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  • 云计算体系架构

    2018-11-25 15:22:59
    主要包含云计算体系结构,面向服务的体系结构,ETL中的关键技术,主流ETL工具,ETL测试等
  • 云计算体系架构研究

    2019-10-07 13:57:05
    摘 要: 本文将云计算体系架构划分成核心服务服务管理和用户访问接口大体系所组成,然后深入的介绍了云计算的核心服务:IaaS(基础设施即服务)、PaaS(平台即服务)和SaaS(软件即服务)。也对服务管理中的QoS...

    摘  要: 本文将云计算体系架构划分成核心服务、服务管理和用户访问接口三大体系所组成,然后深入的介绍了云计算的核心服务:IaaS(基础设施即服务)、PaaS(平台即服务)和SaaS(软件即服务)。也对服务管理中的QoS保证机制进行了分析与研究。

    关键词:云计算;虚拟化;数据中心;服务质量

    1  引言
    云计算是继分布式计算、网格计算、对等计算之后的一种新型计算模式。它是在集群计算、效用计算、网格计算以及服务计算的基础上发展而来,同时又是分布式计算、互联网技术、大规模资源管理等技术的融合和发展。其研究和应用是一个巨大的系统工程,涵盖了数据中心管理、资源虚拟化、海量数据处理、计算机安全等重要问题。其主要为用户提供资源租用、应用托管和服务外包等服务。
    其服务特点主要有:
    1) 弹性服务。其服务规模可以自动调整,以适应业务负载的需求。
    2) 资源池化。资源以共享资源池的方式统一管理。
    3) 按需服务。以服务的形式为用户提供应用程序、数据存储、基础设施等资源。
    4) 服务计费。自动监控用户的资源使用量,并根据资源的使用量收取服务费用。
    5) 泛在接入。用户可以利用各种终端设备(如PC、智能手机、笔记本等)随时随地通过互联网访问云计算服务。
    云计算体系架构可分成核心服务、服务管理和用户接口这三层,如图1.1所示。其中核心服务层将硬件基础设施、软件运行环境和应用程序抽象成服务。服务管理层为核心层服务提供支持,进一步确保核心服务的可靠性、可用性和安全性。用户访问接口层实现端到云的访问。
     
    图1.1 云计算体系架构

     

    2  云计算核心服务
    云计算核心服务通常可以分为三个子层:基础设施即服务(IaaS, Infrastructure as a service)、平台即服务(PaaS, Platform as a service)和软件即服务(SaaS, Software as a service)。下面对这三个子层分别进行详细的讨论。
    2.1 IaaS
    IaaS层是云计算的基础,而数据中心是IaaS层的基础。通过建立大规模数据中心,IaaS层可以为上层提供海量硬件资源。同时,在虚拟化技术的支持下,IaaS层可以实现硬件资源的按需配置,并提供个性化的基础设施服务。基于此,IaaS层主要研究2个问题:首先是如何建设低成本、高效能的数据中心;其次是如何实现虚拟化技术,实现资源的按需分配。
    1)数据中心。
    数据中心是云计算的核心,其资源规模与可靠性对上层的云计算服务有着重要的影响。其主要特点有:首先是自治性,即数据中心在发生异常时能自动重新配置,并从异常中恢复,而不影响服务的正常使用。其次是可扩展性,随着数据规模的不断增大,系统能够方便增加新的计算节点。
    由于数据中心大规模计算节点的出现,设计一种好的网络拓补结构变得异常的重要。在此我们主要介绍两种网络拓补结构:传统树形结构的网络拓补和PortLand网络拓补结构。
    树形结构的网络拓补如图2.1所示。其主要由核心层、汇聚层和边缘层组成。此拓补主要有以下缺陷:首先是可靠性低,若核心层或汇聚层的网络设备发生异常,网络的性能会大幅下降。其次是可扩展性差,由于核心层端口有限,难以支持大规模网络。再次,网络宽带有限,汇聚交换机连接边缘层的宽带远大于其连接核心层的宽带。
     
