云计算利用互联网平台为用户提供分布式、高可用、可靠的、低成本的、按需付费的、强大的计算力和无限的存储、数据、信息、知识和协作可能,使人类信息技术达到无时无处不在的可用性和服务能力。云计算的技术和平台的不断发展,为人类描绘了这种图景。云计算源于网络计算、效用计算、网格计算、服务计算等技术,并可基于因特网提供的广域分布式平台,为客户提供远程的、泛在的、易用的、可伸缩的、按需使用与计费的资源与服务(IaaS,PaaS,SaaS),从而最大限度减少客户投资、拓展新业务和的应用类型。
目前,云计算对普通的个人用户、大多数企业用户来说大规模应用仍需时日,要使其真正产生巨大的效益,需要借助于人类自然生态系统和社会发展的规律,在信息社会进行有效的改进和应用,使高技术与生活更紧密结合。云计算可与网格等结合,提供各类资源(基础设施、平台、计算、软件等)与服务,提供云存储、云数据、云知识等集成与共享,如TripCom,OpenKnowledge,LarKC等研究项目。云计算研究项目Eucalyptus,SLA @ SOI,OpenNebula,RESERVOIR,Globus Nimbus,COCKTAIL等基于可持续的云生态系统并提供了各自的平台。欧盟提出FP7计划研究未来云计算系统标准与工具,并提出全局云生态系统(global cloud ecosystem)的概念。目前,尚缺乏通用的云计算生态系统模型,为此,提出通用的云计算生态系统概念模型,并提出相关算法,并以云存储生态子系统的构建方法进行较深入的探讨。
本文以下主要从云计算的生态构成、构建方案(以云存储为例)、系统运行与维护机制、生态平衡与协作等多方面进行论述,并提出基于代理的云计算服务解决方案,为云计算提供发展引擎。
1 云计算生态系统构成
生态系统的构成可划分为2个组成部分:生产者、消费者。生产者负责生产资源,供消费者使用。在生产者与消费者之间存在物质流、能量流、信息流。对于云计算生态系统,生产者是云服务商,消费者是云计算客户,他们之间存在物质流、能量流、信息流、资金流等多重关系。云服务商包括软硬件生产商、系统集成商、服务代理商等各种角色,客户可为企业客户、具有相同兴趣的团体客户(如教育、娱乐等)、个人客户、临时客户等多种类型的客户。如图1所示:
图1 云计算生态系统模型
云计算实质是基于互联网提供高效的、经济的、可靠的、安全的资源共享、信息服务和应用服务,其中包括:计算力、存储资源、硬件设备、软件应用、数据、信息、知识及教育、娱乐、游戏、通信等。云计算目的是通过高效的管理资源,为用户提供易用的资源。按照供应/需求的关系,达到服务商与用户双方的双赢。如同人类生态系统链,云计算也是一个复杂的生态系统,其生态系统的两端是服务商、用户,中间环节则存在多条路径,随着技术、经济的发展可不断变换多种角色,在云计算生态系统中起着重要作用。为此,云计算生态系统的构成可细化为:云计算生产商,集成商,代理商,服务商,客户以及基于利益的信息流、资金流、物质流的生态流。通过云计算生态系统,人类社会将受益于信息技术的进展,获得巨大的前进动力,改变人类生态、生活、社会、生产的发展方式。
云计算目前的生态系统是简单的、初级的,主要包括:生产服务商、客户。目前主要由知名IT厂商承担生产服务职能,如微软,IBM,Google,Yahoo,Amazon,EMC等,而客户通过网络访问其云计算服务,包括个人用户和企业用户、机构用户等。由于生态链条的简化,云计算服务目前是自发的、初级的、范围较小的方式,其服务能力尚未得到充分的开发和利用。
使云计算真正深入到人们的工作、学习、生活、娱乐、科研等中间,需要有集成商、代理商等的有效的协助,对现有云计算服务进行跨地域、跨组织、跨平台的整合服务目录,提供参数化评价和推介等有效机制,才能获得大众的了解和认同,得到规模化经营,使投入与产出达到平衡和协调。
据生态系统的原理,我们提出基于服务的云计算生态系统的几个公式:
