云服務(wù)器研究綜述和應(yīng)用探討

曙光信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司 倪亞路

由于大數(shù)據(jù)時(shí)代的來臨，各企業(yè)的數(shù)據(jù)在迅速增長的同時(shí)各種問題也隨之而來。隨著數(shù)據(jù)的日益擴(kuò)張，也給企業(yè)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)帶來了一些問題，如存儲(chǔ)介質(zhì)的內(nèi)存有限、設(shè)備的安全問題。云存儲(chǔ)技術(shù)的誕生為存儲(chǔ)介質(zhì)產(chǎn)生的這些問題提供了解決措施。云存儲(chǔ)與本地存儲(chǔ)相比，具有成本低、存取靈活、安全性高等優(yōu)勢。當(dāng)前移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)日益成熟，為云存儲(chǔ)提供了載體，如今不僅PC設(shè)備使用云存儲(chǔ)，便攜移動(dòng)設(shè)備也開始使用云存儲(chǔ)，并且PC設(shè)備與移動(dòng)設(shè)備之間可以通過云存儲(chǔ)交互數(shù)據(jù)。移動(dòng)設(shè)備硬件上所存在的缺陷，例如存儲(chǔ)空間小、安全性較低等等，也隨著云儲(chǔ)存的發(fā)展得到一定程度的緩解?？偠灾品?wù)器的出現(xiàn)，構(gòu)建了一種全新的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)儲(chǔ)存架構(gòu)，并且能夠按照需求進(jìn)行更加便利的使用和調(diào)動(dòng)資源。將以往單個(gè)服務(wù)器的“網(wǎng)格”化界限打破，將其化為一個(gè)“資源池”，解決了大數(shù)據(jù)時(shí)代下資源的存儲(chǔ)和調(diào)控問題。

一、云服務(wù)器的應(yīng)用案例

目前已經(jīng)有多家企業(yè)開始提供云服務(wù)，其中互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)占據(jù)大部分，例如國外著名企業(yè)亞馬遜所提供的Amazon Web Services（AWS）服務(wù)。就是在云服務(wù)器的基礎(chǔ)上，自主研發(fā)的服務(wù)系統(tǒng)，其中夾雜了云存儲(chǔ)、云計(jì)算、數(shù)據(jù)庫資源整合調(diào)配等等功能。不僅可以為亞馬遜用戶提供良好的計(jì)算能力，同時(shí)給予其大容量的存儲(chǔ)空間。而國內(nèi)的眾多知名企業(yè)，例如騰訊、百度、阿里巴巴等互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)，也都推出了屬于自己的云服務(wù)業(yè)務(wù)，而一些軟件和移動(dòng)設(shè)備制造商，例如華為、小米等，也開始對這個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行研發(fā)?？偠灾壳霸品?wù)器的開發(fā)和應(yīng)用，受到許多企業(yè)和學(xué)者的關(guān)注。本文選擇惠普公司的Moonshot為例，對其云技術(shù)進(jìn)行分析，從而對云服務(wù)器的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行分析研究。

惠普這款HP Moonshot system，是基于原Moonshot系統(tǒng)進(jìn)行不斷的升級，從而開發(fā)的。與最開始Moonshot不同，目前最新一代的Moonshot放棄了ARM架構(gòu)和Calxeda的解決方案，而是開始使用英特爾的Atom凌動(dòng)處理器。這款處理器是一款SOC低功耗處理器，其設(shè)計(jì)功耗也僅僅在0.6W至2.4W之間，而處理器的頻率高達(dá)2GHz，支持多線程，兼容酷睿2雙核指令集。其功耗低，體積小的特點(diǎn)，完全可以滿足Moonshot系統(tǒng)的需要。

Moonshot這種使用低能耗密集型處理器的服務(wù)器，無疑是為云服務(wù)器的研究拓寬了一條新的道路，它不僅能夠滿足IT人員日常計(jì)算的需求，同時(shí)低能源消耗的特點(diǎn)也為企業(yè)節(jié)省下不少費(fèi)用?；萜諏⒅刈⒀涸贛oonshot系統(tǒng)上，而Moonshot系統(tǒng)也沒有讓惠普失望，從惠普推出Moonshot后，就以其優(yōu)秀的性能和特點(diǎn)，吸引了眾多社交媒體和電商企業(yè)的注意。而為這些企業(yè)所提供的服務(wù)，需要龐大的服務(wù)器群才能夠完成，因此惠普又開始進(jìn)行對Moonshot服務(wù)器機(jī)架的研發(fā)。據(jù)惠普有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，如果有十家大型網(wǎng)絡(luò)服務(wù)企業(yè)使用Moonshot，而放棄傳統(tǒng)的X86服務(wù)器，那么服務(wù)性能提高的同時(shí)，每年節(jié)約下來的能源支出高達(dá)1.2億美元，其減少的二氧化碳排放量，相當(dāng)于近二十萬輛汽車一年的排放量。因此可以看出，現(xiàn)代云服務(wù)器的合理運(yùn)用，除了大數(shù)據(jù)和資源的聚合管理、高效配備利用、大容量存儲(chǔ)外，還能夠有效的節(jié)約能耗。

