云計算的開放架構(gòu)設(shè)計

相關(guān)專題: 云計算 中興通訊

  隨著技術(shù)的發(fā)展和各行業(yè)對云概念理解的深入,云開始在各個層面和各個領(lǐng)域蔓延。它已經(jīng)變成一種思路、一種潮流,如云計算、云服務(wù)、云安全等。它們可以使計算能力、服務(wù)、運營能力及安全能力通過一個平臺集中提供并控制,并讓其成為千千萬萬的企業(yè)和個人可以隨需索取的東西。

  如何讓云深入人們的生活?其中的關(guān)鍵在于開放平臺的提供,它可以使云透過標準通用管道,服務(wù)于普通百姓人家?梢哉f,使用云能力的門檻越低、越便利,使用范圍才能越來越廣。云計算的能力開放,不僅方便最終使用者,更是受益第三方企業(yè),他們能利用開放的接口和服務(wù), 提供超出云計算本身能力的服務(wù)。

  1 IaaS能力開放架構(gòu)

  1.1 虛擬化能力開放

  目前業(yè)界已有很多廠商可以提供虛擬化解決方案,如VMWare、 Microsoft、Citrix以及基于開源的Xen/KVM等。各種虛擬化解決方案各有特色,但目前面臨的最大問題是:不論是生成的虛擬化文件,還是虛擬化的管理都各自為政、互不兼容。

  當前的形式迫切需要一種標準,能向所有參與者提供虛擬化應(yīng)用的方法,并且減少多個、競爭性的、不兼容的實現(xiàn)所帶來的問題。目前,分布管理任務(wù)組織已開始使用開放式虛擬機(OVF)格式。OVF支持多虛擬化映像格式,對于任何監(jiān)管程序的虛擬機都可以使用它引導(dǎo)程序并加載。另外,OVF引導(dǎo)程序是基于數(shù)字簽名的,確保了免費發(fā)布和用戶的利益。

  虛擬化最主要的參與廠商,像Dell、HP、IBM、微軟、VMware以及Citrix都加入了OVF,后幾者的加入表明虛擬化廠商參與的重要性,同時也增強了標準被廣泛采納的可能性。

  中興通訊公司在虛擬化的統(tǒng)一管理方面提供了開放的管理平臺,能夠支持多種底層虛擬化環(huán)境,如圖1所示。它未來也將可以支持OVF, 并能提供用戶側(cè)的監(jiān)控與網(wǎng)管,自由創(chuàng)建、銷毀、遷移及監(jiān)測各虛擬機及上層應(yīng)用的狀態(tài)。由于虛擬機調(diào)度可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及負荷平衡設(shè)備的變化,因此將對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備也實現(xiàn)統(tǒng)一管理。虛擬化平臺向應(yīng)用層提供可信的虛擬化開放接口,可以讓應(yīng)用系統(tǒng)根據(jù)自身需求,動態(tài)調(diào)度虛擬機。業(yè)務(wù)系統(tǒng)通過開放的接口調(diào)用,就能夠?qū)崿F(xiàn)更加廣義的自動化業(yè)務(wù)彈性可擴展解決方案。

  

  1.2 存儲能力開放

  存儲能力是最基本的能力之一,也是所有數(shù)據(jù)能夠被處理的基礎(chǔ)。目前的數(shù)據(jù)存儲主要有3種訪問方式:文件存儲、對象存儲以及塊存儲。塊存儲與文件存儲面向底層接口,一般來說對應(yīng)用透明;對象存儲屬于應(yīng)用層之上的軟接口[1]。

  從文件系統(tǒng)的角度來看,云計算主要面向的是分布式文件系統(tǒng),它是云基礎(chǔ)架構(gòu)中最核心的元素,目前比較著名的有RedHat GFS、IBM 的GPFS及SUN的Luster。這些分布式文件系統(tǒng)對硬件設(shè)施的要求較高,往往需要存儲節(jié)點自身提供數(shù)據(jù)可靠性的保證。這類文件系統(tǒng)通常會在操作系統(tǒng)核心提供開放接口供文件訪問。另外一類是類似Google GFS產(chǎn)品,如開源的HDFS、KFS、阿里巴巴的盤古文件系統(tǒng)等,此類產(chǎn)品使用廉價商用機器搭建分布式文件系統(tǒng),并在用戶態(tài)提供開放接口。

  不論何種內(nèi)部實現(xiàn)方式,分布式文件系統(tǒng)都需要提供可靠性存儲及可供應(yīng)用訪問的接口。核心域?qū)崿F(xiàn)的存儲開放方式主要是在操作系統(tǒng)內(nèi)核層面通過專用驅(qū)動實現(xiàn)裸設(shè)備的暴露,操作系統(tǒng)使用通用的文件系統(tǒng)如Ext3對應(yīng)用開放。用戶域的存儲開放方式是Posix接口或?qū)S玫乃接袇f(xié)議接口。使用用戶態(tài)開放接口有如下好處:

  在用戶態(tài)文件系統(tǒng)與操作系統(tǒng)松耦合,便于單獨升級,穩(wěn)定性好。

  減少操作系統(tǒng)導(dǎo)致的底層交互次數(shù),降低復(fù)雜度,提高效率。

  接口更豐富,能夠?qū)崿F(xiàn)更好的優(yōu)化。

  安全性更好控制。

  當然,用戶態(tài)開放也有缺點,如接口對應(yīng)用有侵入性。如果遷移到其他存儲系統(tǒng)將需要重新編譯相關(guān)應(yīng)用。

  對應(yīng)用戶態(tài)開放的是通用接口方式,如網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)(NFS)、文件傳輸協(xié)議(FTP)等標準協(xié)議。由于這些標準協(xié)議制訂時并未考慮到分布式問題,所以接口本身的分布式需要重點解決,即接口本身如何尋址、容錯、負載均衡等。同時需要重點解決多文件共享訪問的讀寫鎖問題。

  中興通訊分布式文件系統(tǒng)對于通用接口方式采用動態(tài)域名系統(tǒng)(DNS)結(jié)合接口IP虛擬化技術(shù),較好地解決尋址及容錯問題,并且通過服務(wù)端增加額外一層接口層實現(xiàn)了根據(jù)能力的負載均衡技術(shù)。

  1.3 對象存儲技術(shù)

  直接開放文件系統(tǒng)的存儲方式比較適合私有云的構(gòu)建,對于面向公眾服務(wù)的公有云服務(wù),我們期望能夠和WEB協(xié)議(HTTP)兼容。互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展對存儲系統(tǒng)的容量、性能和功能提出了巨大挑戰(zhàn),主要表現(xiàn)為大容量、高性能、可擴展性、可共享性、自適應(yīng)性、可管理性,以及高可靠性和可用性,目前市場上沒有一種解決方案可以滿足所有這些要求。對于快速升級的存儲需求,基于對象存儲(OBS)技術(shù)是一種非常有前景的解決方法,它融合了高速可直接訪問的存儲網(wǎng)絡(luò)(SAN)和安全、良好跨平臺共享數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)附屬存儲(NAS)的優(yōu)點。通過對象存儲可以很好地屏蔽底層協(xié)議及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性,對象存儲的具體特點如圖2所示。下一代互聯(lián)網(wǎng)和PB級存儲大規(guī)模部署迫切地期待基于對象存儲技術(shù)的成熟和大規(guī)模應(yīng)用。對象存儲設(shè)備(OSD) 可以基于獨立的設(shè)備(如OSD硬盤),也可以在分布式系統(tǒng)上構(gòu)建。為保證對象的唯一性,面向分布式系統(tǒng)時一般會劃分對象組,確保在不同對象組內(nèi)對象具有唯一性。

  

  對象設(shè)備內(nèi)部管理元數(shù)據(jù)(空間管理)。

  對象ID是訪問該對象的唯一標志(每個OSD設(shè)備唯一)。

  圖3所示的是OSD安全模型,它是一個基于證書的訪問控制系統(tǒng),由4個實體組成:應(yīng)用客戶端、安全服務(wù)、策略/存儲管理者及對象服務(wù)。

  

  對象存儲一般都要包含如下操作:讀、寫、列表、刪除、獲取元數(shù)據(jù),例如Amazon 簡單存儲服務(wù)(S3)面向各種應(yīng)用提供了面向?qū)ο蟮腟3。

  對象存儲主要是面向應(yīng)用開放,目前各種系統(tǒng)接口尚未完全統(tǒng)一。提供WebService或RESTful的接口比較便于應(yīng)用的透明接入,但提供基于長鏈接的定制化客戶端接入則比較容易做到高效訪問。

  中興通訊開發(fā)的分布式鍵值訪問系統(tǒng)就屬于典型的對象存儲方式。它將數(shù)據(jù)區(qū)劃分為不同的桶,每個桶內(nèi)的對象對應(yīng)唯一的鍵。通過鍵信息,可以獲取對應(yīng)的訪問權(quán)限驗證元數(shù)據(jù)信息和值信息。為了保證系統(tǒng)的可擴展性,整個系統(tǒng)搭建成無主網(wǎng)絡(luò),并且可以做到元數(shù)據(jù)信息以及鍵值信息的自動分布與備份。系統(tǒng)為提高性能,同時支持了持久化存儲與非持久化存儲機制。

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