    图2.1 传统的树型网络拓补
    PortLand网络拓补结构如图2.2所示。同样也是由核心层、汇聚层和边缘层组成。其中边缘层和汇聚层可分解为若干Pod,每个Pod含有K台交换机,分属边界层和汇聚层,每层K/2台交换机。Pod内部以完全二分图的结构相连。边缘层交换机连接计算节点,每个边缘层交换机可连接K/2个计算节点,故每个Pod可连接K2/4个计算节点。汇聚层交换机连接核心层交换机,同样每个Pod连接K2/4个核心层交换机。基于PortLand,可以保证任意两点之间有多条通路,计算节点在任何时刻两两之间可无通信阻塞,从而满足云计算数据中心的高可靠性和高宽带的需求。
     
    图2.2 PortLand网络拓补
    2)虚拟化技术。
    为了实现基础设施服务的按需分配,需要对虚拟化技术有深入的研究。虚拟化技术主要有以下特点:首先是资源分享,通过虚拟机封装用户各自运行的环境,有效实现多用户分享数据中心资源。其次是资源定制,指用户利用虚拟化技术,配置私有的服务器,指定所需的CPU数目、内存容量、磁盘空间等,实现资源的按需分配。再次,可以实现资源的细粒度管理。虚拟化技术是实现云计算资源池化和按需服务的基础,为满足云计算弹性服务和数据中心自治性要求,需要研究虚拟机的快速部署和在线迁移技术。
    传统的虚拟机部署分为四个阶段:创建虚拟机;安装操作系统和应用程序;配置主机属性;启动虚拟机。由于该方案部署时间长,无法满足云计算弹性服务的要求。为简化虚拟机的部署过程,于是有学者提出了虚拟机模板技术。虚拟机模板预装了操作系统与应用程序,并对虚拟机设备进行了预配置,这样可以有效减少虚拟机的部署时间。将模板转换成虚拟机需要复制模板文件,当模板文件较大时,需要很大的时间开销。为此,又有学者提出了基于fork思想的虚拟机部署方式。基于虚拟机级的fork,子虚拟机可以继承父虚拟机的内存状态信息,并在创建后即可使用。当部署大规模虚拟机时,子虚拟机可以并行创建,并维护其独立的内存空间,而不依赖于父虚拟机。为了减少文件的复制开销,虚拟机fork采用了“写时复制”技术:子虚拟机在执行“写操作”时,将更新后的文件写入本地磁盘;在执行“读操作”时,通过判断该文件是否已被更新,确定本机磁盘或父虚拟机的磁盘读取文件。虚拟机fork是一种即时部署技术,虽然提高了部署效率,但是通过该技术部署的子虚拟机不能持久保存。
    虚拟机在线迁移技术是指虚拟机在运行状态下从一台物理机移动到另一台物理机。它对云计算平台有效管理具有重要意义。首先,它可以提高系统的可靠性,如支持物理机维护和虚拟机运行时备份等操作。其次 有利于负载均衡,当物理机负载过重时,可以通过虚拟机迁移技术达到负载均衡,优化数据中心性能。最后,有利于设计节能方案,通过集中零散的虚拟机,可使部分物理机完全关闭,以达到节能目的。
    2.2 PaaS
    PaaS层为核心服务层的中间层,它为上层应用提供简单、可靠的分布式编程框架,又需要基于底层的资源信息调度作业、管理数据、屏蔽底层系统的复杂性。随着数据密集型应用的普及和数据规模的日益庞大,PaaS层需要具备存储和处理海量数据的能力,同时也需要资源管理与调度技术以及任务容错机制。
    1)海量数据存储技术。云计算的海量数据存储既要考虑存储系统的I/O性能,又要保证文件系统的可靠性与可用性。在此以google的GFS(google file system)为例进行分析。首先,GFS对应用环境做出了如下假设:①系统架构在容易失败的硬件平台上;②需要存储大量GB甚至TB级别的大文件;③文件读操作以大规模的流式读和小规模随机读构成;文件具有一次写多次读的特点;④系统需要有效处理并发的追加操作;⑤高持续I/O宽带比低传输延迟重要。
    在GFS中,一个大文件被划分成若干固定大小的数据块并分布在计算节点的本地硬盘,为保证数据的可靠性,每个数据块都保存有多个副本,所有的文件和数据块副本的元数据有元数据管理节点管理。GFS 的优势在于:①由于文件的分块粒度大,GFS 可以存取PB 级的超大文件;②通过文件的分布式存储,GFS 可并行读取文件,提供高I/O 吞吐率;③鉴于上述假设4,GFS 可以简化数据块副本间的数据同步问题;④文件块副本策略保证了文件可靠性。
    2)数据处理技术与编程模型。由于PaaS平台部署在大规模硬件资源上,所以海量数据的分析处理需要抽象处理过程,并要求其编程模型支持规模扩展,屏蔽底层细节并简单有效。在此以google的MapReduce为例进行说明。MapReduce是google提出的并行程序编程模型,运行于GFS之上,如图2.3所示。一个MapReduce作业由大量Map和Reduce任务组成,根据两类任务的特点,可以把数据处理过程划分成Map和Reduce两个阶段。在Map阶段,Map任务读取输入文件块,并行处理,然后将处理结果保存到Map任务执行节点上。在Reduce阶段,Reduce任务读取并合并多个Map任务的中间结果。
    MapReduce可以简化大规模数据处理的难度:首先,MapReduce中的数据同步发生在Reduce读取Map中间结果的阶段,这个过程由编程框架自动控制,从而简化数据同步问题;其次,由于MapReduce 会监测任务执行状态,重新执行异常状态任务,所以程序员不需考虑任务失败问题;再次,Map 任务和Reduce任务都可以并发执行,通过增加计算节点数量便可加快处理速度;最后,在处理大规模数据时,Map/Reduce 任务的数目远多于计算节点的数目,有助于计算节点负载均衡。但它也存在诸多的缺点:首先是灵活性低,很多问题难以抽象成Map和Reduce操作;其次是MapReduce在实现迭代算法时,效率较低;再次就是在执行多数据集的交运算时效率不高。
     
