云计算的总体架构

1.引言：

云计算，是一种可用于商业化运作的技术架构。云计算是新一代的IT（计算机技术）模式，是IT发展历程的回归，自乔布斯创新PC（个人电脑）分散应用以来的IT领域第一次大集中应用。云计算的诞生，仍然得遵循经济规律，利用技术上的创新实现需求的增长和运营成本的降低。面对大量资源利用率不足的计算机，通过云的形式，利用富裕的已存在性能资源，使其虚拟成池以提供服务满足社会各方面的信息软件化需求，这是目前IT业大举进攻的目标市场。云计算是技术，有自身的技术架构，通过对云计算架构中功能模块的解析和架构应用实例的列举，阐述了云计算实现的基本模型，并对云计算的商业模式进行了分类展望。

2.云架构：

云计算经过初期的摸索，架构渐渐清晰，主流是分为两部分：服务和管理。

云架构的总体结构框如图1：

图1 云架构系统框图

服务分三层：SaaS（软件即服务）、PaaS（平台即服务）和IaaS（基础设施即服务）。

SaaS是出现最早，最普遍的云计算服务。随着互联网的高速发展，基础网络条件的日益成熟，用户通过浏览器联网即能用云上的软件服务。SaaS最靠近用户，只需按需付费就能享受云计算服务商提供的软件服务，用户因此省去了前期软硬件和后期维护的资金投入，这种高体验性服务，促成了SaaS产品在云计算产品中的高市场份额。SaaS包含以下常见技术：

（1）、HTML（超文本标记语言）。Web（网站）页面标准技术，现主流是HTML4，逐步会过渡至HTML5，视频的高品质需求体验是其推动力。

（2）、JavaScript（物件导向语言）。用于丰富Web页面功能的动态描述语言，提高人机交互时的动画体验。

（3）、CSS(级联样式表)。控制Web页面的外观，例如链接文字的变化，

页面的内容和表现的形式相互独立。

另外还有RIA（富联网应用）的技术，Flash（动画和矢量表示工具）和Sliverlight（微软富联网应用），这里不做叙述。开发涉及成本，由于Adobe（电脑软件公司）和微软涉及软件许可和应用的收费，所以以上三种技术的组合被市场广泛采纳，通用且学习成本低。在HTML5被人们广泛接受之前，RIA的应用会占到一定的比例，与HTML4相比，RIA在用户体验性方面具有优势。

PaaS是目前出现最晚但潜力较大的云计算服务。提供软件开发和部署应用平台给应用软件的开发人员。平台包括软件开发工具、开发部署和测试环境，平台具有高整合率，支持上万的应用软件。平台的高经济型，使得开发人员省去服务器软硬件和网络搭建的高投入。PaaS包含以下的常见技术：

（1）、REST（表述性状态迁移）。响应服务调用的技术，将中间件层所支撑的部分服务提供给调用者。

（2）、多租户。一对多的服务，一个应用实例对应多个组织，具有高经济性。 （3）、并行处理。应对于海量数据处理，服务器集群规模大，面向科研及统计分析机构。

（4）、应用服务器。处理Web响应的呼叫。

（5）、分布式缓存。降低后台服务器的高负荷压力，提升响应速率，使服务器保持较好的数据处理能力。 不同的PaaS平台，对以上技术的选取也是不同的。应用服务器和分布式缓存是必需的。REST用于对外的接口。多租户技术用于SaaS应用的后台，对于有些公司的PaaS平台，SaaS的API（用户编程接口）是依赖PaaS的API的。并行服务的特殊性决定了其作为单独服务推出。

IaaS是底层技术的云计算服务。面向大中型企业，这类服务的需求是企业级的。其常见技术如下：

（1）、虚拟化技术。在物理服务器上虚拟多个虚拟机，类似电脑中存在多个操作系统。服务器的购置成本和维护成本将大大降低。

（2）、分布式存储。将海量数据分配至多台服务器上进行存储和管理。 （3）、关系型数据库。利用改良的事物关系表达抽象数据库结构模型以适应云服务的应用。

（4）、NoSQL（非关系型数据库）。对关系型数据库的补充，应对非关系型数据库和海量数据管理的需求。

不同IaaS平台对以上技术的选取也是不同的。虚拟化技术是必需的。数据库技术和分布式存储技术则应不同IaaS云计算服务企业的投放服务灵活选取。 管理同样分三层：客户层、管理功能层和监控层。 客户层，面向使用云计算服务的客户，通过以下4个功能模块为客户提供优质服务：

（1）、客户管理。客户管理包含三个方面，账号管理、登陆管理和客户配置管理。账号管理对客户的身份及访问权限进行有效管理，当然也包括用户组。登陆管理，这个在云服务登陆中显得很特别，应对云中所有可登陆的系统，只需一次登陆成功，就能访问所有能登陆的系统。客户配置管理，针对每个客户，配置的不同性能和应用都要进行记录、管理和追踪，实现资源的合理和合法使用。 （2）、客户支持。客户支持是增强客户的体验的重要手段，在遇到云服务使用困难时，能得到及时有效的解决，客户支持系统显得很关键。客户系统应体现差异化服务，针对不同重要级别的客户，能提供不同的客户支持服务，客户体

验的效果会很明显。

（3）、计费管理。利用监控层采集的数据，对用户使用的资源和服务进行精确收费，并能提供详细的费用清单。

（4）、服务管理。云服务中的特殊功能模块，云是基于SOA（面向服务的体系结构）架构，系统是松耦合的，应用可以拆分为多个服务，服务可以通过接口进行连接，既能整合成流程提高运行效率又能支持扩展修改。云中存在许多服务，这使得服务管理对于云服务的提供显得很重要。

