1 引言

　　云計算并不是一個全新的名稱。1961年，圖靈獎得主John McCarthy提出計算能力將作為一種象水、電一樣的公用事業提供給用戶。2001年，Google CEO Eric Schmidt在搜索引擎大會上首次提出“云計算”的概念。2004年，Amazon陸續推出云計算服務，成為少數幾個提供99.95%正常運行時間保證的云計算供應商之一。2007年，隨著IBM，Google等公司的宣傳，云計算概念開始獲得全球公眾和媒體的廣泛關注。

　　云計算目前并沒有統一的定義。根據Wikipedia，云計算是一種基于互聯網的計算新方式，通過互聯網上異構、自治的服務為個人和企業用戶提供按需即取的計算。而Berkeley大學則認為云計算是指Internet上以服務發布的應用以及支撐這些服務的數據中心的軟件和硬件。

　　筆者則認為，云計算的概念不僅僅局限于計算，實際上直接稱為“云”更加合適，云的本質是網絡為用戶提供的按需即取的服務Service on Demand，包括基于提供計算能力，存儲能力，以及網絡能力的各種服務的組合。正是因為服務的按需即取的特性，需要對應于計算能力、存儲能力、交付能力的各種計算資源、存儲資源，以及網絡資源的按需即取的資源池管理和彈性提供。

　　從業務提供方式上，云可以提供3種業務：IaaS將虛擬化的資源直接按需提供給客戶;PaaS在虛擬化的云計算平臺上建立支持多種業務的應用平臺，再將應用接口和開發環境、運行環境提供給外部;SaaS在虛擬化的云計算平臺上提供按需定制和快速部署的應用軟件租用服務。目前，業界研究最多的是 IaaS和PaaS，本文將針對IaaS(對應基礎云)和PaaS(對應業務云)的關鍵技術，實現方案以及云的標準化進行闡述。

　　2 關鍵技術

　　2.1 虛擬化

　　虛擬化是實現云計算的最重要的技術基礎，虛擬化技術實現了物理資源的邏輯抽象和統一表示。通過虛擬化技術可以提高資源的利用率，并能夠根據用戶業務需求的變化，快速、靈活地進行資源部署。

　　2.1.1 虛擬化平臺架構

　　在云計算環境中，通過在物理主機中同時運行多個虛擬機實現虛擬化。多個虛擬機運行在虛擬化平臺上，由虛擬化平臺實現對多個虛擬機操作系統的監視和多個虛擬機對物理資源的共享。

　　總的來說，我們認為虛擬化平臺是三層結構，最下層是虛擬化層，提供基本的虛擬化能力支持;中間層是控制執行層，提供各控制功能的執行能力;最上層是管理層，對執行層進行策略管理、控制，提供對虛擬化平臺統一管理的能力。如圖1所示，虛擬化平臺應該包含虛擬機監視器Hypervisor，虛擬資源的管理，虛擬機遷移，故障恢復，策略管理(如提供虛擬機自動部署和資源調配)等功能實體。各部分具體功能描述如下：

　　圖1 虛擬化平臺功能結構

　　(1)虛擬機管理：主要保護VM的創建、啟動、停止、遷移、恢復和刪除等能力，虛擬機映像管理，虛擬機運行環境的自動配置和快速部署啟動等能力。虛擬機管理可根據主機節點/虛擬機的CPU，內存，I/O，網絡等資源使用情況，自動地在不同主機節點之間遷移VM，使得VM的性能得到保障。也包含主機節點的失效保護，即當一個主機節點失效后，該功能實體能將其上的服務自動轉移到其他節點上繼續運行。

　　(2)高可用Cluster：用于保證主機節點的失效保護，當一個主機節點失效后，Cluster自動將其上的服務轉移到集群中的其他節點上繼續運行。該Cluster還可具有負載均衡和存儲集群的能力。

　　(3)動態資源調配：虛擬存儲、網絡創建、配置、修改和刪除等能力。當一個VM的內存、外出或網絡資源不足時，可臨時借用同節點中其他VM暫時不使用的同類資源。

　　(4)動態負載均衡：兼顧能源消耗和工作負載的均衡。根據策略需要，可開啟/關閉部分主機節點，并遷移關聯的VM。

　　(5)管理工具：包含虛擬化平臺需要支持的一套工具，如P2V(Physical to Virtual)，V2P(Virtual to Physical)，VA(Virtual ApplicaTIon)，JEOS(Just enough Operating System)等。

