器、存储和网络的集成与优化,使得数据中心更高效、更安全和动态化。经过一年的磨合,三家厂商在动态数据中心和云计算基础架构的研发、销售和服务方面实现了步调一致。

NetApp 公司大中华区总经理陈文俊表示:“NVC联盟的目标是为用户提供一个整合的服务器架构、一个融合的数据中心网络和一个统一的存储架构,最终打造一个共享的动态数据中心,使得用户可以轻松管理一个统一的数据中心基础架构。”

保证多租户的安全

数据中心用户面临的最严峻的挑战是如何提高数据中心的整体效率,同时降低成本。对于数据中心用户来说,何时与如何实现虚拟化及数据中心的转型是不能回避的问题。NVC联盟提供的虚拟基础架构软件和统一的存储、服务器、网络解决方案,能够根据用户特定的业务需求进行部署。实践证明,此方案具有良好的集成性与互通性,并且在全球多个数据中心得到成功应用。

追根溯源,NetApp、VMware和Cisco早在2003年就为实现共享的虚拟化数据中心这一目标展开了合作。三方定义并测试了构建在灵活、经济高效、高性能以太网框架基础上的动态数据中心基础架构。陈文俊表示,该架构的四大IT支柱是高可用性、安全隔离、服务保证和简化管理。

李晓东表示:“云计算是企业实现跨越式发展的驱动力。云计算的服务属性决定了云计算基础架构必须具有更高的弹性。”虚拟化的动态数据中心是云计算和实现IT即服务最有效的基础之一。NVC联盟推出的端到端安全多租户设计架构成了动态数据中心与云计算架构之间的纽带。端到端安全多租户设计架构能够隔离那些共享一个通用IT基础架构的不同客户、业务单位和部门所使用的IT资源和应用,从而增强云环境的安全性。无论是企业内部的私有云还是公共云,都不是只为一个客户服务,而是为有不同需求的多个租户服务。一个云计算系统就像一家饭店,分住在不同房间的客人就像是云计算系统中的租户,在享受饭店提供的多种服务的同时,还要求饭店保证每个客人的安全和隐私。共享虚拟基础架构要求在交付承诺的服务级别时,能够隔离不同租户或部门的资源。NVC联盟提供的端到端安全多租户设计架构通过隔离服务器、网络和存储层,不仅能够确保每个租户的数据安全,而且能够达到租户认可的服务水平。

NVC联盟提供的动态数据中心方案的主要组件包括:NetApp统一存储架构可以支持多种协议和主存储、二级存储、归档;VMware vSphere为基础架构虚拟化提供平台,VMware vCenter为集中管理所有的虚拟化服务器、网络和存储资源提供通用平台;Cisco统一计算系统(UCS)减少了网络交换机的数量,并围绕统一的I/O网络集成计算资源。采用动态数据中心解决方案的用户,可以通过虚拟化和整合服务器、存储、网络资源,达到节省成本的目的;通过统一基础架构,集中管理和自动化例行任务,从而简化管理;通过快速部署新的应用程序和调整资源大小,以便对新需求做出快速反应。

云计算的基础架构篇（8）

当前金融行业应用系统多采用集中方式部署于数据中心，随着金融业务的快速发展，后台支持所需的基础设施规模不断增长，拥有几百到几千台服务器的数据中心已不是少数。数据中心的日常运行维护工作逐渐暴露出以下几方面的挑战。

（1）随着服务器等基础设施的规模越来越大，机房空间、电力消耗以及管理维护难度越来越大。

（2）传统的、手工方式的环境部署效率较低，难以满足业务服务对环境部署的时效性要求。特别是对于研发测试环境，由于环境搭建及调整一般更为频繁，此方面矛盾也更加突出。

（3）应用系统在业务高峰期或性能压力测试阶段，需要更多的系统资源支持，期望基础架构能够提供弹性的、动态的、自动化的供应手段。

（4）在传统服务器环境中，单台服务器业务空闲时段的资源难以整合，总体资源利用率提升受到限制。以中国工商银行数据中心（北京）为例，用于全行应用系统版本测试的适应性测试环境的服务器数量已超过1000台，每个季度约有30%的环境需要重新搭建，基础架构的日常管理维护压力逐年增加。

