由于云計算分為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(tǒng)一的技術(shù)體系結(jié)構(gòu),對讀者了解云計算的原理構(gòu)成了障礙。為此,本文綜合不同廠家的方案,構(gòu)造了一個供商榷的云計算體系結(jié)構(gòu)。這個體系結(jié)構(gòu)如圖1所示,它概括了不同解決方案的主要特征,每一種方案或許只實(shí)現(xiàn)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(jìn)來。

云計算技術(shù)體系結(jié)構(gòu)分為4層:物理資源層、資源池層、管理中間件層和SOA構(gòu)建層,如圖1所示。物理資源層包括計算機(jī)、存儲器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)施、數(shù)據(jù)庫和軟件等;資源池層是將大量相同類型的資源構(gòu)成同構(gòu)或接近同構(gòu)的資源池,如計算資源池、數(shù)據(jù)資源池等。構(gòu)建資源池更多是物理資源的集成和管理工作,例如研究在一個標(biāo)準(zhǔn)集裝箱的空間如何裝下2000個服務(wù)器、解決散熱和故障節(jié)點(diǎn)替換的問題并降低能耗;管理中間件負(fù)責(zé)對云計算的資源進(jìn)行管理,并對眾多應(yīng)用任務(wù)進(jìn)行調(diào)度,使資源能夠高效、安全地為應(yīng)用提供服務(wù);SOA構(gòu)建層將云計算能力封裝成標(biāo)準(zhǔn)的Web Services服務(wù),并納入到SOA體系進(jìn)行管理和使用,包括服務(wù)注冊、查找、訪問和構(gòu)建服務(wù)工作流等。管理中間件和資源池層是云計算技術(shù)的最關(guān)鍵部分,SOA構(gòu)建層的功能更多依靠外部設(shè)施提供。

云計算的管理中間件負(fù)責(zé)資源管理、任務(wù)管理、用戶管理和安全管理等工作。資源管理負(fù)責(zé)均衡地使用云資源節(jié)點(diǎn),檢測節(jié)點(diǎn)的故障并試圖恢復(fù)或屏蔽之,并對資源的使用情況進(jìn)行監(jiān)視統(tǒng)計;任務(wù)管理負(fù)責(zé)執(zhí)行用戶或應(yīng)用提交的任務(wù),包括完成用戶任務(wù)映象(Image)的部署和管理、任務(wù)調(diào)度、任務(wù)執(zhí)行、任務(wù)生命期管理等等;用戶管理是實(shí)現(xiàn)云計算商業(yè)模式的一個必不可少的環(huán)節(jié),包括提供用戶交互接口、管理和識別用戶身份、創(chuàng)建用戶程序的執(zhí)行環(huán)境、對用戶的使用進(jìn)行計費(fèi)等;安全管理保障云計算設(shè)施的整體安全,包括身份認(rèn)證、訪問授權(quán)、綜合防護(hù)和安全審計等。

基于上述體系結(jié)構(gòu),本文以IaaS云計算為例,簡述云計算的實(shí)現(xiàn)機(jī)制,如圖2所示。

用戶交互接口向應(yīng)用以Web Services方式提供訪問接口,獲取用戶需求。服務(wù)目錄是用戶可以訪問的服務(wù)清單。系統(tǒng)管理模塊負(fù)責(zé)管理和分配所有可用的資源,其核心是負(fù)載均衡。配置工具負(fù)責(zé)在分配的節(jié)點(diǎn)上準(zhǔn)備任務(wù)運(yùn)行環(huán)境。監(jiān)視統(tǒng)計模塊負(fù)責(zé)監(jiān)視節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行狀態(tài),并完成用戶使用節(jié)點(diǎn)情況的統(tǒng)計。執(zhí)行過程并不復(fù)雜:用戶交互接口允許用戶從目錄中選取并調(diào)用一個服務(wù)。該請求傳遞給系統(tǒng)管理模塊后,它將為用戶分配恰當(dāng)?shù)馁Y源,然后調(diào)用配置工具來為用戶準(zhǔn)備運(yùn)行環(huán)境。