　　(6)主機安全：用于保證VM運行環境的安全，包含一組軟件，如anti-virus，IDS等。

　　2.1.2 虛擬化平臺部署

　　如圖2所示，在實際部署中，由于Cluster、動態資源分配、主機安全等與Hypervisor關系密切，可以作為獨立的軟件部署在主機節點之中。其他功能都可以集成在一起，形成VM管理器。這樣進行功能分配后，整個虛擬化平臺可以分為兩個軟件包：一是Hypervisor + Host OS軟件包，駐留在主機節點中;二是VM管理器軟件包。兩者之間的接口將被簡化為配置、簡單控制、查看和監控幾類。

　　圖2 虛擬化平臺系統架構圖

　　運行VM的主機利用Cluster功能組成一個高可用的集群系統，當其中的某個節點失效時，可無需VM管理器的干涉，自動地將失效節點上的服務遷移到其他節點，并為其重新分配存儲和網絡資源，使得服務不間斷。VM管理可部署在獨立的服務器上，由其負責對虛擬化平臺的告警、運行狀況監控、負載調整等工作。虛擬化平臺物理部署如圖3所示。

　　圖3 虛擬化平臺部署圖

　　2.1.3 虛擬化平臺的優勢

　　(1)平臺虛擬化實現資源最優利用。利用虛擬化技術，在一臺物理服務器或一套硬件資源上虛擬出多個虛擬機，讓不同的應用服務運行在不同的虛擬機上，在不降低系統魯棒性、安全性和可擴展性的同時，可提高硬件的利用率，減少應用對硬件平臺的依賴性，從而使得企業能夠削減資金和運營成本，同時改善IT服務交付，而不用受到有限的操作系統、應用程序和硬件選擇范圍的制約。

　　(2)利用虛擬機與硬件無關的特性，按需分配資源，實現動態負載均衡。當VM監測到某個計算節點的負載過高時，可以在不中斷業務的情況下，將其遷移到其它負載較輕的節點或者在節點內通過重新分配計算資源。同時，執行緊迫計算任務的虛擬機將得到更多的計算資源，保證關鍵任務的響應能力。

　　(3)平臺虛擬化帶來系統自愈功能，提升系統可靠性。系統服務器硬件故障時，可自動重啟虛擬機。消除在不同硬件上恢復操作系統和應用程序安裝所帶來的困難，其中任何物理服務器均可作為虛擬服務器的恢復目標，進而減少硬件成本和維護成本。

　　(4)提升系統節能減排能力。與服務器管理硬件配合實現智能電源管理;優化虛擬機資源的實際運行位置，達到耗電最小化，從而可為運營商節省大量電力資源，減少供電成本，節能減排。

　　2.2 分布式文件系統

　　分布式文件系統是指在文件系統基礎上發展而來的云存儲分布式文件系統，可用于大規模集群。主要特性包括：

　　(1)高可靠性：云存儲系統支持節點間保存多副本功能，以提供數據的可靠性。

　　(2)高訪問性能：根據數據重要性和訪問頻率將數據分級多副本存儲，熱點數據并行讀寫，提高訪問性能。

　　(3)在線遷移、復制：存儲節點支持在線遷移、復制，擴容不影響上層應用。

　　(4)自動負載均衡：可以依據當前系統負荷將原有節點上的數據搬移到新增的節點。特有的分片存儲，以塊為最小單位來存儲，存儲和查詢時所有存儲節點并行計算。

　　(5)元數據與數據分離：采取元數據與數據分離的方式設計分布式文件存儲系統。

　　圖4為分布式數據庫的系統架構。其中：

　　圖4 分布式數據庫架構

　　●FAC：負責向用戶提供文件訪問接口，安裝在服務器端(提供給應用以文件操作的API接口;實現與FLR和FAS的交互，完成數據的搬遷)。

　　●FAS：負責文件的調度和訪問，完成對磁陣的讀寫操作，對FAC提供數據讀寫功能，完成數據的分布式存儲。

　　●FLR：負責元數據的管理，保存文件和塊的命名空間，文件到塊的映射，以及每個塊副本的位置。

　　2.3 分布式數據庫

　　分布式數據庫能實現動態負載均衡、故障節點自動接管，具有高可靠性、高性能、高可用、高可擴展性，在處理PetaByte級以上海量結構化數據的業務上具備明顯性能優勢。圖5為分布式數據庫的系統架構。其中：

