云計算的定義、架構(gòu)與組成

責(zé)任編輯:zsheng

2018-11-13 14:45:17

摘自:cpp軟件架構(gòu)師

目前云計算、云存儲、云備份等技術(shù)可謂是鋪天蓋地,而目前市場對一款產(chǎn)品是否是云,沒有明顯的界定。

目前云計算、云存儲、云備份等技術(shù)可謂是鋪天蓋地,而目前市場對一款產(chǎn)品是否是云,沒有明顯的界定。因為云本來就沒有一個標(biāo)準(zhǔn)。人們對云的認(rèn)識基本就有4種不同的觀點:云即設(shè)備、云即集群、云即IT系統(tǒng)、云即服務(wù)。

云即設(shè)備:這是最原始的觀點,也就是所謂的云只是指代一堆設(shè)備,因為沒有設(shè)備的支撐,哪來的云。

云即集群:光有設(shè)備還不行,還需要這堆設(shè)備有機的聯(lián)系起來,相互協(xié)同,對外呈現(xiàn)為一個集群,這是在“云即設(shè)備”上的一次發(fā)展。

云即IT系統(tǒng):上面說到的集群,也只是一堆服務(wù)器放在一起,可以協(xié)作,若要進一步發(fā)展,需要加上軟件作為靈魂,比如某企業(yè)的IT系統(tǒng)。

云即服務(wù):IT系統(tǒng)一般是用來支撐企業(yè)的業(yè)務(wù)的,但是我們能不能通過他來盈利呢?

這就涉及到商業(yè)模式上面了。主要有如下幾種模式:

直接賣了:如果像賣房子一樣,受眾很小,因為需要購買一整套IT系統(tǒng)的人很少。

租出去:這就如同租房子一樣,受眾相對于賣房子大很多。但是盈利慢

利用IT系統(tǒng)來運營某種業(yè)務(wù),用來賺錢:這種方式受眾更大,像郵箱、網(wǎng)頁、博客,幾乎全民都是客戶,所以盈利面很大。這樣看來,能提供某種形式IT服務(wù)的一整套IT系統(tǒng)都是云。從這個角度,所有的互聯(lián)網(wǎng)運營商,比如各大網(wǎng)站,都是云運營商。

給云下個定義

那么云目前最主流的定義是啥?上面提到過,設(shè)備組成集群,集群搭上軟件稱為IT系統(tǒng),IT系統(tǒng)用來服務(wù),好了我們可以把之前的觀點結(jié)合起來下個定義:云是一個可運營的IT系統(tǒng),但是這個定義缺少最關(guān)鍵的東西,就是資源迅速靈活地部署和回收。所以云當(dāng)前最主流的定義為:云是一個智能IT系統(tǒng),它是可運營的,迅速靈活部署和回收資源的智能IT系統(tǒng)。

那么云應(yīng)該具有如下性質(zhì):云提供商擁有一定規(guī)模的硬件基礎(chǔ)(計算、存儲、網(wǎng)絡(luò));作為服務(wù)進行交易,而不是實物交易,客戶只是租用資源。也就是說,云其實是一種商業(yè)模式,如果認(rèn)為只有底層使用了硬件集群和虛擬化技術(shù)的系統(tǒng)才是云這種觀點是非常狹隘的。

誰催生了云

誰催生了云?當(dāng)然是需求?;ヂ?lián)網(wǎng)以及智能終端的普及,讓信息得到了爆發(fā)性的增長,那么對IT基礎(chǔ)架構(gòu)(計算、存儲、網(wǎng)絡(luò))來說,正在快速被飽和。而傳統(tǒng)的IT系統(tǒng)存在三個問題:業(yè)務(wù)部署周期長;資源不能充分回收利用,存在孤島;手動部署無法滿足需求。這就是痛點。

比如,在傳統(tǒng)IT中,如果運營部門分析出網(wǎng)頁游戲業(yè)務(wù)會有20%的增長,就會對其擴容,比如增加Web服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、存儲系統(tǒng)的數(shù)量或容量,這就需要采購設(shè)備,遵循一系列的流程,這個周期會非常的長,甚至慢于業(yè)務(wù)的變化周期。與此同時,另外一個在線視頻業(yè)務(wù)卻可能業(yè)績不好,利用率不足60%。

最原始的想法是將在線視頻業(yè)務(wù)的的40%余量分配給網(wǎng)游部門,不過會存在大量的技術(shù)風(fēng)險。比如兩種業(yè)務(wù)部署在同一個操作系統(tǒng),會增加業(yè)務(wù)的粘度,不利于運維,然是如果把業(yè)務(wù)部署在不同的服務(wù)器上,更不利于運維。加上現(xiàn)在數(shù)據(jù)中心中存在不同的協(xié)議、不同廠商的設(shè)備,如果靠手動來部署、管理和回收資源,效率低而且容易錯,業(yè)務(wù)上線的速度也不快。

云:商業(yè)模式or技術(shù)架構(gòu)?

