雲端運算技術原理

 由於雲端運算分為IaaS、PaaS和SaaS三種類型，不同的廠家又提供了不同的解決方案，目前還沒有一個統一的技術體繫結構，對讀者瞭解雲端運算的原理構成了障礙。為此，本文綜合不同廠家的方案，構造了一個供商榷的雲端運算體繫結構。這個體繫結構3所示，它概括了不同解決方案的主要特徵，每一種方案或許只實現了其中部分功能，或許也還有部分相對次要功能尚未概括進來。

圖3  雲端運算技術體繫結構

雲端運算技術體繫結構分為4層：實體資源層、資源集區層、管理中介軟體層和SOA構建層，3所示。實體資源層包括電腦、儲存空間、網路設施、資料庫和軟體等；資源集區層是將大量相同類型的資源構成同構或接近同構的資源集區，如計算資源集區、資料資源集區等。構建資源集區更多是實體資源的整合和管理工作，例如研究在一個標準集裝箱的空間如何裝下2000個伺服器、解決散熱和故障節點替換的問題並降低能耗；管理中介軟體負責對雲端運算的資源進行管理，並對眾多應用任務進行調度，使資源能夠高效、安全地為應用提供服務；SOA構建層將雲端運算能力封裝成標準的Web Services服務，並納入到SOA體系進行管理和使用，包括服務註冊、尋找、訪問和構建服務工作流程等。管理中介軟體和資源集區層是雲端運算技術的最關鍵區段，SOA構建層的功能更多依靠外部設施提供。

雲端運算的管理中介軟體負責資源管理、任務管理、使用者管理和安全管理等工作。資源管理負責均衡地使用雲資源節點，檢測節點的故障並試圖恢複或屏蔽之，並對資源的使用方式進行監視統計；任務管理負責執行使用者或應用提交的任務，包括完成使用者任務映象(Image)的部署和管理、任務調度、任務執行、任務生命期管理等等；使用者管理是實現雲端運算商業模式的一個必不可少的環節，包括提供使用者互動介面、管理和識別使用者身份、建立使用者程式的執行環境、對使用者的使用進行計費等；安全管理保障雲端運算設施的整體安全，包括身份認證、訪問授權、綜合防護和安全審計等。

基於上述體繫結構，本文以IaaS雲端運算為例，簡述雲端運算的實現機制，4所示。

 

圖4  簡化的IaaS實現機制

使用者互動介面嚮應用以Web Services方式提供提供者，擷取使用者需求。服務類別目錄是使用者可以訪問的服務資訊清單。系統管理模組負責管理和分配所有可用的資源，其核心是負載平衡。組態工具負責在分配的節點上準備任務運行環境。監視統計模組負責監視節點的運行狀態，並完成使用者使用節點情況的統計。執行過程並不複雜：使用者互動介面允許使用者從目錄中選取並調用一個服務。該請求傳遞給系統管理模組後，它將為使用者指派恰當的資源，然後調用組態工具來為使用者準備運行環境。

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