　　圖5 分布式數據庫架構

　　(1)PEC：解析執行服務器(Parsers & ExecuTIng Controllers，簡稱PEC)，SQL服務接入點。負責接收客戶的SQL請求，并定向到特定的Tablet服務器上進行數據訪問。

　　(2)Master：主要負責數據庫的元數據管理和調度工作。

　　(3)TabletServer：負責保存數據庫的子表。

　　(4)Space：分布式文件系統的鎖服務功能。主要保證共享訪問時對數據的獨占性。

　　2.4 中興通訊CoCloud增值業務云(見圖6)

　　圖6 中興通訊CoCloud增值業務云

　　基于上述關鍵技術，中興通訊的CoCloud增值業務云服務棧提供了IaaS，PaaS，SAAS多層次云服務模式，包括統一開放環境UOE/Mahup PAAS云平臺，云存儲，多業務云調度，ECP，NGCC，VPBX，應用工廠等多種云服務方案。

　　2.4.1 中興通訊CoCloud增值業務云優勢

　　(1)先進的軟件自適應自動部署方式：實時監控各個業務節點的資源情況，根據預先定制的策略，增加或者減少業務節點，可以自動安裝、啟動、關閉業務軟件，做到軟件根據業務節點資源狀況自適應部署。

　　(2)靈活高效的業務擴展方式：在已有的云計算平臺上通過簡單的配置后，就可以為新的業務分配資源，迅速開展新的業務。

　　(3)統一運維管理：基于云計算平臺開展業務后，基于同樣的基礎架構開展多種業務，目前的運維管理方式需要轉變，不再是煙囪式的建設和運維。統一的云管理平臺，通過分權分域的方式，讓維護人員進行業務和設備的管理。

　　(4)自動在線升級功能：提供軟件版本中心，通過手工或者自動進行業務版本以及虛擬化軟件版本的升級。

　　(5)綠色節能：在業務層面做到軟件自適應自動部署，在業務閑時只保留必要的業務節點，減少了虛擬機資源的使用，減少了資源的消耗;在虛擬化層面，通過資源動態均衡方案和綠色節能方案相結合，將虛擬機部署在恰當的物理機上，保留必要的備用物理機之外，將其他的物理機進行節能管理，從而減少運營商在業務閑時不必要的能源消耗，實現綠色數據中心。

　　(6)多層次容災：硬件發生故障時，虛擬機管理中心自動將虛擬機遷移到其他物理機上，做到虛擬層的容災;虛擬機發生故障不能恢復時，應用軟件部署子系統將故障虛擬機資源釋放，并重新申請新的虛擬機來運行故障的業務節點。

　　(7)平滑擴容：采用分層結構，業務層面和虛擬機層面之間采用松耦合方式，當物理資源不夠用時，直接在資源池中增加物理機并安裝虛擬軟件后即可使用;當業務處理能力不夠時，業務層面的自適應自動部署機制會自動增加節點，達到業務能力的擴容。

　　2.4.2 中興通訊CoCloud增值業務云優化實例

　　以WAP網關、彩信多業務云調度為例，假設現網WAP網關容量為30000TPS，彩信容量為3000條，獨立建設與多業務云計算方案對比如圖7所示。

　　圖7 獨立建設與多業務云方案對比

　　3 云計算標準化

　　3.1 總體介紹

　　目前，國內外進行云計算技術研究或與云計算技術相關的標準組織約有40個，進行云計算產業活動的行業也有150個之多。

　　圖8給出一個目前各主要有關類別和有關標準組織的一個全景視圖，標準化組織包括OCCI，OASIS，DMTF，CSA，OMG，SNIA，OGF等。圖中顯示，目前的云計算標準組織主要是定義專用的API接口。而在未來的云計算應用場景中，將支持公共、私有和混合云，雖然有關專有接口仍將會被使用，有關的接口和一些內部實現技術，將采用標準化的規范來實現。

