云计算与云服务架构浅析.docx
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云计算与云服务架构浅析
2011年度本科生毕业论文(设计)
云计算与云服务架构浅析
学院:
电子信息工程学院
专业:
计算机科学与技术
年级:
学生姓名:
学号:
导师及职称:
2011年5月
2011AnnualGraduationThesis(Project)oftheCollegeUndergraduate
CloudComputingandCloudServicestructureAnalysis
Department:
ElectronicsandInformationEngineering
Major:
ComputerScienceandTechnology
Grade:
Student’sName:
StudentNo.:
Tutor:
FinishedbyMay,2011
毕业论文(设计)原创性声明
本人所呈交的毕业论文(设计)是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
据我所知,除文中已经注明引用的内容外,本论文(设计)不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。
对本论文(设计)的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中作了明确说明并表示谢意。
作者签名:
日期:
毕业论文(设计)授权使用说明
本论文(设计)作者完全了解琼州学院有关保留、使用毕业论文(设计)的规定,学校有权保留论文(设计)并向相关部门送交论文(设计)的电子版和纸质版。
有权将论文(设计)用于非赢利目的的少量复制并允许论文(设计)进入学校图书馆被查阅。
学校可以公布论文(设计)的全部或部分内容。
保密的论文(设计)在解密后适用本规定。
作者签名:
指导教师签名:
日期:
日期:
杨蕾毕业论文(设计)答辩委员会(答辩小组)成员名单
姓名
职称
单位
备注
副教授
电子信息工程学院
组长
讲师
电子信息工程学院
组员
讲师
电子信息工程学院
组员
讲师
电子信息工程学院
答辩秘书
摘要
时代的进步,互联网的发展,技术的不断创新使得人们对计算这一概念有了新的认识,云计算是当今信息领域的又一大亮点。
云计算就是通过互联网技术将大型数据服务器集合整理到一体,然后根据用户需求给出满足用户的服务。
至此,传统的从服务器端到客户端的获取方式变成了从云服务端即云端到客户端,人们获取信息资源的方式发生了改变,信息的分享,互相之间的沟通方式都发生了高效率化的变化。
云计算是进行云服务的一个基础,云服务才是真正的服务获取方式。
企业单位依照一定的云服务架构平台模式进行云计算服务设施的搭建,通过网络保证各个设施之间的通讯,从而实现云模式化。
云计算是互联网及信息发展到一定阶段的必然产物,通过云计算技术,不仅提高了设备的利用率,信息的传达速度,还在一定程度上促进了信息化的发展脚步,从而提高人们服务获取效率。
本文先在云计算概念方面给出一个业内普遍的定义,然后分析云计算的特点、分类以及主要的云计算应用,通过典型的云服务架构模型,分析提出一个简易的适合校园云化的模型,其中包括校园办公云化、数字图书馆云化以及校园网络云化,以及分析目前云计算领域的缺陷及解决方案。
在此基础上论述云计算技术和云服务能够提供哪些贡献给当今IT界以及全社会以及对云计算技术的发展展望。
关键词:
云计算;云服务;云服务结构
ABSTRACT
Progressofthetimes,theInternet'sdevelopment,andtechnologyinnovationallowspeopletocalculateanewunderstandingoftheconcept,cloudcomputingisanotherhighlightofthefieldofinformationtoday.CloudcomputingisInternettechnologytoorganizelargedatasetstooneserver,andthengivetheuserneedstomeettheuser'sservice.Thus,thetraditionalendtotheclientfromtheservertogetwayintothecloudfromthecloudtotheclientside,thewaypeopleaccesstoinformationresourceshaschanged,informationsharing,mutualcommunicationbetweenthehighefficiencyhavetakenplaceofthechange.
Cloudcomputingisafoundationforcloudservices,cloudservices,serviceaccessistherealway.Buildingenterprisescloudcomputingarchitectureplatformservicesinaccordancewithacertainmodeofcloud,throughthenetworktoensurecommunicationbetweenthevariousfacilitiesinordertoachievethecloudmodeling.
CloudcomputingisthedevelopmentoftheInternetandinformationproductstoacertainstage,throughthecloudcomputingtechnology,notonlyimprovetheutilizationofequipment,information,communicationspeedandalsotosomeextent,promotedthedevelopmentpaceofinformationtechnologytoimproveservicesforpeopleEfficiency.