管理功能层，保障云整体环境的安全性及管理自动化，分为以下4个模块： （1）、运维管理。运维管理体现在三个方面：预防维护、能源管理和告警性能管理。预防维护是建立在告警性能管理之上的，对潜在故障隐患进行预警，对已发生的故障采取冗余或重启硬件操作。能源管理是对闲置能源进行关闭，能根据设备负荷对相关耗能硬件进行调节，也能根据机房温度和能耗统计进行能源的精益管理。告警和性能管理，对云中的发生的事件进行捕捉、记录和上报。 （2）、资源管理。资源管理面向云中的物理设备，首先是将云中物理资源进行虚拟化，类似于建水池，集中建造一个资源池，然后，加以规则，建立资源使用流程，得以自动部署资源的使用，最后进行资源调度使用，能均衡资源于各种应用。

（3）、安全管理。安全管理是云服务的重要点，对数据、应用和账号都要实施安全保障。云安全涉及有7个方面，一是对安全进行全面检测梳理漏洞，二是物理隔离，三是利用网络技术实施隔离，四是对数据进行加密，五是实施不同的安全策略和制定不同的安全规则，六是按责任划分权限，七是做好数据备份，避免数据因人为和管理上的漏洞而丢失。

（4）、冗余支持。数据中心要建立冗余，主数据中心发生毁坏时，云仍能依靠备用数据中心进行运行。主备之间要能实时同步，主备能实现自动和快速的倒换。对于物理节点，其失效是正常的，可以屏蔽掉故障节点或恢复它正常工作，但前提是不影响云服务的正常运行。

监测层，主要涉及三个方面的监测，一是对物理资源运行状况的监测，例如CPU（中央处理器）使用率等。二是对虚拟资源运行状况的监测。三是服务质量的监测，记录其请求响应的相关技术指标，以判断是否满足差异化服务。

3.云架构应用实例：

Google（互联网搜索引擎公司）和salesforce（云服务提供商）的云计算产品，在业界享有盛誉，通过对这两大公司云计算服务构架的实例剖析，有助于更好的理解云架构。

salesforce公司的CRM（客户管理系统）云计算产品属于SaaS服务，由于基础物理资源必需虚拟化和其SaaS服务依赖于PaaS的API，所以CRM云服务构架包含全部三层，如图2：

图2 CRM云服务架构框图 CRM产品采用的技术包含以下几种：

（1）、SaaS层。采用HTML、JavaScript和CSS这套组合。

（2）、PaaS层。采用多租户技术和支撑多租户技术的应用服务器。 （3）、Iaas层。采用关系型数据库。

（4）、云管理方面。在客户层提供客户管理和计费管理。在管理功能层提供安全管理和资源管理。在监控层提供监控管理。

Google公司的APP Engine产品是PaaS服务，云服务构架只有两层，如图3：

图3 APP Engine云架构系统框图 APP Engine（应用引擎）产品采用的技术包含以下几种： （1）、PaaS层。采用分布式缓存技术和应用服务器。 （2）、Iaas层。采用NoSOL数据库的分布式存储。

（3）、云管理方面。在客户层提供计费管理，能进行API级的细颗粒计费。在管理功能层提供运维管理和资源管理。在监控层提供监控管理。

4．云的商业模式

云的技术架构是统一的，但技术的开发是为了商业运作，因客户需求，

就会演变为不同的云模式，大致分为以下四种：

（1）、公有云。面向公共普通用户，客户群庞大，容易形成规模效益，其成本会变低。公有云可由云服务提供商或综合型信息服务提供商进行运营，为公共用户提供各种IT资源。云服务提供商提供软件环境、应用、物理等各种资源的管理和维护。使用公共云服务，用户按需付费即可。云中的资源对于用户而言是透明的和未知的，正是基于此，云服务提供商能保证设施和资源的安全性，能满足安全上的需求。

（2）、私有云。面向企业级用户，特别是IT经费充足的企业。企业对数据有很高的安全需求，不希望数据不再企业内部，而在公有云中。私有云就是将云放置在企业的防火墙内，企业IT人员能对数据、安全性和服务进行有效控制。 （3）、混合云。面向企业级用户，适合既对数据安全有一定要求，IT经费又不足的企业。具体思路是，将企业重要的数据和应用放至企业防火墙内，将相对次要的数据和应用放至公有云中。

（4）、行业云。这是未来很重要的一种云模式。云行业应用和物联网行业应用将在此进行结合，存在巨大的商业价值。行业云将一个行业的数据和应用放至专门的云中，能实现资源的共享和重复使用，降低行业内企业的开发成本，例如游戏行业。

当然，商业模式离不开需求和针对性开展云服务提供经营，应着眼于市场用户需求，通过移动终端、应用服务平台、基础通信设施、基础IT设施和服务提供合作伙伴的整合联动，结合自身优势有选择性地开展云计算服务经营。成功的商业模式一定是可持续的，可复制的，潜在用户价值的不断挖掘伴随着产品运作应用不断的丰富化。

5.结束语

云，其技术价值和商业价值巨大。2012年是云计算全力发展的一年，普遍性应用将在明后年开始显现。云计算将给社会生产和社会生活带来巨大的变革，使产业布局得到优化，云计算产业链将带动一大批企业发展，实现规模化效益。云计算构架的解析和商业模式探讨，对向云计算的靠拢的企业提供了一些产品和运营选择上的思路，乘云而上，望企业在云中实现更大的成长和发展。