二、云服務(wù)器的實(shí)現(xiàn)方式

本文研究的云服務(wù)器由32個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，具體如圖1所示，共包含4個(gè)CM單元、4個(gè)FM單元以及3D Torus互連網(wǎng)絡(luò)。每個(gè)CM單元包含8個(gè)處理器及其對應(yīng)的內(nèi)存。每個(gè)FM單元負(fù)責(zé)管理對應(yīng)的上行網(wǎng)絡(luò)資源及存儲(chǔ)資源。4個(gè)FM單元通過3D Torus互連網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)全互連。

云服務(wù)器內(nèi)的所有計(jì)算資源以池化的形式存在，應(yīng)用可以按需取用，其中計(jì)算資源包括：

（1）32顆處理器，每顆處理器可配置2根內(nèi)存。用于計(jì)算處理數(shù)據(jù)；

（2）上行網(wǎng)絡(luò)資源，用于連接外部網(wǎng)絡(luò)，可用來連接不同云服務(wù)器或與其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備相連；

（3）存儲(chǔ)資源，用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

為實(shí)現(xiàn)上行網(wǎng)絡(luò)資源和存儲(chǔ)資源的池化，云服務(wù)器內(nèi)源FM單元內(nèi)的以太網(wǎng)報(bào)文或存儲(chǔ)報(bào)文將根據(jù)資源的分配情況，進(jìn)行重新封裝，并通過互連網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)至目的地FM單元，再由目的地FM單元進(jìn)行重新解析，轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的以太網(wǎng)報(bào)文或存儲(chǔ)報(bào)文來控制目的地單元內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)資源和存儲(chǔ)資源。以此實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源，存儲(chǔ)資源的重新劃分。

圖1 云服務(wù)器結(jié)構(gòu)示意圖

云服務(wù)器共享系統(tǒng)資源池的實(shí)現(xiàn)方式，具有彈性，按需簡約的特點(diǎn)，對復(fù)雜多樣的應(yīng)用具有更好的適應(yīng)性。通過互連網(wǎng)絡(luò)，云服務(wù)器自身的計(jì)算資源，網(wǎng)絡(luò)資源和存儲(chǔ)資源都是以資源池的形式組織在一起的，使用云服務(wù)器的應(yīng)用可根據(jù)自身的需求請求云服務(wù)器中的資源，實(shí)現(xiàn)按需分配。

假設(shè)有三個(gè)應(yīng)用分別為應(yīng)用A、應(yīng)用B和應(yīng)用C。其中應(yīng)用A對存儲(chǔ)資源有較多需求，應(yīng)用B僅需要較少的存儲(chǔ)資源和網(wǎng)絡(luò)資源，應(yīng)用C對存儲(chǔ)資源和網(wǎng)絡(luò)資源均有較多需求。在云服務(wù)器中即可按照如圖2所示的資源分配方式分配各物理節(jié)點(diǎn)中的計(jì)算資源，將物理節(jié)點(diǎn)1中的相關(guān)計(jì)算資源分配給物理節(jié)點(diǎn)0和物理節(jié)點(diǎn)2使用。這樣使云服務(wù)器中的計(jì)算資源可以得到充分的利用。

圖2 云服務(wù)器計(jì)算資源分配示例

圖3 32處理器系統(tǒng)全互聯(lián)示意圖

云服務(wù)器配備的高帶寬上行網(wǎng)絡(luò)又使其具有可擴(kuò)展的能力。在云服務(wù)器與云服務(wù)器之間可通過上行網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建出更大規(guī)模的Torus網(wǎng)絡(luò)。每一臺(tái)云服務(wù)中的FM單元均和該云服務(wù)器內(nèi)的其余3個(gè)FM單元相連，同時(shí)提供了4個(gè)上行網(wǎng)絡(luò)端口可用來和其他機(jī)器相連，如圖3所示。因此兩臺(tái)云服務(wù)器，可利用每一個(gè)FM單元的上網(wǎng)絡(luò)端口，將該FM單元分別與另一臺(tái)云服務(wù)器的4個(gè)FM單元相連，以實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)云服務(wù)器的全互連網(wǎng)絡(luò)連接，如圖4所示。

圖4 64處理器系統(tǒng)全互聯(lián)示意圖

該云服務(wù)器實(shí)現(xiàn)方式可實(shí)現(xiàn)異構(gòu)計(jì)算資源的整合。因?yàn)槠涓鱾€(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)是通過互連網(wǎng)絡(luò)連接在一起的，所以該云服務(wù)器中既可以配置X86處理器的計(jì)算節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)，也可以配置ARM處理器的計(jì)算節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)。只要各個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)的計(jì)算資源符合標(biāo)準(zhǔn)的IO協(xié)議，比如網(wǎng)絡(luò)資源符合以太網(wǎng)協(xié)議，存儲(chǔ)資源符合SATA協(xié)議即可。因此可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的特點(diǎn)，在該云服務(wù)器中按需配置各類處理器。

三、結(jié)論

在目前網(wǎng)絡(luò)信息化不斷發(fā)展的時(shí)代背景下，作為云計(jì)算的核心，云服務(wù)器的競爭已經(jīng)成為各大互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域無聲的戰(zhàn)爭。融合大數(shù)據(jù)、人工智能、云計(jì)算等先進(jìn)領(lǐng)域從而形成的新型智慧計(jì)算，也將成為目前信息社會(huì)逐漸變革的重要標(biāo)志，同時(shí)也是互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)企業(yè)和信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的核心競爭力。