Thisconceptfirstpresentedinthecloudthedefinitionofanindustryingeneral,andthenanalyzethecharacteristicsofcloudcomputing,classificationandmajorcloudcomputingapplications,throughthetypicalmodelcloudservicearchitecture,analysispresentasimplemodelforthecampusofthecloud,IncludingtheCampusOfficeofcloud,digitallibrary,andthecloudofcloudofthecampusnetwork,andtheanalysisofthecurrentshortcomingsofcloudcomputingandsolutions.
Onthisbasis,discussescloudcomputingandcloudservicestoprovidewhattoday'sITcommunityandcontributetosocietyandtheprospectofcloudcomputingtechnology.
Keywords:
CloudComputing;Cloudservices;Cloudservicestructure
第一章引言
互联网发展至今,一个崭新的云计算时代正渐行渐近。
随着Google、微软、苹果等互联网应用的巨头纷纷推出关于“云”的开发计划,“云”也无形中无所不在了。
一个崭新的云计算时代正渐行渐近,几乎所有的知名IT提供商、互联网提供商,甚至电信运营商都在向云计算技术进军,提供相关的云服务功能。
因为云计算超级数据储存能力以及计算能力等使得通过互联网自由流通成为了可能。
企业与个人用户无需再投入昂贵的硬件购置成本,只要通过互联网即可组建一定的云服务平台,从而得到需要的功能。
云计算技术的提出,不仅在一定程度上促进了数据存储的技术难题解决,而且解放了用户的硬件容量,将所有的数据集成在服务数据中心,即“云”端,用户发送请求到云端,从云端得到解决方案,从而满足用户需求。
云计算技术的不断进步,不仅充分利用了物理服务器的存储空间,更解放了客户端的存储空间,从一定程度上降低了成本,提高了效率。
“云”的提出又使得硬件之间的部署关系得以明确,问题解决的针对性也逐步加强,提高了问题解决效率。
为了更好地了解云计算和云服务结构,我们先对云计算技术进行一定的说明。
如图1-1所示。
图1-1云计算是新一代的计算模式
第二章云计算
2.1云计算技术简介
云计算是在2007年第3季度才诞生的新名词,但仅仅过了半年,就已经吸引了各大厂商包括当今IT巨头的目光。
在一个以数据为中心的发展时代中,云计算将是最终也是最有利的发展方向,不断的减少成本,提高信息的存储效率,获取信息的方式越来越便捷,各方面的优势决定了云计算必将发展成为主流的计算模式以及服务模式。
各个行业都在“云”方面有了新的发展,如:
杀毒行业所提出的云安全,以及服务性软件行业所提出的云服务模式等。
2.2云计算的基本概念
图2-1“云”模型
到底什么是云计算呢,如图2-1所示,业界目前至少可以找到100种解释,并没有一个公认的定义,本论文主要采纳了一个比较有代表性的定义,以作后期分析讨论。
云计算是一种商业计算模型,它将计算任务分布在大量计算机构成的资源池上,使用户能够按照自己的需要获取计算力、存储空间和信息服务。
这里提到的资源池也称为“云”。
“云”是一些可以进行自我维护和自我管理的虚拟计算资源,通常是一些大型服务器集群,包括计算服务器、存储服务器和宽带资源等。
云计算技术是将计算资源集中到一起,然后通过专门的管理软件实现自动管理,不需要人为参与。
当用户需要某种服务的时候,用户动态的向服务器申请部分资源,以支持各种应用程序的运转,用户方面无需为繁琐的细节而烦恼,如此使得用户能够更加专注于自己的业务,这样的话,就有利于提高工作效率、降低成本和技术创新,同时也提高了商业经营的敏捷性。
