云計(jì)算架構(gòu)研究

陸 紅

(北京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 計(jì)算機(jī)技術(shù)研究所，北京 100018)

一 引言

云計(jì)算是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的、大眾參與的計(jì)算模式，其計(jì)算資源(計(jì)算能力、存儲(chǔ)能力、交互能力)是動(dòng)態(tài)、可伸縮、且被虛擬化的，以服務(wù)的方式提供。云計(jì)算是并行計(jì)算(Parallel Computing)、分布式計(jì)算(Distributed Computing)和網(wǎng)格計(jì)算(Grid Computing)的發(fā)展，云計(jì)算是虛擬化(Virtualization)、效用計(jì)算(Utility Computing)混合演進(jìn)并躍升的結(jié)果。

二 云計(jì)算架構(gòu)

云架構(gòu)通過虛擬化、標(biāo)準(zhǔn)化和自動(dòng)化的方式有機(jī)地整合了云中的硬件和軟件資源，并通過網(wǎng)絡(luò)將云中的服務(wù)交付給用戶。

平臺(tái)層(PaaS)介于基礎(chǔ)設(shè)施層和應(yīng)用層之間，它是具有通用性和可復(fù)用性的軟件資源的集合，為云應(yīng)用提供了開發(fā)、運(yùn)行、管理和監(jiān)控的環(huán)境。平臺(tái)層是優(yōu)化的“云中間件”，能夠更好地滿足云的應(yīng)用在可伸縮性、可用性和安全性等方面的要求。

應(yīng)用層(SaaS)是云上應(yīng)用軟件的集合，這些應(yīng)用構(gòu)建在基礎(chǔ)設(shè)施層提供的資源和平臺(tái)層提供的環(huán)境之上，通過網(wǎng)絡(luò)交付給用戶。云應(yīng)用種類繁多，既可以是受群體龐大的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用，也可以是定制的服務(wù)應(yīng)用，還可以是用戶開發(fā)的多元應(yīng)用。

三 云計(jì)算架構(gòu)基本組成

在搭建云計(jì)算系統(tǒng)時(shí)，需要搭建以下系統(tǒng):虛擬化平臺(tái)、云計(jì)算管理平臺(tái)和云計(jì)算監(jiān)控系統(tǒng)。虛擬化平臺(tái)負(fù)責(zé)將硬件物理服務(wù)器虛擬成為多個(gè)虛擬服務(wù)器，從而實(shí)現(xiàn)服務(wù)器虛擬化。云計(jì)算管理平臺(tái)主要負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)云用戶注冊(cè)、管理、資源申請(qǐng)、監(jiān)控、釋放等功能，對(duì)整個(gè)云計(jì)算平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)統(tǒng)一的管理與資源分配規(guī)劃。云計(jì)算監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)云中操作系統(tǒng)的管理和監(jiān)控、升級(jí)等功能。由此可以看出云計(jì)算平臺(tái)搭建時(shí)，必須進(jìn)行三個(gè)步驟:服務(wù)器虛擬化、云計(jì)算管理、云計(jì)算監(jiān)控。

服務(wù)器虛擬化是云計(jì)算平臺(tái)的最核心部分，所有云計(jì)算平臺(tái)中的功能及子系統(tǒng)都是依賴于服務(wù)器云來實(shí)現(xiàn)的。它既包括硬件服務(wù)器和底層操作系統(tǒng)部分，同時(shí)又包括云計(jì)算平臺(tái)中的虛擬機(jī)超級(jí)監(jiān)督器功能，是運(yùn)行虛擬系統(tǒng)/功能服務(wù)器系統(tǒng)的底層基礎(chǔ)平臺(tái)。

通過云計(jì)算平臺(tái)管理軟件，實(shí)現(xiàn)所有服務(wù)器整合為一個(gè)統(tǒng)一的云計(jì)算服務(wù)器平臺(tái)，抽象出統(tǒng)一的硬件資源，包括cpu資源池、memory資源池、network資源池、storage資源池，任意云都可以按需在統(tǒng)一資源池中獲得硬件資源并運(yùn)行。通過將所有的服務(wù)器進(jìn)行虛擬化形成服務(wù)器云。

四 云計(jì)算管理與監(jiān)控平臺(tái)

云計(jì)算管理中通過云計(jì)算平臺(tái)實(shí)現(xiàn)云用戶注冊(cè)、管理、資源申請(qǐng)、監(jiān)控、釋放等功能，同時(shí)擔(dān)負(fù)著統(tǒng)計(jì)、計(jì)費(fèi)等作用，是云計(jì)算中最重要的一個(gè)組成部分。

1.計(jì)算資源管理

在對(duì)物理機(jī)的管理中，提供服務(wù)器基本信息、與服務(wù)器相關(guān)的資源數(shù)量和屬性信息的查詢和管理，支持服務(wù)器運(yùn)行狀態(tài)和性能故障的監(jiān)控，支持通過IPMI等標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議對(duì)服務(wù)器進(jìn)行遠(yuǎn)程開關(guān)機(jī)等操作。數(shù)據(jù)中心可將物理機(jī)作為用戶可申請(qǐng)的資源，幫助用戶運(yùn)行那些不能在虛擬機(jī)上運(yùn)行的應(yīng)用系統(tǒng)。