    图2.3 MapReduce的执行过程
    3)副本管理技术。副本机制是PaaS层保证数据可靠性的基础,有效的副本管理策略不但可以降低数据丢失的风险,而且能优化作业完成的时间。如Hadoop采用了机架敏感的副本放置策略,该策略默认文件系统部署在传统网络拓补的数据中心。若放置三个副本,由于同一机架的计算节点间网络宽带高,所以机架敏感的副本放置策略将两个文件放置于同一个机架,剩下的一个副本放置与不用的机架中。这样的策略既考虑了计算节点和机架失效的情况,也减少了维护数据一致性带来的网络开销。
    4)任务调度算法与容错机制。由于PaaS层的海量数据处理以数据密集型作业为主,其执行性能受到I/O宽带的影响。为了减少任务执行过程中的网络传输开销,可以将任务调度到输入数据所在的计算节点。因而需要研究面向数据本地性的任务调度。Hadoop以“尽力而为”的策略保证数据本地性,Jin等人设计了BAR调度算法,基于“先均匀分配再均匀负载”的思想,BAR算法在快速求解大规模HTA问题是获得了较好的效果。除了保证数据的本地性之外还需要考虑作业之间的公平调度。研究作业公平调度算法可以及时为即时作业分配资源,使其快速响应。
    为了使PaaS平台可以在任务发生异常时自动从异常状态恢复,因而需要任务容错机制。MapReduce的容错机制在检测异常任务时,会启动任务的备份任务。备份任务好原任务同时执行,当其中一个任务顺利完成时,调度器立即结束另一个任务。
    2.3 SaaS
    SaaS层面向的是云计算的终端用户,提供基于互联网的软件应用服务。典型的SaaS应用如:Google Apps。Google Apps包括Google Docs、Gmail等一系列的SaaS应用,通过将传统的桌面应用程序迁移到互联网,并托管这些应用程序,用户通过web浏览器即可随时随地访问这些应用,而无需下载、安装或维护任何硬件和软件。
    3  云计算服务管理
    为了使云计算核心服务高效、安全的运行,需要服务管理技术加以支持。服务管理技术包括QoS保证机制、安全与隐私保护技术、资源监控技术、服务计费模型等。其中,QoS 保证机制和安全与隐私保护技术是保证云计算可靠性、可用性、安全性的基础。
    3.1 QoS保证机制
    云计算不仅要为用户提供满足功能需求的资源和服务,同时还需要提供优质的QoS,以保证应用顺利高效地执行。这是云计算得以被广泛采纳的基础。首先,用户从自身应用的业务逻辑层面提出相应的QoS需求;为了能够在使用相应服务的过程中始终满足用户的需求,云计算服务提供商需要对QoS水平进行匹配并且与用户协商制定服务水平协议;最后,根据SLA 内容进行资源分配以达到QoS保证的目的。针对以上3 个步骤,本节依次介绍IaaS、PaaS和SaaS 中的QoS 保证机制。
     