在这一理论体系中,云计算的核心理念是资源池,同时这与早些年提出的“网格计算池”的概念又很接近。
按照业界的说法,网格计算池是将计算和存储资源虚拟成为一个可以任意组合分配的集合,池的资源可以动态分扩展,分配给用户的处理能力可以动态回收重用。
这种模式能够大大提高资源的利用率,提升平台的服务质量。
在业界,一个比较统一的说法是“云计算是并行计算、分布式计算和网格计算的发展,或者说是这些计算科学概念的商业实现。
”由此可以看出,云计算的提出绝不仅仅是一个巧合,是计算机计算发展到一定程度的必然结果,尽管现在的应用主要集中在商业上。
2.3云计算的特点
当然,从字面上我们就可以看出来关于云计算的主要特点了。
之所以会称之为“云”,是因为云计算技术在某些方面跟现实中云的特征类似,例如:
云一般体积都比较大;云的规模可以动态伸缩,可大可小,它的边界是模糊的;云在空中飘忽不定,无法也无需确定它的具体位置,但它确实存在于某处。
还有一个称之为“云”的理由,就是云计算的创始之一的亚马逊公司将曾经称为网格计算的东西,取了一个新名称“弹性计算云”,并且取得了商业上的成功,由此而使得“云”得以推广。
准确的说,云计算是一个比较混合的概念,是多种技术混合演进的结果,其中包括虚拟化、效用计算、将基础设施作为服务IaaS、将平台作为服务PaaS和将软件作为服务SaaS等等,因此云计算在某些方面就具备上以上所述概念技术的特点。
总结起来,云计算具有以下特点:
1、超大规模。
从目前云计算应用比较前沿的几个IT企业来看,类似于Google、亚马逊、IBM、微软以及Yahoo这样的公司中,应用于“云”的服务器数量就在几十万甚至上百万之多。
当然“云”也会给用户带来前所未有的计算能力。
2、虚拟化。
云服务可以提供给用户在任意位置、使用何种终端获取服务的全方位服务。
用户所请求的服务以及资源均来自“云”,而不是一个固定有形的实体。
用户在请求资源和服务时,无需了解应用运行的具体位置,只需要一台能接入网络的终端设备就可以,然后就是通过网络服务来获取各种能力超强的服务。
3、高可靠性。
在使用“云”的服务的过程中,服务器使用了数据多副本容错、计算节点同构可互换等措施在保障服务的高可靠性,因此有使用云计算比使用本地计算机更加可靠的说法。
4、通用性。
“云”服务不止一种,用户可以从云计算中可以获得各种应用,同一片“云”可以同时支撑不同的应用运行。
5、高可扩展性。
就像“云”一样,云规模可大可小,可以动态伸缩。
满足用户所需求的应用和用户规模增长的需要。
6、按需服务。
就像自来水、电和煤气那样的计费模式,用户可以按需购买。
7、极其廉价。
“云”的各种特点,决定了构造云服务中心的成本的降低以及提供给用户服务的高效化,同时云设施可以建立在电力资源丰富的地区,也是大大的降低能源成本。
从总体上说,“云”具有前所未有的性能价格比。
8、随时服务。
“云”计算的特点就是不管用户的位置、时间,只要有一台能接入云服务端的终端设备,就可以享受到云服务端提供的各种服务。
如图2-2所示。
图2-2云计算的八大优势
2.4云计算的分类
按照服务类型,云计算大致可以分为三类:
将基础设施作为服务IaaS,将平台作为服务PaaS和将软件作为服务SaaS。
如图2-3所示。
专用通用
将基础设施作为服务
IaaS(InfrastructureasaService)
如:
AmazonEC2/S3
图2-3云计算的服务类型分类
同时也可以按照云计算提供者与使用者的所属关系为划分标准,可将云计算分为三类:
公有云、私有云和混合云。
公有云由第三方运行,而且可以把来自许多不同客户的作业在云内的服务器、存储系统和其它基础设施上混合在一起。
最终用户不知道运行其作业的同一台服务器、网络或磁盘上还有哪些用户。
专用云是处理数据保护和服务级问题的公司的良好选项。
专用云是由单个客户所拥有的按需提供基础设施,该客户控制哪些应用程序在哪里运行。
它们拥有服务器、网络和磁盘,并且可以决定允许哪些用户使用基础设施。
混合云把公用云模式与专用云模式结合在一起。
部分拥有,部分与他人共享,不过是通过一种可控的方式。