提供對(duì)基于不同虛擬化系統(tǒng)的虛擬機(jī)的統(tǒng)一管理，支持的虛擬化系統(tǒng)應(yīng)包括 VMware ESX、Citrix XenServer、Redhat/CentOS Xen/KVM、MS HyperV、Oracle VM、Suse Xen、Sun Container/LDOM等，并且其開放的架構(gòu)可快速提供對(duì)新的虛擬化系統(tǒng)的支持。

提供的虛擬機(jī)管理包括基本信息管理、監(jiān)控管理、部署調(diào)度管理、虛擬機(jī)生命周期管理等功能，支持虛擬機(jī)基本信息的獲取、運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控、虛擬機(jī)的動(dòng)態(tài)部署、虛擬機(jī)的開機(jī)/關(guān)機(jī)/重啟/掛起/恢復(fù)/刪除等操作。

根據(jù)脫氧烏頭堿的加熱研究結(jié)果表明，由于其與烏頭堿都為C19二萜生物堿，結(jié)構(gòu)相似，故二者的水解途徑類似，脫氧烏頭堿在加熱的過程中，主要有去氧烏頭次堿、去氧烏頭原堿和焦去氧烏頭堿這幾種產(chǎn)物，在此過程中，脫氧烏頭堿易先水解為去氧烏頭次堿，再分解為去氧烏頭原堿，該成分沒有紫外吸收，在色譜圖中沒有顯示，在質(zhì)譜圖中能夠檢測(cè)到。

2.存儲(chǔ)資源管理

通過存儲(chǔ)設(shè)備提供的接口實(shí)現(xiàn)對(duì)存儲(chǔ)類資源的管理，將多個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備的資源整合在一起并抽象化，對(duì)外提供整體的出口和存儲(chǔ)空間管理，讓它看上去如同一個(gè)資源。

存儲(chǔ)資源池可以由含有虛擬化能力的存儲(chǔ)設(shè)備(如分布式文件系統(tǒng)、虛擬化存儲(chǔ))來承建。通過存儲(chǔ)設(shè)備提供的接口，提供存儲(chǔ)類資源的容量管理，支持對(duì)掛載到虛擬機(jī)的存儲(chǔ)容量的劃分、管理。

可以從外部存儲(chǔ)資源(如SAN、NAS)創(chuàng)建存儲(chǔ)區(qū)域，在創(chuàng)建虛擬機(jī)時(shí)將存儲(chǔ)區(qū)域加載至虛擬機(jī)，并指定虛擬機(jī)的磁盤大小。支持為多個(gè)基于Xen或基于KVM的Hypervisor創(chuàng)建共享存儲(chǔ)，用于存放在這些Hypervisor上創(chuàng)建的虛擬機(jī)文件和虛擬機(jī)模板。

3.運(yùn)營(yíng)管理

(1)資源分組和容量統(tǒng)計(jì)

為不同類型的資源劃分資源組，管理員可向資源組中添加資源。為了方便資源狀態(tài)的查看和管理，當(dāng)資源被添加到資源池中后，可以從門戶上查看到相關(guān)資源的數(shù)量、關(guān)鍵屬性和可用狀態(tài)。

(2)資源統(tǒng)一監(jiān)控與管理

提供對(duì)虛擬機(jī)的故障和性能監(jiān)控，包括虛擬機(jī)啟停狀態(tài)、虛擬機(jī)名稱、虛擬機(jī)IP地址、CPU利用率、內(nèi)存利用率、負(fù)載、磁盤使用量、所屬的物理服務(wù)器、所屬用戶、所屬的服務(wù)實(shí)例(包括服務(wù)實(shí)例的名稱、版本號(hào))等;并支持虛擬機(jī)的開機(jī)/關(guān)機(jī)/重啟/掛起/恢復(fù)/刪除等操作。

為最終用戶提供對(duì)自己的服務(wù)實(shí)例的監(jiān)控，監(jiān)控內(nèi)容包括實(shí)例的啟停狀態(tài)、實(shí)例相關(guān)資源的運(yùn)行狀態(tài)和性能指標(biāo)、實(shí)例運(yùn)行過程中的日志和告警信息、實(shí)例的有效期等。

(3)異常事件與告警管理

為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理異常事件，提供監(jiān)控告警功能，運(yùn)維人員可基于圖形界面設(shè)定告警事件定義和監(jiān)控處理規(guī)則，當(dāng)發(fā)生告警事件時(shí)可自動(dòng)觸發(fā)日志記錄、郵件通知、資源自動(dòng)遷移等動(dòng)作。

事件監(jiān)控展現(xiàn)了系統(tǒng)中所有的事件情況，包括事件發(fā)生的時(shí)間、詳細(xì)信息和事件嚴(yán)重程度。方便管理員及時(shí)了解系統(tǒng)的運(yùn)行情況，對(duì)系統(tǒng)的異常和故障進(jìn)行及時(shí)的排查和處理。

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