二、云计算理念与启示

根据云计算的服务对象范围，云计算可以分为3种部署模式:公用云、私有云和混合云。根据云计算的服务层次和服务类型，可将云分为3个层次：基础架构即服务（IaaS）、平台即服务（PaSS）和软件即服务（SaaS）。不同的层，提供不同的云服务。根据美国国家标准技术研究所（NIST）的定义，云计算一般具有5个基本特征。

（1）按需自助服务。用户可根据需要，直接从云计算供应者处获取服务（如：计算资源、存储资源、网络资源、开发平台及应用软件等），而无需与云计算供应者进行人工交互。目前，一般采用用户在网页上填写申请表单形式获取自助服务。如果数据中心采用此方式供应环境，将可由最终用户直接提交环境部署服务申请，由系统自动调配资源并部署环境，且节省了相关部门间（系统、网络、设备等）的沟通成本，环境部署时效性较传统手工方式有很大提高。

（2）广泛的网络接入。用户可以使用各类客户端平台（笔记本电脑、手机、PDA等），按照一个规范机制（如浏览器），通过各种网络渠道从云计算供应者处获取服务。此特征更多的针对公有云和混合云，而出于安全性等方面考虑，如在金融行业数据中心构建云计算环境，一般首选私有云方式，只需保证用户可以通过网络接入云计算系统即可。

（3）与位置无关的资源池化。云计算供应者的计算资源被集中整合成为一个动态资源池，以多租户模式服务所有用户，不同的物理和虚拟资源可根据用户需求动态分配。服务商需要实现所分配资源的位置无关性，用户一般不需要知道所使用资源的确切位置，但在需要的时候用户可以指定资源位置。通过应用资源池化的管理模式，提升数据中心整体资源使用率。

（4）快速的可伸缩性。云计算供应者提供的服务可以自动、快速、弹性地扩展，也可以自动、快速、弹性地收缩。从用户角度讲，云计算提供的资源是无限的，可以选择在任何时间获取任何数量的资源。通过快速的可伸缩性，在很大程度上提升资源使用效率。另外，如果数据中心系统环境支持快速伸缩，就可满足应用系统在业务高峰期或性能压力测试阶段，其基础架构能够提供弹性的、动态的、自动化的资源供应。

（5）可度量的服务。云计算供应者针对不同的服务类型（CPU时间、存储空间、网络带宽等）来计量资源的使用情况及单位价格，以提高资源的管控能力和促进优化利用。整个系统资源可以通过监控和报表的方式对供应者和用户透明化。对于公有云，资源供应者可以此为依据对提供的服务进行收费。对于私有云（企业云），IT部门可以此作为IT成本核算依据，一旦在企业内部形成相关成本核算机制，还有利于促进资源回收利用，减少空闲资源。笔者认为，短期内将云计算应用于银行数据中心生产环境还需持谨慎态度，但在数据中心研发测试环境环境中，云计算大有可为。特别是开展基础架构云建设，将有助于解决前文提到的基础架构日常运行维护中遇到的各类挑战，实现业务应用环境快速部署、回收、调整以及资源集约化管理水平和快速服务能力。

三、基础架构云建设的关键课题结合我们的实践探索，在银行数据中心建设基础架构云，有如下几项课题需要加以研究解决。

（1）各类资源的池化与差异化资源服务模型。在数据中心，基础架构资源主要包括各类高、中、低端服务器、存储阵列、磁带库以及IP地址等。为实现基础架构云快速供应和弹，实现上述资源的池化管理和统一管理调度机制十分必要。在此基础上，可以通过规划不同资源节点（比如数据库服务器、应用服务器、WEB服务器等）和业务服务环境（比如综合版本测试环境、生产补丁测试环境、压力测试环境和培训环境等）对应的资源使用规则，提供差异化的资源服务。一种可参考的资源服务模型如图1所示。