    图3.1 QoS保证机制
    1)IaaS层的QoS保证机制。IaaS 层可看作是一个资源池,其中包括可定制的计算、网络、存储等资源,并根据用户需求按需提供相应的服务能力。IaaS 层所关心QoS 参数主要可分为两类:一类是云计算服务提供者所提供的系统最小服务质量,如服务器可用性及网络性能等;另一类服务提供者承诺的服务响应时间。
    2)PaaS/SaaS层的QoS保证机制。在云计算环境中,PaaS 层主要负责提供云计算应用程序(服务)的运行环境及资源管理。SaaS提供以服务为形式的应用程序。与IaaS 层的QoS 保证机制相似,PaaS 层和SaaS 层的QoS 保证也需要经历3个阶段。PaaS层和SaaS 层QoS 保证的难点在第3 阶段(资源分配阶段)。由于在云计算环境中,应用服务提供商同底层硬件服务提供商之间可以是松耦合的,所以PaaS 层和SaaS 层在第3 阶段需要综合考虑IaaS 层的费用、IaaS 层承诺的QoS、PaaS/SaaS 层服务对用户承诺的QoS 等。

     

    参考文献:

    罗军舟,金嘉晖等. 云计算:体系架构与技术. 通信学报,2011.

     

    转载于:https://www.cnblogs.com/liuwu265/p/4032146.html

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  • 电信运营商云计算体系架构分析

    万次阅读 多人点赞 2012-10-15 12:11:36
    电信运营商云计算体系架构分析作者:成晓旭(版权保留、欢迎转载) 第篇:体系架构分析电信运营商云计算发展分析之一:《战略定位分析》,可供参考。电信运营商云计算发展分析之二:《发展战略分析》,可供参考。...

    电信运营商云计算体系架构分析

    作者:成晓旭

    (版权保留、欢迎转载)

     

    第三篇:体系架构分析

    电信运营商云计算发展分析之一:战略定位分析,可供参考。

    电信运营商云计算发展分析之二:发展战略分析,可供参考。


    【中国移动大云】

           中国移动根据集团的云计算发展战略,从2007年起建立云计算实验室,探索和构建自己的云计算产品BigClond,自称“大云”。“大云”的基础架构以x86架构的PC服务器为主,前期主要目标在于实现自身业务支撑系统的“云化”,借以支撑客户行为分析、精确营销、智能移动搜索、互联网应用分析等电信BI应用,降低居高不下的IT系统部署成本。

            移动大云产品的体系架构,总体上并未完全遵从常见的云计算系统的逻辑层次结构。根据IT资源整合和业务能力提供的电信业务运行特性,进行了的云计算平台的体系架构的创新,按照资源的整合与利用的逻辑关系划分为4层:云计算资源层、云计算平台层、云计算能力层和云计算应用层

            云计算资源层,完成IT设备及网络设施等物理资源的虚拟化和集中管理,类似于IaaS层。

            云计算平台层,中国移动现有业务支撑系统、业务管理系统的云化和集中管理,包括通用平台层组件、前台交易型业务系统、后台分析型应用系统等。

            云计算能力层,进行云计算核心技术能力聚合,包括:数据挖掘工具库、云存储中间件、搜索引擎等。中国移动主要采用google的云计算产品进行定制开发来构建自己的云计算能力层。

            云计算应用层,基于全面云化的IT资源和业务能力,全面打造全新的中国移动IT支撑体系,以期在未来的电信全业务、移动互联网、物联网等领域,通过企业信息化战略的创新,在三大运营商中的继续保持领头羊地位。