混合云提供根据需要且在外部预配置的扩展规模的承诺,但增加了确定如何在这些不同环境之间分配应用程序的复杂性。
2.5云计算的几大主流应用
本部分主要简单的介绍当今IT界的主流云计算应用。
首先不得不先提到Google,作为云计算的先驱者,利用自身在硬件条件优势,庞大的数据中心、搜索引擎的支柱应用,促进云计算迅速发展。
现今它当数最大的云计算的使用者。
相信现在上网的用户都一定会用过Google的搜索引擎,也一定享受过它的高速快捷的服务,这一切都基于它分布在全球200多个地点、超过100万台服务器的支撑之上,而这些设施的数量正在不断地迅猛增长。
Google的其它服务如Google地图、Gmail、Docs等也同样在使用了这些基础设施。
如今,他们又以企业搜索、应用托管、以及其他更多形式向企业开放了他们的“云”。
最近又推出了谷歌应用软件引擎(GoogleAppEngine,下称GAE),程序设计人员可以编译基于Python的应用程序,免费使用谷歌的基础设施来进行托管。
2007年11月IBM推出了“蓝云(BlueCloud”)计算平台,这是一套即买即用的云计算平台。
它的思想是“通过分布式的全球化资源让企业的数据中心能像互联网一样运行”。
2009年IBM在10个国家投资3亿美元建13个云计算中心。
同时IBM与欧盟的17个欧洲组织合作开展名为“RESERVOIR”云计算项目。
IBM也是最早进入中国的云计算服务提供商,其在中文服务方面做得很好。
Microsoft(微软)紧跟云计算步伐,目前来看微软的云计算发展最为迅速。
于2008年10月推出了WindowsAzure操作系统。
现在IT业流行一种说法分布式计算的PC时代,创造了微软;集中式计算的“云时代”创造了谷歌。
与谷歌试图将所有计算和应用搬到“云”里不同,微软提出“云-端计算”的平衡理念:
“云”和终端都将承担一部分计算和应用。
Azure(译为“蓝天”)想将全世界数以亿计的Windows用户桌面和浏览器送入“蓝天”。
并且推出与Azure系统相配套的软件即服务产品包括DynamicsCRMOnline、ExchangeOnline、OfficeCommunicationsOnline以及SharePointOnline。
每种产品都具有多客户共享版本,
Amazon(亚马逊)作为最早进入云计算市场的厂商之一,为尝试进入该领域的其它企业开创了良好的开端。
亚马逊的云名为亚马逊网络服务(AmazonWebServices,下称AWS),亚马逊现在主要是向企业提供的借助网络进行数据访问和存储、计算机处理、信息排队以及数据库管理系统接入式服务。
Amazon使用弹性计算云(EC2)和简单存储服务(S3)为企业提供计算和存储服务。
Amazon仅与云计算相关的业务年收入已达1亿美元【2】。
如图2-4所示。
图2-4云计算的提供者
2.6云计算和分布式处理
在前文中,主要论述了关于云计算概念以及原理方面的内容,其实云计算从一定程度上只能算是一个新名词而以,其主要实现技术还是通过其他技术,比如:
分布式计算、并行计算等技术实现的,从这方面来说,我们可以认为云计算技术可以算得上是一个集合计算技术,但是云计算技术涉及到了服务提供方面的细节,如此又与其他计算技术区别开来,所以有一个概念值得借鉴“云计算是并行计算、分布式计算和网格计算的发展,或者说是这些计算科学概念的商业实现”。
这里所讲的商业实现就是关于服务提供与服务获取方面的细节技术,从这个角度来说,云计算也算是一个新兴技术。
分布式处理计算技术,按照之前学习过的定义:
分布式处理技术是使用网络将不同地点、不同功能、不同数据的计算机连接起来,然后在一个统一的管理控制系统下,互相协作完成信息处理任务的集成系统。
一般情况下,典型的一个应用分布式处理计算技术的系统就是我们的局域网或者广域网连接的计算机系统。
在这里,我们主要使用与云计算技术相关的分布式处理计算技术的概念,对于其他方面的概念,暂时不会涉及。
云计算技术的应用,也是建立在分布式处理计算技术之上。