1)投入与产出公式:总收益一(产出一初始投入一运维费用)×利用率;
2)服务收益:服务收益=单次使用效益×使用次数;
3)费用公式:客户费用=使用资源×资源单价+通信费用;
4)客户收益:客户收益=客户满意度×客户节省资源×资源单价一使用者花费;
5)生态均衡公式:初始投入+运维费用=服务
收益+客户收益+无形社会收益;总体耗能=服务端能耗+客户端能耗×N个客户。
2 系统运行机制
作为资源密集、多成员、多链的云计算生态系统,其有效的运行与维护机制可借鉴自然生态系统和人类社会发展规律,充分利用成员协作、自律、他律、协商、市场与价格调控等机制,对生态系统的各方进行有效的调控和协调,保证其良性循环,达到系统的发展与平衡。系统构建、运行与维护机制包括:服务需求调研:对服务市场传统转型及新客户群体趋势进行调研与预测,决定宣传与系统实施策略;系统规划:通过对市场整体需求分析,规划系统架构及容量扩展方法;通过客户意见反馈,调整系统架构;系统实施控制:依据现有系统,购置必要的设备与开发组合中间件,对系统进行建设与实旋;系统运行监控:记录系统运行日志,定期进行统计分析,采取必要的对策;系统调度:对客户请求进行排队,根据负载及请求达到率动态控制系统服务进程的生成、执行、克隆、清理;系统生命周期管理:除主服务进程外,对其他派生服务进程根据作业完成情况进行管理;系统进化与重构:根据系统运行日志、系统负载、系统性能等情况,预测未来一段时间内客户请求率,对现有系统的计算力、存储资源进行扩充或迁移,使进化后系统的性能与服务效率得以改善。
系统运行与维护可根据预定策略进行,也可人工调整,并结合阈值与事件触发机制,实现自动化管理与调控。借鉴云生态系统的概念,我们提出云生态系统的进化算法,云服务协作算法,基于历史反馈信息调整服务指数等算法(如算法1,算法2,算法3)。将各类算法与规则内嵌或附加到管理模块中,可实现自适应的宏观进化与协作、微观控制的、自适应的云计算生态系统。
算法1 云生态系统进化算法。
输入:云生态链;
输出:进化的生态链;
①云生态系统的初始化;
②弱者与强者并存;
③弱者长大;
④强者优化;
⑤优胜劣汰;
⑥并购重组:基于利益;基于技术;基于业务
链/管理链/客户链优化;
⑦成本与收益平衡;
⑧技术进化与服务生态平衡。
算法2.云服务生态协作算法。
输入:服务请求,服务路径,服务模块;
输出:服务匹配;
①多个服务请求输入;
②单个服务匹配;
③若单服务无法满足,则多服务水平协作;
④通过服务模块树进行层次协作;
⑤复杂服务通过网状协作;
⑥预估代价供客户选择;
⑦服务执行和服务结果推送;
⑧服务路径与结果缓存;
⑨新的服务请求接纳;
⑩通过更新部分结果减少开销;
⑥通过交叉服务扩大服务能力;
⑥通过买方市场平衡客户流;
⑩通过卖方市场平衡服务商分布。
算法3.基于历史反馈调整服务指数算法。
输入:服务请求输入,服务模块参数;
输出:基于历史反馈信息调整后的服务指数;
①定义多隐层反馈计算规则;
②每个云计算具有独立功能的节点根据客户请求/费用/收益预测推出资源列表;
③多个云节点可供资源及费用列表输入;
④客户根据应用需求对资源根据费用最优、满足任务截止期限等Qos指标选择并执行服务;
⑤根据客户满意度给出评价指数;
⑥多次服务经验指数比较,获取服务商信誉度与能力指数级别;
⑦按服务优劣排序;
⑧优先选择信誉度高、能力最适合的优化服务响应模式;
⑨复杂服务按工作流程对服务单元粒子进行链接重组;
⑩采用遗传算子对服务粒子交叉、变异、重组、突变;
⑩将服务单元组合功能通过能力适配优先方法分配给客户单元;
◎系统并行运行并产生新的历史反馈值并等待下一次客户请求。
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本文标题:云计算及云存储生态系统研究(上)
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