（2）自服务界面和自动化供应流程。要实现基础架构环境的自动化部署，需要自动化供应流程的支持。与此同时，面向最终用户提供自服务界面也是云计算这一新型计算模式的基本要求。图2是启动一次虚拟机环境供应的自动化流程。当用户在操作界面上启动虚拟机供应任务后，调用后台任务管理器，将任务放入系统的任务运行队列。流程引擎层扫描任务运行队列中的待执行任务，根据任务类型及优先级等，选取待运行任务并调度执行，由调度引擎层调用驱动工具层依次完成虚拟机创建、操作系统部署和数据库部署等一系列操作。待以上步骤执行完成后，返回作业执行结果。在基础架构云建设时，还要充分考虑多用户并发服务处理能力。

（3）各类基础架构资源的“驱动程序”。正如前文所述，基础架构云平台管理的对象主要包括各类服务器、存储阵列和IP资源等。在数据中心传统工作模式下，上述对象往往需要专业技术人员通过手工方式或者使用专门的工具软件进行管理维护，各专业之间的协作配合要求较高，因此维护效率难以得到有效提升。在基础架构云平台建设中，需要实现对上述对象的全自动化维护操作。如果把基础架构云平台看作一套“操作系统”，其下各类资源对象的自动化维护管理功能，不妨看作是操作系统的各类驱动程序。因此要实现云平台的自动化管理，各类基础架构资源的自动化驱动工具研发也是必需解决的关键课题。

四、基础架构云建设实践

云计算的基础架构篇（9）

云不是一下子飘过来的

赛门铁克公司中国区技术总监李刚表示,云计算有它的两面性,就像一个硬币的两面。从内看,云计算是一种技术;从外看,云计算是一种应用模式。如果仅看云计算的应用模式,有些人可能会提出这样的疑问:云计算的服务模式与传统IDC的托管服务模式十分相似。从形式上看,两者的确很相似,但是对比一下技术架构你会发现,云计算的技术架构应该具有无限的扩展能力,不会出现业务中断,所有资源可以分散在整个互联网上,并且是虚拟化的,而传统IDC的架构并不是这样的。因此,IDC的托管服务不是真正意义上的云服务。

李刚表示:“只有基础架构符合大规模、分布式的要求,同时外在表现形式又符合互联网服务模式的要求,这样的计算架构才是真正的云计算架构。云不是突然一天出现的,而是由内而外的全面的计算模式的演进。如果哪个用户说,明天就把应用全部放到云上,这是不可能的。用户只能从现有的技术架构逐步过渡到云计算架构,先让企业内部的所有资源在现有架构上移动起来,并且能够回收、重新部署,然后再把企业内外部资源全部整合起来,实现自动移动,才能让云真正飘起来。”

IDC的数据显示,2013年,全球云计算服务的收入将达到442亿美元,占整体IT支出的10%。未来5年内,云计算服务市场的增长十分强劲,平均年增幅达26%,是传统IT行业市场增长速度的6倍。正是看到了云计算市场未来的增长潜力,许多企业纷至沓来,而用户也引颈眺望。云计算市场为什么会这么热?赛门铁克公司副总裁、大中国区总裁吴锡源认为主要源于三方面的压力:降低成本的压力,为企业内部和外部的用户提供更好服务的压力,节省空间、快速影响外部环境变化的压力。

赛门铁克的云战略主要包括以下三方面内容:提供赛门铁克托管服务,帮助企业及个人用户保护并管理其信息,即提供SaaS模式解决方案;为企业提供赛门铁克基础架构软件和专业服务,帮助用户建立高度灵活的可扩展的云计算环境,构建云基础架构;通过创新的混合部署模式,进一步优化赛门铁克软件和托管服务,使用户从其基础架构中获取更大价值。

云计算不能一步到位

李刚介绍说:“有些用户明确表示,不会采用公共云,但是会考虑建立企业内部私有云。对用户来说,关键在于要分清哪些应用可以放在云架构上,哪些应用不适宜放在云架构上。从目前情况看,CRM应用就不太适合放在云架构上,因为CRM的核心应用不是在大量数据的处理上。但是像内容下载这样的应用,现在就可以转到云架构上实现。还有一些特殊的应用,像商业智能(BI)系统,可能只有其中的一部分应用适合采用云计算的模式,比如数据挖掘。”

