3 云计算生态系统实例:云存储生态子系统的构建方案
云计算生态系统是一个宏大的系统,可提供基础设施服务、平台服务、软件服务、数据服务、信息服务等各类服务类型,云计算生态系统可认为是由众多的各类资源、服务生态系统构成的。由于数据是企业信息系统的核心,是企业最重要的资产,存储系统作为数据的载体,是云计算中基础设施服务的一部分,目前已有Amazon,EMC,Microsoft,IBM,HP等厂商提供了云存储服务,如Amazon Simple StorageService(S3),Nirvanix Storage Delivery Network(SDN)和Mosso云文件等。在此我们以云存储生态子系统构建为例,提出云存储的构建方案。在实际应用中,云存储可与计算服务、软件服务等通过虚拟机结合起来为客户提供远程应用服务。
存储资源作为信息基础设施的核心资源,存放软件、数据文件等,是必不可少的组成部分。云计算生态系统是个广义的生态系统,在其中存在各种资源,每种资源也可构成其中的生态子系统,为云计算生态系统提供分布式管理。为此,对其中的存储资源作为特例,构建云存储生态子系统,作为对云计算生态系统的扩展。
云存储生态系统可包括:云存储生产商、存储代理商、存储集成商、存储客户等。云存储生产商包括:硬件生产商、软件生产商、服务开发商、系统集成商,为存储客户提供存储实体。存储代理商:通过为客户提供存储资源的安装、配置、销售等,为客户提供存储资源。存储集成商:通过将客户存储资源有效集成,为客户提供增值存储服务。存储客户:直接使用存储资源进行数据、文件、数据库等应用,产生直接的存储效益。
为保证存储的安全性和可靠性,需要借助第三方认证,即为存储生态系统的各方提供资质、信誉、能力等的认证的机构。可以是由以上生态角色群中抽取的成员构成。
在云存储生态系统中,物质流的流动主要体现在网络存储设备部署在服务端,从而减少客户端存储系统的购置。能量流主要体现在:数据密集型或计算密集型应用由于本地资源不足而无法完成,而通过客户请求在远程云服务端完成,在云服务端消耗更多的能量,而在客户端节省了系统运行的能量,问接体现了能量的流动。信息流的流动主要体现在:由于数据存储在云端,可在云端提供数据挖掘、检索等,从而原本属于客户端的信息更多地聚集在云端,并可根据客户需求从云端流向客户。资金流的流动体现在:由于云计算可提供分布式、异构的、低成本的按需服务,从而减少客户对信息系统升级的投资,只需使用较低的费用从云端获取资源和服务,从而使资金更多地流向云服务商,为云服务商进行系统升级维护、新业务开发提供基础。
云存储的关键技术包括元数据管理方案、缓存管理方案、数据更新方案、服务调度机制等。元数据理方案可采用:集中式元数据;本地元数据下载;本地元数据更新;本地元数据上传;云端元数据更新。缓存管理方案需根据客户访问模式,区分经常访问的热数据与低访问频率的冷数据并采用不同的缓存分配策略;同时通过服务器缓存、客户缓存、缓存通信、缓存更新、缓存失效机制、缓存替换策略等的应用提高请求响应性能。数据更新方案包括:元数据更新;缓存更新;数据更新标记;服务端到客户端的广播更新;客户端到服务端的单播更新;更新通知,更新认可,执行更新,更新回退机制。服务调度机制则通过感知客户请求的QoS与系统能力、系统负载,自适应、公平地降级或提升服务水平。
云存储作为云计算中的及基础设施类重要资源,为客户提供资源和服务的同时,其状态随之变化,我们将云存储的状态变化描述为算法4:云存储生态系统状态变化算法,如算法4所示。
算法4 云存储生态系统状态变化算法。
输入:云存储生态系统,状态转换规则;
输出:自适应的状态转化后的云生态系统;
①默认处于初始化,并具有请求过滤、服务接纳、轻载、重载、性能变坏、性能调整、系统升级等生命过程;
②通过状态机监控和转化,使云存储生态系统从初始态开始运行,在通过请求获取配套的CPU、内存、网络带宽后进入准备态;
③接到客户请求后进人工作态;
④请求的任务完成后进入准备态;
⑤自动收集系统资源信息或获取管理节点发布的资源状况,对于重载时进入迁移态,通过迁移数据到邻近轻节点后释放部分存储资源;
⑥在全局存储资源均无法满足请求的资源需求时发出预警,系统进入升级态,从联盟云存储中申请协作存储资源与服务;
⑦若资源满足需求,则进行数据读写任务;否则,给出资源不足的提示信息,并推荐可行的降级模式或升级需求。
云计算有私有云、公有云等之分,云存储亦如此,在企业信息系统负载高峰值运行时私有云可租用公有云的资源,公有云之间也可通过建立联盟相互协作,云存储间协作算法描述如算法5所示:
算法5 云存储间协作算法。
输入:多个私有、公共云存储系统;
输出:具有协作关系的云存储联盟;
①获取开放的协作接口;
②协作规则协商与更新;
③公共云存储系统加注云存储联盟标记;
④当私有或公共云存储子系统负载过重时请求联盟内协作迁移;
⑤当云存储资源不足时请求联盟内资源协助补足;
⑥当接到其他云存储服务请求时读取规则与本身资源状态进行决策;
⑦当得到协助时记录协助的联盟成员ID并调整联盟信誉和自身可用资源列表;
⑧对经常协助的联盟成员在下次协作请求时优先响应。
4 生态平衡与协作
人类资源的过度消耗是对人类未来的威胁。对于生态系统,最重要的是保持生态平衡,在生态链系统上各环节进行协作,实现资源的优化配置,实现系统各成员的和谐共存,促进系统的发展与进化。
云计算生态系统可改善企业信息系统运行现状、提供外在的、可扩展的、协作的、安全可靠的资源与计算服务。