            针对特定行业和典型应用,中国移动还提供基于云计算的专业解决方案,例如在重庆、辽宁等地实施的云端智能城市、位置服务云

            中国移动大云产品体系架构示意图如下(示意图非实际架构):

    【中国电信天翼云】

            中国电信的云计算发展战略明确提出做IaaS服务提供商领导者、PaaS应用的主导者和SaaS服务的提供者,因此其云计算体系一开始几乎就从这3个层次同步推进。从2009年启动翼云几乎开始,至2011年8月正式对外高调发布名为“天翼云”的云计算战略、品牌及解决方案,2012年9月已正式对外提供云主机和云存储服务,成为3大运营商中对外提供IaaS服务的第一家。

            中国电信天翼云的体系架构,总体上按照云服务方式来划分为3个层次:IaaS云平台、PasS云平台和Saas云平台。目前对外提供行业短信、彩信、定位等业务能力服务,但尚未形成真正的云计算能力层。

            IaaS云平台,完成计算机设备、网络设施、移动互联网设施等IT资源的虚拟化和基础管理,建立相应的多租户管理、服务管理、计费、账务等云服务管理系统,通过IDC和号百等现有业务渠道,对外提供弹性存储、弹性计算、大容量数据库、灾备等IaaS云服务。

            PasS云平台,整合电信业务服务能力,IaaS平台的计算、存储能力,以及GIS、SNS、搜索等互联网热门应用,对政府、企业和其他社会机构提供综合的云平台服务。

            SaaS云平台,构建基于云计算架构的中国电信IT支撑系统,建立相应的多租户管理、服务管理、计费、账务等云服务管理系统,为政府、企业、SP、CP及个人提供CRM、ERP、BI、OA、在线协助平台、邮箱等IT应用及服务。

            针对特定行业和典型应用,中国电信还提供基于云计算的专业解决方案,例如中国电信在上海等地实施的金融云、职能交通云

            中国电信天翼云的体系架构的示意图如下(示意图非实际架构):

    【中国联通沃云】

            中国联通的云计算品牌为“沃云”。中国联通“沃云”的体系分为两支:云系统和云服务。云系统主要面向联通企业内部,完成内部电信支撑系统的云化;云服务主要向外的政府、企业和个人提供的云服务。

            中国联通沃云的体系架构,按照云计算资源的整合与应用的逻辑划分为4个层次:硬件及基础设施层、虚拟化及云管理层、应用云平台服务层、云业务服务层

            硬件及基础设施层,由中国联通云计算体系中所有的主机、存储设备、网络设施等TI资源构成。

            虚拟化及云管理层,通过虚拟化软件、分布式文件系统、大数据管理系统、虚拟资源管理系统等中间件和IT运行监控系统构成,完成对IT基础设施的虚拟化和集中管理。“沃云”的体系架构中,硬件及基础设施层和虚拟化及云管理层两个层次协同工作,可对沃云的“云业务服务层”提供“基于IaaS的支撑系统服务”,也可对最终客户提供“基于IaaS的ICT服务”。

            应用云平台服务层,由计算、存储、BI、物联网支撑能力聚合、电信业务能力引擎、云服务开发框架等中间件系统构成,通过整合中国联通的IT资源、电信业务能力,对外提供PaaS云服务。

            云业务服务层,由中国联通IT支撑系统私有云、自主研发的SaaS和第三方SaaS构成,统一对企业内部、政府、企业和个人提供SaaS云服务。

            针对特定行业和典型应用,中国联通还提供基于云计算的专业解决方案,例如在青岛、浙江等地实施的电子商务云、业务服务云

            中国联通沃云的体系架构示意如下(示意图非实际架构):


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  • 云计算基础架构实施的个阶段

    千次阅读 2019-04-26 18:00:00
    云计算基础架构实施要经历个阶段:第一阶段:一是规划,二是准备在规划方面应首要注意两点,一是明确企业实施云计算的目的,二是确保最高管理层的参与。从云计算整个基础架构来看,...