对于我们获取服务的方式而言,经常会使用到分布式计算技术,即把一个需求很大计算能力才能处理的问题分成许多小的部分,然后把这些部分分配给其他许多计算机进行处理,最后再把这些计算结果综合起来得到最终的结果。
我们获取服务的方式也是类似,提供一个服务器集群即“云端”,这是我们的计算中心和服务中心,对于云端,不做硬性的划分,任何一台获取服务的主机或服务器在一定阶段也可能转变成云端中的提供服务方,我们的需求通过网络传送到云端,然后由云端的服务器做出响应,根据一定的规则回复我们的需求。
我们可以把分布式计算处理服务看成是利用网络上的计算机服务器等的中央处理器的闲置的处理能力来解决我们获取服务的需要。
由此我们可以看出分布式计算的特点就是把计算任务分派给网络中其他的多台独立的机器,这样做可以提高我们资源的共享性,平衡我们的计算负荷以及可以找到更适合的信息服务来满足用户需求。
第三章云计算服务应用
3.1云计算实现机制及架构体系
由于云计算分为Iaas(将基础设施作为服务)、PaaS(将平台作为服务)、SaaS(将软件作为服务)三种类型,不同的厂家提出了不同的解决方案,就目前的发展进度还没有一个统一的技术体系结构,为此,本课题综合不同厂家的方案,参照专家的理论,构造了一个可以供参考的云计算体系结构。
如下图所示,该体系结构概括了不同厂家的解决方案的主要特征,每一种方案至少实现了其中的部分功能。
从下图中,我们可以看到一个基本完整具有代表性的云计算技术体系结构。
主要分为了四层:
SOA(Service-OrientedArchitecture,面向服务的体系结构)构建层、管理中间件层、资源池层、物理资源层。
其中SOA构建层将云计算能力封装成标准的WebService服务,并纳入到SOA体系进行管理和使用,之间就包括服务接口、服务注册、服务查找、服务访问、服务工作流等。
管理中间件层负责对云计算的资源进行管理,并对众多应用任务进行调度,使资源能够高效、安全地为应用提供服务,其中包括了用户管理、任务管理、资源管理以及安全管理四方面。
资源池层是将大量相同类型的资源构成同构或接近同构的资源池,如计算资源池、数据资源池等,资源池构建主要是物理资源的集成和管理工作。
物理资源层就包括一些常用的实现云计算平台的物理资源,如计算机、内存、网络设施、数据库和软件等。
如图3-1所示。
SOA构建层
服务工作流
服务访问
服务查找
服务接口
服务注册
管理中间件
安
全
管
理
使用计费
用户交互管理
用户环境配置
帐号管理
用户管理
身份认证
授权访问
生命期管理
任务执行
任务调度
印象部署和管理
任务管理
综合防护
负载均衡
故障检测
故障恢复
监视统计
资源管理
安全审计
资源池
软件资源池
数据资源池
网络资源池
存储资源池
计算资源池
网络设施
软件
数据库
存储器
计算机
物理资源
图3-1云计算技术体系结构
3.2云服务平台架构模型
根据上述的体系结构,我们就可以简述一下典型的云计算服务平台的实现机制,如下图所示。
在这个典型的云计算服务平台中,我们用户第一步要做的就是通过用户交互接口以WebServices的方式向应用方提供访问接口需求,用户交互接口获取用户响应。
然后从服务目录中用户获得可访问的服务清单,系统管理模块则负责管理和分配所有可用的资源,其中一个核心作用是负载均衡。
配置工具则负责在分配的节点上准备任务的运行环境。
监视统计模块则负责监视节点的运行状态,完成用户使用节点完成应用的情况统计。
其中的执行过程并不复杂,简单来说就是用户从用户交互接口选取并调用一个服务,接着该请求传递给系统管理模块,系统管理模块将为用户分配恰当的资源,最后调用配置工具为用户准备运行环境。
如图3-2所示。
图3-2典型的云计算平台实现机制
3.3校园中云应用的结构蓝图
关于云计算在校园中的应用,目前比较流行的就是数字图书馆的建设,还有部分高校正在建立的云级别的校园网和教育管理系统。
对校园来说,“云”这一名词还比较陌生,对它的认识也存有异议,按照之前的理论,没有一定规模的基础设
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- 计算 服务 架构 浅析