企业用户如何从现有架构逐步走向云计算呢?赛门铁克给出了如下建议:首先是操作层面的转变,包括提升资源使用效率,更快捷、有效地实现恢复,实现自动化的管理运维;其次是数据中心的转变,要逐步实现层次化、分布式的资源部署,站在数据中心的高度,统一存储资源和服务器资源,实现可用性管理;最终实现云的转变,即构建内部的基础架构云和云应用模式。

吴锡源表示:“云计算不能一步到位。在从现有架构走向云计算的过程中,企业用户必须实现运维思路的转变,充分利用现有的多种软件工具,把应用程序管理起来,实现自动化、简单化,从而提高绩效。这一转变过程又可以分成三个步骤。第一步,利用软件工具实现整个数据中心的整合。随着数据中心运维的简单化、自动化,由服务器和存储组成的复杂的异构环境变成了可以共享的虚拟资源池,数据中心资源的利用率得到大幅提高。第二步,通过虚拟化、SOA等手段实现整个数据中心的优化。第三步,建立一个高效的云基础架构,达到节省成本、提高灵活性的目的,为用户提供更好的服务。云计算架构是一个具有弹性的、动态的基础架构,可以根据需要随时增加或者减少,并可随着业务的发展进行灵活调整和部署。”

云计算的基础架构篇（10）

云计算的目标是帮助客户按需交付IT服务。Springboard Research的调查显示,亚太地区34%的企业将云计算视为战略性投资,36%的中国企业倾向于采用混合云的模式。“中国企业正加速转向云计算,从而降低IT系统的复杂性和成本,实现更加灵活、便捷的服务交付。”VMware大中华区总裁宋家瑜表示,“通过提供高度虚拟化的基础架构、有效的应用开发模式和更灵活的终端计算模式,VMware可以帮助客户构建一个高效的以业务为中心的IT架构,确保实现IT即服务的目标。”

虚拟化是实现云计算的基础。Springboard Research的调查显示,亚太地区66%的企业认为,虚拟化是云计算不可或缺的构建模块,其中金融、政府等行业的用户对虚拟化的接受程度最高。VMware公司数据中心平台副总裁Zahid Hussain表示:“如果将云计算比作一幢大楼,那么虚拟化就是地基。需要注意的是,虚拟化这个地基本身应该是由策略驱动的、安全的、自服务的和随需应变的。”

宋家瑜表示:“随着IT需求的发展,中小企业用户也需要虚拟化和云计算。一些公共云服务商已经在进行相关的尝试。中小企业接受云计算需要一个过程。公共云服务商要不断提升公共云的安全性和可控性,从而增强中小企业用户使用公共云服务的信心。”

三个层面的创新

从现有IT基础架构过渡到云计算架构,企业用户应做好以下三方面的工作:实现IT基础架构的虚拟化,保证云计算架构的安全性和隔离性,实现资源的动态调配和存储容量的按需分配。Zahid Hussain表示:“VMware正是以上述工作为重点,帮助客户分步骤实现IT即服务的目标。在IT基础架构层面,VMware从云基础架构和管理、云应用开发平台和终端用户计算三个层面进行技术创新。”

在巩固VMware vSphere虚拟化平台的基础上,VMware在虚拟化和云计算平台的管理上下了很多功夫,VMware vCenter和VMware vCloud Director就是典型的例子。Zahid Hussain表示,在管理方面,VMware的工作重点包括以下两方面:第一,提升管理大规模基础架构的效率;第二,实现云计算平台的法规遵从,提升应用管理的性能,实现更好的监控等。

宋家瑜表示:“中国用户需要的是具有中国特色的云计算解决方案。VMware与国内瘦客户机市场的龙头企业福建升腾资讯有限公司刚刚宣布结成战略合作伙伴联盟。双方将充分利用各自在瘦客户机产品研发、桌面虚拟化方面的优势,为中国客户量身定制桌面虚拟化解决方案。”

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