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    云计算基础架构实施要经历三个阶段:

    第一阶段:一是规划,二是准备

    在规划方面应首要注意两点,一是明确企业实施云计算的目的,二是确保最高管理层的参与。从云计算整个基础架构来看,促进业务比节约成本更重要。云计算对于企业来讲,不仅是IT的变革,实际上还涉及到IT整体架构的改变,而这种变革与业务的变革息息相关,所以一定要有最高领导的参与,在实施过程中才会更加得心应手。

    在准备阶段要明确企业IT中有哪些应用,对企业自身的业务进行分析,不同的业务将会采用不同的体系架构实施。对于企业的核心应用,交付成本高,适合企业级的私有云的基础架构;而一些数据分析,包括一些协作,更适合融合性的云计算基础架构;与消费自动化相关的应用,适合开放云计算架构;像电子邮件或网站,更适合公共云的外包。

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    第二阶段:实施和深化

    虚拟化是云计算的开始,但需要注意的是一定要建立企业级的虚拟化资源池。通过虚拟化创建资源池,其中安全性是用户认为最重要的技术特性,而灵活笥和可扩展性,硬件性能排在安全性的后面。

    全方位的虚拟化,包括服务器、存储、网络。这三个虚拟化,一是计算能力的虚拟化,二是存储能力的虚拟化,三是传输能力的虚拟化,这样就会把服务器的计算资源、存储资源、网络带宽资源都会充分利用起来,不会有一个瓶颈。但现实情况是,用户购买了很多服务器,但如果做云计算,就需要采购一些虚拟化软件支持整个云计算平台基础设施,结果发现购买虚拟化软件甚至比买一台服务器还贵。最后还是要用单机甚至集群的方式把硬件搭建起来以后,在运行使用过程中出现很多问题。一是从性能和资源协调上没有把这些服务器做很好的资源利用。二是从自动化的角度来讲,没有做很好的自动化,包括资源分配的过程中,很多需要IT人员参与,大大降低了效率。

    虚拟化完成之后,一定要通过管理自动化和资源自动化,最后实现资源的整体调度,包括资源池的实时监控,包括生命周期管理,映像管理,快速部署,动态迁移等。在这一方面,国内外用户的差异很大,国内用户在这方面的投资相较于国外要吝啬的多,其实,如果不做好管理自动化和资源自动化,做好资源池的匹配调度的话,实际上整个云计算的基础架构设备并没有很好地发挥起来,整个IT效率没有提高。

    从虚拟化到自动化的云计算深化过程,分为4个阶段,第一阶段是虚拟化,据据IDC全球研究结果显示,服务器虚拟化率已经达到64%,第二阶段是将虚拟化和自动化流程结合起来,这部分用户有32%,第三阶段是把虚拟化、自动化流程以及融合的基础架构,包括网络、存储融合起来,从绿色节能以及从总体效率上会更少,这里目前还很低,只有3%。第四阶段是一个理想状况,通过虚拟化、自动化流程到融合架构,最后做到自服务、自适应,这样大大减少IT部门人员的压力,同时使IT能更好地跟业务融合。这部分用户只有2%。

    第三阶段:应用和管理

    现在企业构建云计算貌似更加盲目,已然忘记最初的目的,而只是为了云而云,所以说,上云计算不是目的,在云上跑什么应用才是关键。

    工作负载是云计算或者数据中心的核心,究竟是采用公共云或者建设以私有云为基础,部署在私有云基础架构上的应用主要是一些传统的应用。另外,企业更倾向于把核心业务部署在私有云上,这与企业整体安全或者企业当前应用跟未来发展的一个融合角度来看是比较相符。

    云计算绝不是仅支持新应用,移植原有的应用也是是非常关键的。同样,对于国内用户,还应提供二次开发的API做云计算的基础架构,这主要是因为现在大部分国内用户还需要第三方开发商根据企业需要定制开发应用。

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  • 云计算基础架构

    千次阅读 2016-01-24 16:21:29
    云计算基础架构

    原文地址:http://www.chinacloud.cn/show.aspx?id=15922&cid=12


    云计算不仅是技术,更是服务模式的创新。云计算之所以能够为用户带来更高的效率、灵活性和可扩展性,是基于对整个IT领域的变革,其技术和应用涉及硬件系统、软件系统、应用系统、运维管理、服务模式等各个方面。

      IaaS(基础架构即服务)作为云计算的三大部分之一,将基础架构进行云化,从而更好的为应用系统的上线、部署和运维提供支撑,提升效率,降低TCO。同时,由于IaaS包含各种类型的硬件和软件系统,因此在向云迁移过程中也面临前所未有的复杂性和挑战。那么,云基础架构包含哪些组件?主要面临哪些问题?有哪些主要的解决方法呢?

