云計算體系結構中的多層次研究

唐國純， 羅自強

（1.瓊臺師范高等專科學校 信息技術系，海口 571100 ；2.海南師范大學 信息科學技術學院，海口 571100）

云計算具有廣闊的發展前景，從技術角度講，它是將企業所有服務器、存儲等基礎設施以及網絡整合到統一的云平臺上。企業的運營管理、決策分析都將基于云平臺展開。互聯網的計算架構正在從“服務器 + 客戶端”模式向“云服務平臺 +客戶端”模式演變。無論是 SaaS、PaaS 或 IaaS，其核心概念都是為用戶提供按需服務。云計算就是數據、應用和服務存儲在云端, 充分利用數據中心強大的計算能力, 實現用戶業務系統的自適應性。基于這種理念，以云計算為核心的創新型應用不斷產生。門戶的設計要遵循應用即服務（Application as a service，AaaS）的理念，所有的資源和功能都以服務的形式提供給云客戶端。

1 云計算的定義與特點

云計算是一種通過Internet以服務的方式提供動態可伸縮的虛擬化資源的計算模式，可表現為4種部署模型、3種服務模型、7個特征，如圖1。

圖1 云計算表現形式

2 云應用系統的服務架構層次

2.1 云應用系統的分類與特性

當前的云計算應用系統主要分為垂直型云計算系統和混合型云計算系統。

特性表現為：（1）云計算中資源是物理分布、邏輯統一的整體。（2）硬件和軟件都是云計算中的資源，所有資源都被視為服務。（3）所有資源都可以根據用戶需求動態擴展和配置，具有高度的可伸縮性。（4）用戶可以根據需求選擇任意規模、任意類型的資源，并按實際使用量付費。

2.2 云存儲架構層次

云存儲系統的結構模型由4層組成，如圖2。存儲層：是云存儲基礎部分，存儲設備可以是光纖通道（FC）存儲設備，網絡附加存儲器（NAS）中的存儲設備，數量龐大且分布在不同地域，彼此之間通過廣域網、互聯網或 FC網絡連接。基礎管理層：是云存儲核心部分，通過集群、分布式文件系統和網格計算等技術，實現云存儲中多個存儲設備之間的協同工作，使多個存儲設備可以對外提供同一種服務，并提供數據訪問性能。內容分發系統、數據加密技術保證云存儲中的數據不會被未授權的用戶所訪問，同時，通過各種數據備份和容災技術與措施，保證云存儲自身安全和穩定，數據不丟失。應用接口層：云存儲最靈活多變的部分，不同的云存儲運營單位可以根據實際業務類型，開發不同的應用服務接口，提供不同的應用服務。訪問層：任何一個授權用戶都可以通過標準的接口登錄云存儲系統，享受云存儲服務。云存儲運營單位不同，提供的訪問類型和訪問手段也不同。

圖2 云存儲架構圖

2.3 云網絡參考架構層次

云網絡參考架構，分為4個層次：網絡資源池（NRP）、網絡操作接口（NOI）、網絡運行環境（NRE）和網絡協議服務（NPS），如圖3。其中，NRP是一些網絡資源，如端口、帶寬、隊列、地址，可作為一個基本的服務相關的數據包轉發。NOI是開放的，標準化的應用程序編程接口（API），配置和管理的NRP。NRE可以設立和運行協議服務實例（一個協議集），負責計費，資源分配，評估，互連每個協議服務實例和可靠的保證。NPS包括3個功能：網絡協議的服務描述，網絡協議的服務生命周期管理，網絡協議的服務組成。

圖3 云的網格參考結構

2.4 云應用系統的服務架構層次

（1）架構于系統商業云計算基礎設施（IaaS）的云應用服務。（2）架構于系統商業云平臺（PaaS）上的云應用服務。（3）架構于系統商業云軟件（SaaS）上的云應用服務。（4）架構于以上三者混合的系統商業云上的云應用服務。其中，IaaS的云應用服務的平臺架構如圖4。

圖4 架構于系統商業云計算基礎設施（IaaS）的云應用服務平臺架構

云由云計算平臺和云服務應用2個層面組成。企業可以將基礎設施包括傳統的服務器、操作系統、存儲運維等都統一部署在一個平臺上。政府、企業和個人可以根據不同的需求部署成不同的應用，形成個性化的交付模式，形成一種云服務。在此基礎上，可以構建一般通用的云應用系統的服務架構層次，如圖5。

圖5 通用的云應用系統服務架構

物理資源層將計算、存儲和網絡等組織為資源池的方式進行統一管理， 以獲得最大資源利用率。虛擬化平臺層利用虛擬化技術將硬件資源劃分為虛擬硬件，從而提供虛擬CPU 、虛擬存儲、虛擬網絡等資源。IaaS資源服務提供層主要包括計算資源和存儲資源，整個基礎設施也可以作為一種服務向用戶提供，不僅包括虛擬化的計算資源、存儲，同時還要保證用戶訪問時的網絡帶寬等。平臺資源PaaS層是整個云計算系統的核心層,提供應用程序運行及維護所需要的一切平臺資源。主要包括并行程序設計和開發環境、分布式存儲管理系統、分布式文件系統以及實現云計算的其它系統管理工具（數據庫、中間件等），開發者不用擔心應用運行時所需要的資源。應用資源SaaS層是面向用戶提供簡單的軟件應用服務以及用戶交互接口等。SOA構建層主要負責將信息服務組件按照 Web服務標準進行封裝，并能通過工作流引擎直接使用系統提供的服務，也可以通過資源目錄和交換體系進行服務注冊、發布、查找和調用。

3 SaaS架構設計

SaaS軟件架構設計可劃分為5個層次，如圖6。

目標層的驅動因素是要實現系統的各種相關角色，配置層的驅動因素是目標層中的各種目標，業務邏輯層的驅動因素是目標層和配置層，實現層的驅動因素是配置層中的各種可配置要求和業務邏輯層，采用相映的架構技術，滿足高性能、可擴展的多租戶系統。部署層的驅動因素是新的價值鏈角色服務提供商。

4 結束語

本文研究了云計算體系結構中的多層次應用，包括云存儲架構層次、云網絡參考架構層次等，提出了云應用系統的服務架構層次和5層驅動模型的SaaS架構設計等，可為云計算相關研究提供參考。

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