平衡的内容:包括服务商、代理商、客户等多角色之间服务能力与需求匹配,服务系统可扩展性与客户需求增减之间的比例,团体利益与个体利益、协作与竞争等多方面,使得系统各方达到相对平稳、均衡、相互依存的状态,使资源利用率与吞吐率最大化,客户满意度得以提高,延迟与错误最小化。
服务群体:协作与竞争并存的发展。
角色利益:利益均衡,多方互相促进技术、经济的改善。
功能定位:为客户提供泛在、高性能、高可靠、海量的计算与资源服务。
客户群体:节省客户投资、促进客户发展。
社会资源的节约:节约社会资源,保护环境与生态。
对其他生态系统的影响:社会、环境、人类、生物等,通过节省资源,促进技术进步,减少能源消耗,减少三废排放,以低代价获得高收益。
5 基于代理的云计算服务系统
基于代理的云计算服务系统可克服现有云计算分散、孤立、异构、重复的资源配置,提高可发现性、可配置性、可评估性、可用性、可达性、可维护性、可持续发展力等。
代理在生态系统中的位置:介于中介的协商、智能中介、重定向。
代理的产生与培养:代理由生产商分出、客户群体推荐、权威机构评估、可信的第三方产生担任。代理的发展:代理随着自身的发展与成熟,可能逐渐向头端发展,成为生产商,从而更了解用户的需求。
代理的形式:服务平台;服务机构;服务人群;服务社区;服务咨询等多种形式。
代理的服务机制:基于招投标的方式;拍卖竞价方式;基于团体的方式;基于个体的方式;基于短期的服务;中长期服务;永久服务等。
代理与客户的关系有:签约;超市;批发;附属;协作等。
代理对云计算生态系统的作用:通过代理,获得多家生产商服务目录,可更有效地提供云计算服务;通过对客户群的集中调研,可获得客户需求的第一手资料,为生产商发展决策服务。
目前,已有多家标准化机构包括OGF OCCI(cloud computing interoperability forum),DMTF(desktop management task farce),IETF(the internet engineering task force)和CCIF(cloudcomputing interoperability forum)在制订云计算相关标准,用于为云计算服务商之间的协作提供标准化接口,这为客户在各云服务提供商之间自由选择资源服务组合提供了基础。Norway学者Begnum通过开源工具MLN(manage large networks)将本地虚拟机与云计算服务器整合,实现本地和远程云计算资源的统一管理和计算迁移,提高了系统的可扩展性。因此,云服务代理将更易于采用标准化技术实现不同云计算平台的服务集成。Weimin Zheng等学者为普适计算环境设计云存储平台,即将智能电话、数字媒体播放器、笔记本电脑等手持设备的有限存储空间与云存储结合,通过云存储平台SmartBox提供影子存储服务管理普适计算环境数据备份,支持用户通过语义查询搜索文件。其中也含有代理的思想。
云存储作为云计算的核心资源,在异构存储中存储了多种异质数据,云存储需要配置类似VFS等的虚拟文件系统,使用XML标记数据语义,需要开源工具整合异构存储,为异构厂商的云存储产品提供一个标准化文件系统接口以及自动化管理,使得异构终端可在不同的地理位置就近访问不同的云存储资源。田冠华等学者提出的云计算的基于失效规则的资源动态提供策略综合考虑资源时空规律,可资借鉴。
6 可能存在的问题及其解决思路
云计算作为计算机网络为载体的多种高新技术的集成,在人类社会、生产与生活中产生重要影响,对云计算技术的飞速发展,也许不仅仅是概念,而且是技术的综合和集成,面对人类需求的广泛性,云计算提供了实现的可能,跨越时空、机构、平台、国界的全球合作可能。
可能存在的问题主要是安全及经济相关问题:安全,信任,可控性、可靠性,价格与QoS控制、互操作性等。解决的思路有:在安全机制方面采用多重安全保证:认证、鉴别、签名、加密等;在信任方面,可通过签约、第三方保证、法律约束等方法建立和强化;在可控性和可靠性方面,可采用副本、冗余、托管等机制;价格与QoS控制方面,需要根据SLA,QoS需求与服务代价、公平竞争、市场等机制进行均衡、协调,比如采用最佳适配的服务流资源均衡匹配。不同云计算系统之间的互操作、以及云计算与遗留业务的集成,需要开放的标准与公认的、易用的接口。
另一方面,云计算与其他服务计算的并存与整合,也将是挑战与机遇并存。可将早期的效用计算、网格计算作为云计算的基础设施,通过中间件、API封装、虚拟化、构件化等进行服务封装和接口标准化,从而产生新的服务应用类型和高效益。
云计算的真正普及需要在接口标准化、安全、可靠性、生命周期管理、数字版权管理等方面进行技术、法律、经济方面的协同支持。
7 结语
云计算不仅正在影响IT应用部署、开发、发布、运行与维护管理模式,而且将影响包括社会、经济、人类生产与生活的各个方面,比如影响物质流、能量流、信息流、资金流等的流向。在云计算生态系统上,存在或可能产生多个生态角色,在技术、经济、社会、人类、自然等生态链中协同进化,维护人类社会的可持续发展能力,发挥高技术在人类社会中的推动作用。这需要多方协作、全球协作、构建人类、生物、环境和谐共存、不断发展的美好前景。由于云计算几乎可提供传统信息系统本地及网络计算的所有资源和服务,提出云计算生态系统构成的模型、运行机制、平衡与协作等算法,并从云存储出发,对云存储生态子系统进行了探讨,为云存储的构建、协作共享提出解决的思路和方案。
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本文标题:云计算及云存储生态系统研究(下)
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