      一、云基础架构

      如图1所示,传统的IT部署架构是“烟囱式”的,或者叫做“专机专用”系统。

    云计算架构

      图1 传统IT“烟囱”模式部署架构

      在这种架构中,新的应用系统上线的时候需要分析该应用系统的资源需求,确定基础架构所需的计算、存储、网络等设备规格和数量,这种部署模式主要存在的问题有以下两点:

      硬件高配低用。考虑到应用系统未来3~5年的业务发展,以及业务突发的需求,为满足应用系统的性能、容量承载需求,往往在选择计算、存储和网络等硬件设备的配置时会留有一定比例的余量。但硬件资源上线后,应用系统在一定时间内的负载并不会太高,使得较高配置的硬件设备利用率不高。

      整合困难。用户在实际使用中也注意到了资源利用率不高的情形,当需要上线新的应用系统时,会优先考虑部署在既有的基础架构上。但因为不同的应用系统所需的运行环境、对资源的抢占会有很大的差异,更重要的是考虑到可靠性、稳定性、运维管理问题,将新、旧应用系统整合在一套基础架构上的难度非常大,更多的用户往往选择新增与应用系统配套的计算、存储和网络等硬件设备。

      这种部署模式,造成了每套硬件与所承载应用系统的“专机专用”,多套硬件和应用系统构成了“烟囱式”部署架构,使得整体资源利用率不高,占用过多的机房空间和能源,随着应用系统的增多,IT资源的效率、扩展性、可管理性都面临很大的挑战。

      云基础架构的引入有效解决了传统基础架构的问题(如图2所示)。

      图2 云计算融合模式部署架构

      云基础架构在传统基础架构计算、存储、网络硬件层的基础上,增加了虚拟化层、云层:

      虚拟化层:大多数云基础架构都广泛采用虚拟化技术,包括计算虚拟化、存储虚拟化、网络虚拟化等。通过虚拟化层,屏蔽了硬件层自身的差异和复杂度,向上呈现为标准化、可灵活扩展和收缩、弹性的虚拟化资源池;

      云层:对资源池进行调配、组合,根据应用系统的需要自动生成、扩展所需的硬件资源,将更多的应用系统通过流程化、自动化部署和管理,提升IT效率。

      相对于传统基础架构,云基础架构通过虚拟化整合与自动化,应用系统共享基础架构资源池,实现高利用率、高可用性、低成本、低能耗,并且通过云平台层的自动化管理,实现快速部署、易于扩展、智能管理,帮助用户构建IaaS(基础架构即服务)云业务模式。

      二、云基础架构融合

      云基础架构资源池使得计算、存储、网络以及对应虚拟化单个产品和技术本身不再是核心,重要的是这些资源的整合,形成一个有机的、可灵活调度和扩展的资源池,面向云应用实现自动化的部署、监控、管理和运维。

      云基础架构资源的整合,对计算、存储、网络虚拟化提出了新的挑战,并带动了一系列网络、虚拟化技术的变革。传统模式下,服务器、网络和存储是基于物理设备连接的,因此,针对服务器、存储的访问控制、QoS带宽、流量监控等策略基于物理端口进行部署,管理界面清晰,并且设备及对应的策略是静态、固定的。云基础架构模式下,服务器、网络、存储、安全采用了虚拟化技术,资源池使得设备及对应的策略是动态变化的(如图3所示)。

    云计算架构

      图3 云基础架构融合部署

      由于部署了虚拟化,一台独立的物理服务器变成了多个虚拟机,并且这些虚拟机是动态的,随着应用系统、数据中心环境的变化而迁移、增加、减少。例如图3中的Server1,由于某种原因(例如Server1负载过高),其中的某个虚拟机VM1迁移到同一集群中的Server2。此时如果要保持VM1的业务访问不会中断,需要实现VM1的访问策略能够从Port1随着迁移到Port2,这就需要交换机能够感知到虚拟机的状态变化,并自动更新迁移前后端口上的策略。