　　圖8 云計算標準化視圖

　　隨著云計算的升溫，國內外的電信運營商，設備商以及政府機構也都積極投入云計算的研究，以期通過云計算技術促進網絡結構的優化和整合來降低CAPEX和OPEX，并能夠尋找到新的盈利機會點和利潤增長點，以及實現向信息服務社會的轉型。目前，電信網中云計算還沒有一個標準的、統一的技術體系結構，如果不同廠家對云計算提供不同的解決方案，則會造成不同廠家設備之間的互聯、互通、互操作，硬件轉移等方面的問題，將會對云計算的發展構成障礙。因此如何在電信網中構建一個既能支持傳統電信網絡的能力，又能支持互聯互通的通用的云計算平臺將是電信網云計算網絡架構關注的重點。

　　3.2 IETF Clouds Bar BoF

　　IETF在第77次會議上成立了Clouds Bar BoF，其主要關注的領域是基于云計算系統的應用/業務對協議的需求，包括應用于不同云計算系統之間、同一云計算架構內部不同層之間或同層內不同功能實體之間的協議的標準化。

　　目前的Clouds Bar Bof已經舉辦兩次。Clouds Bar BoF于2010年3月25日在美國加利福尼亞州阿納海姆(Anaheim, CA)舉行。此次會議上由GAP分析，并進行了基于云計算的系統和業務調查，協同IETF的DECADE，IRTF/VNRG，NFSv4和其他標準組織的活動，以避免工作重疊。

　　Clouds Bar BoF第二次會議(IETF的第78次會議)于2010年7月23日在荷蘭馬斯特里赫特(Maastricht，Netherlands)舉行。此次會議上Clouds得到了Google，Cisco，Verizon，ALU，Alertlogic等廠家的支持，并紛紛給出各自在云計算領域關注的協議制定。Clouds Bar BoF第三次會議(IETF的第79次會議)將于2010年11月份在北京舉行。

　　3.3 ITU-T FG Cloud

　　ITU-T在2010年2月的會議上，電信標準化顧問組(TSAG)討論通過了成立ITU-T云計算焦點組(FG Cloud)。該焦點組將從標準化的角度在ITU-T的范圍內，考慮電信網絡在傳輸、安全、業務等方面如何支持“云計算”業務/應用。

　　(1)識別出推進和實現電信支持云計算，標準開發的潛在影響和優先級。

　　(2)在ITU-T范圍內，調查未來固定與移動網絡項目的研究需求。

　　(3)分析哪些組件將受益于互操作性和標準化。

　　(4)將電信領域內研究云計算的標準組織進行分類。

　　(5)對云計算中的特性、功能進行分級分析，用于估計電信領域云計算的標準化時間表。

　　云計算焦點組目前可分為以下兩個工作組：

　　●WG1云計算的益處與需求，主要研究云的定義，生態環境和術語;用例、需求與架構;云安全;云基礎設施與網絡;云業務與資源管理，平臺和中間件;云計算的益處和ICT方面的第一需求。

　　●WG2差距分析ITU-T云計算標準研究路標，主要研究云計算相關標準組織的活動概況;ITU-T云計算標準相關研究的差距分析和行動計劃。

　　FG Cloud在2010年6月14—16日在日內瓦召開了第一次會議，主要討論了各個標準組織關于云計算的研究進展，ITU-T內部各研究組也已經開展了云相關的研究項目情況。目前已經形成《云生態系統介紹：定義、術語和用例》和《云參考架構需求》文檔初稿。圖9展示了云生態系統架構圖，包括云用戶，云SP，云業務開發者等若干角色。

　　圖9 云生態系統架構

　　ITU-T云計算焦點組代表了作為全球三大國際標準組織之一的國際電聯對云計算的高度重視，必將深遠地影響到云計算在電信領域的標準化進程。

歡迎轉載，本文來自電子發燒友網(http://www.1cnz.cn/)