云计算关键技术及标准化介绍

1 引言

云计算并不是一个全新的名称。1961年，图灵奖得主John McCarthy提出计算能力将作为一种象水、电一样的公用事业提供给用户。2001年，Google CEO Eric Schmidt在搜索引擎大会上首次提出“云计算”的概念。2004年，Amazon陆续推出云计算服务，成为少数几个提供99.95%正常运行时间保证的云计算供应商之一。2007年，随着IBM，Google等公司的宣传，云计算概念开始获得全球公众和媒体的广泛关注。

云计算目前并没有统一的定义。根据Wikipedia，云计算是一种基于互联网的计算新方式，通过互联网上异构、自治的服务为个人和企业用户提供按需即取的计算。而Berkeley大学则认为云计算是指Internet上以服务发布的应用以及支撑这些服务的数据中心的软件和硬件。

笔者则认为，云计算的概念不仅仅局限于计算，实际上直接称为“云”更加合适，云的本质是网络为用户提供的按需即取的服务Service on Demand，包括基于提供计算能力，存储能力，以及网络能力的各种服务的组合。正是因为服务的按需即取的特性，需要对应于计算能力、存储能力、交付能力的各种计算资源、存储资源，以及网络资源的按需即取的资源池管理和弹性提供。

从业务提供方式上，云可以提供3种业务：IaaS将虚拟化的资源直接按需提供给客户;PaaS在虚拟化的云计算平台上建立支持多种业务的应用平台，再将应用接口和开发环境、运行环境提供给外部;SaaS在虚拟化的云计算平台上提供按需定制和快速部署的应用软件租用服务。目前，业界研究最多的是 IaaS和PaaS，本文将针对IaaS(对应基础云)和PaaS(对应业务云)的关键技术，实现方案以及云的标准化进行阐述。

2 关键技术

2.1 虚拟化

虚拟化是实现云计算的最重要的技术基础，虚拟化技术实现了物理资源的逻辑抽象和统一表示。通过虚拟化技术可以提高资源的利用率，并能够根据用户业务需求的变化，快速、灵活地进行资源部署。

2.1.1 虚拟化平台架构

在云计算环境中，通过在物理主机中同时运行多个虚拟机实现虚拟化。多个虚拟机运行在虚拟化平台上，由虚拟化平台实现对多个虚拟机操作系统的监视和多个虚拟机对物理资源的共享。

总的来说，我们认为虚拟化平台是三层结构，最下层是虚拟化层，提供基本的虚拟化能力支持;中间层是控制执行层，提供各控制功能的执行能力;最上层是管理层，对执行层进行策略管理、控制，提供对虚拟化平台统一管理的能力。如图1所示，虚拟化平台应该包含虚拟机监视器Hypervisor，虚拟资源的管理，虚拟机迁移，故障恢复，策略管理(如提供虚拟机自动部署和资源调配)等功能实体。各部分具体功能描述如下：

图1 虚拟化平台功能结构

(1)虚拟机管理：主要保护VM的创建、启动、停止、迁移、恢复和删除等能力，虚拟机映像管理，虚拟机运行环境的自动配置和快速部署启动等能力。虚拟机管理可根据主机节点/虚拟机的CPU，内存，I/O，网络等资源使用情况，自动地在不同主机节点之间迁移VM，使得VM的性能得到保障。也包含主机节点的失效保护，即当一个主机节点失效后，该功能实体能将其上的服务自动转移到其他节点上继续运行。

(2)高可用Cluster：用于保证主机节点的失效保护，当一个主机节点失效后，Cluster自动将其上的服务转移到集群中的其他节点上继续运行。该Cluster还可具有负载均衡和存储集群的能力。

(3)动态资源调配：虚拟存储、网络创建、配置、修改和删除等能力。当一个VM的内存、外出或网络资源不足时，可临时借用同节点中其他VM暂时不使用的同类资源。

(4)动态负载均衡：兼顾能源消耗和工作负载的均衡。根据策略需要，可开启/关闭部分主机节点，并迁移关联的VM。

(5)管理工具：包含虚拟化平台需要支持的一套工具，如P2V(Physical to Virtual)，V2P(Virtual to Physical)，VA(Virtual ApplicaTIon)，JEOS(Just enough Operating System)等。

(6)主机安全：用于保证VM运行环境的安全，包含一组软件，如anti-virus，IDS等。

2.1.2 虚拟化平台部署

如图2所示，在实际部署中，由于Cluster、动态资源分配、主机安全等与Hypervisor关系密切，可以作为独立的软件部署在主机节点之中。其他功能都可以集成在一起，形成VM管理器。这样进行功能分配后，整个虚拟化平台可以分为两个软件包：一是Hypervisor + Host OS软件包，驻留在主机节点中;二是VM管理器软件包。两者之间的接口将被简化为配置、简单控制、查看和监控几类。

图2 虚拟化平台系统架构图

运行VM的主机利用Cluster功能组成一个高可用的集群系统，当其中的某个节点失效时，可无需VM管理器的干涉，自