      这是一种简单的计算虚拟化与网络融合联动的例子。最新的EVB(以太网虚拟桥接)标准VEPA(虚拟以太网端口聚合,802.1Qbg)即是实现这种融合联动方案的技术标准,其包括了VDP虚拟机发现和关联、CDCP 虚拟机多通道转发等协议,通过标准化的主机与网络之间虚拟化信息的关联控制,实现虚拟化环境向物理环境的映射,使得虚拟机的服务变更可以通过网络的感知来自动化响应。

      事实上,云基础架构融合的关键在于网络。目前计算虚拟化、存储虚拟化的技术已经相对成熟并自成体系,但就整个IT基础架构来说,网络是将计算资源池、存储资源池、用户连接组一起的纽带,只有网络能够充分感知到计算资源池、存储资源池和用户访问的动态变化,才能进行动态响应,维护网络连通性的同时,保障网络策略的一致性。否则,通过人工干预和手工配置,会大大降低云基础架构的灵活性、可扩展性和可管理性。

      三、云基础架构融合方案

      如图4所示,云基础架构分为三个层次的融合。

    云计算架构

     

      图4 云基础架构融合的层次

      硬件层的融合

      例如上文提到的VEPA技术和方案,则是将计算虚拟化与网络设备和网络虚拟化进行融合,实现虚拟机与虚拟网络之间的关联。此外,还有FCoE技术和方案,将存储与网络进行融合;以及横向虚拟化、纵向虚拟化实现网络设备自身的融合。

      业务层的融合

      典型的方案是云安全解决方案。通过虚拟防火墙与虚拟机之间的融合,可以实现虚拟防火墙对虚拟机的感知、关联,确保虚拟机迁移、新增或减少时,防火墙策略也能够自动关联。此外,还有虚拟机与LB负载均衡之间的联动。当业务突发资源不足时,传统方案需要人工发现虚拟机资源不足,再手工创建虚拟机,并配置访问策略,响应速度很慢,而且非常的费时费力。通过自动探测某个业务虚拟机的用户访问和资源利用率情况,在业务突发时,自动按需增加相应数量的虚拟机,与LB联动进行业务负载分担;同时,当业务突发减小时,可以自动减少相应数量的虚拟机,节省资源。不仅有效解决虚拟化环境中面临的业务突发问题,而且大大提升了业务响应的效率和智能化。

      管理层的融合

      云基础架构通过虚拟化技术与管理层的融合,提升了IT系统的可靠性。例如,虚拟化平台可与网络管理、计算管理、存储管理联动,当设备出现故障影响虚拟机业务时,可自动迁移虚拟机,保障业务正常访问;此外,对于设备正常、操作系统正常、但某个业务系统无法访问的情况,虚拟化平台还可以与应用管理联动,探测应用系统的状态,例如Web、APP、DB等响应速度,当某个应用无法正常提供访问时,自动重启虚拟机,恢复业务正常访问。

      四、结束语

      数据中心由传统基础架构向云基础架构的转变,极大提升了基础架构融合的必要性和可行性。通过资源池的云网融合,构建统一、融合、联动的基础架构系统,不仅提升了应用系统部署的可靠性、灵活性、可扩展性和可管理性,而且也促进了云计算的应用和实践。

      目前人民检察院的信息化系统也将从传统的数据中心架构向云基础架构演进,满足检察院信息系统的快速批量部署、系统性能优化、降低管理维护工作量的需求,适应侦查信息化和装备现代化的科技强检需求,实现侦查方式战略转变、推动犯罪侦查工作和检务管理工作科学发展。

      云计算系统已经在政府、教育、大企业、运营商等行业得到越来越多的成熟应用,涌现出一批国内外的具有完善解决方案的云基础架构供应商,包括华三、VMware、微软、亚马逊等公司,尤其是国内的华三公司还可以提供集计算、存储、网络、虚拟化和云管理于一体的整体式交付的UIS统一基础架构系统,可以显著简化检务云基础架构的部署和运维成本,而且凭借丰富的工程实施经验提供专业快捷的运维保障,将云基础架构系统的部署时间缩短70%以上。

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空空如也

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