不過上面的說法只是云誕生的一部分理由,實際上最初的云,實際是一種商業(yè)模式,當(dāng)商業(yè)模式與計算機技術(shù)結(jié)合之后,才產(chǎn)生了云這個代名詞。這也是云沒有外在的像技術(shù)一樣嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)的原因。

要解決之前提到的業(yè)務(wù)部署周期長,無法實現(xiàn)自動化,資源不能方便的回收和復(fù)用等,最容易想到的技術(shù)手段自然是虛擬化。服務(wù)器虛擬化,即虛擬機系統(tǒng),充分利用了資源,再加上Vmotion,DRS(Distrubted Resource Scheduler)等技術(shù),極大的增加了部署靈活性和資源均衡性。我們來看看部署了虛擬機以后對之前的問題帶來的變化。

資源充分利用問題:舊業(yè)務(wù)余量會自動回收,新業(yè)務(wù)所需的應(yīng)用可以直接以虛擬機的形式部署在物理機,因為操作系統(tǒng)各用各的,粘合影響得以避免。

上線業(yè)務(wù)周期長的問題:部署虛擬機消耗的時間比物理機少了很多,上線速度加快

手動部署問題:使用一種資源自動化分配和回收平臺來解決自動化部署問題。

那么所謂虛擬化,其實就是在傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心上加上一個彈性層,這樣整個數(shù)據(jù)中心就變成了軟數(shù)據(jù)中心了。如果還能做到部署回收自動化、可度量化、服務(wù)化、可運營的數(shù)據(jù)中心,則就是一個云數(shù)據(jù)中心了。綜上所述,云系統(tǒng)中重要的角色有:

虛擬化

集群化

自動化:實現(xiàn)資源自動部署、調(diào)度、分配、回收的管理者。對內(nèi)可以與其他組件進行通信,管理資源;對外可以響應(yīng)業(yè)務(wù)部署的需求,并且將這些需求轉(zhuǎn)化為對內(nèi)的資源調(diào)度;這個模塊綜合起來就是“自動化”。

可度量化:也就是用戶用了什么資源,用多少時間,耗費多少成本,毛利率如何,報價幾合可以精確度量、定價。

縱觀云發(fā)展的過程中,說不清到底是先有云這種商業(yè)模式還是先有云這種技術(shù)架構(gòu)的,兩者其實是相互催生、相輔相成。回顧存儲系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展過程。最開始的時候,存儲系統(tǒng)只需要關(guān)心數(shù)據(jù)存儲,只要提供一塊空間,怎么管,怎么用,底層是不關(guān)心的,后來,存儲系統(tǒng)開始注重數(shù)據(jù)管理,開發(fā)了諸如快照、重刪、容災(zāi)等功能。再后來,又到了數(shù)據(jù)運營階段,還關(guān)心數(shù)據(jù)怎么用的問題,此時需要更貼近用戶的應(yīng)用,注重業(yè)務(wù)展現(xiàn)。

公有云和私有云

現(xiàn)在我們已經(jīng)有了一個云化的數(shù)據(jù)中心了,那么可以按照數(shù)據(jù)中心的是對企業(yè)內(nèi)部開放服務(wù)還是給任何人開放服務(wù)來分為私有云和公有云:私有云即數(shù)據(jù)中心對企業(yè)內(nèi)部開發(fā),提供云服務(wù),比如存儲空間申請、企業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)的快速部署等;公有云指可以對外營業(yè),通過互聯(lián)網(wǎng)提供各種云服務(wù)的云。

私有云讓企業(yè)IT部門角色轉(zhuǎn)變

傳統(tǒng)的IT部門是一個支撐部門,始終處于業(yè)務(wù)部門的牽引之下,所有的采購、經(jīng)費申請必須以業(yè)務(wù)需求為前提。那么怎么提升IT部門的地位,只要也得與業(yè)務(wù)部門處于平等的地位。云中的“服務(wù)”兩字正好滿足了這種需求,比如IT部門可以通過建立規(guī)范的資源申請流程,然后建立電子工單審批系統(tǒng),只有通過審批以后才提供對應(yīng)的服務(wù)。還可以統(tǒng)計某個部門在某段時間內(nèi)使用了多少IT資源,消耗了多少成本。

這樣IT部門成為一個獨立的服務(wù)角色,其他部門向IT部門申請資源的時候,是以協(xié)商的態(tài)度而不是強勢的牽制的態(tài)度,而且因為資源可度量了,IT部門可以做出合理的預(yù)測,申請后續(xù)經(jīng)費等資源變得更有說服性。

公有云受制于互聯(lián)網(wǎng)帶寬發(fā)展

如今互聯(lián)網(wǎng)的接入速度還是比較低的,大量用戶的速度還是1Mbps,也就是只有100KB/s的吞吐量的接入速度。此時,若給他一個iSCSI協(xié)議訪問的存儲空間是不現(xiàn)實的,最多提供網(wǎng)盤這樣的上傳下載服務(wù)。常用的SaaS服務(wù)(網(wǎng)頁、聊天、視頻、網(wǎng)盤等)基本上可以基于低速網(wǎng)絡(luò),但是IaaS就困難了,比如訪問虛擬機的時候,如果不是用xshell這種方式,而是使用虛擬桌面登錄,1Mbps非常勉強。而且,如果要安裝軟件,還得把安裝包傳上去。

綜上所述,云目前最能被廣泛推進的地方就是新建數(shù)據(jù)中心,企業(yè)興建私有云,運營商興建混合云

云系統(tǒng)架構(gòu)及組成

下圖為云具體的架構(gòu),可分為如下幾個層次:

物理架構(gòu)層:比如供電、散熱等

基礎(chǔ)IT架構(gòu)層:包括網(wǎng)絡(luò)、存儲、服務(wù)器等。需要注意的是這些服務(wù)器與存儲設(shè)備不是孤島,他們會組成集群,上面搭載虛擬化,并進行自動化的管理。

基礎(chǔ)架構(gòu)/集群管理層:有了集群還不夠,需要在上面覆蓋虛擬化層來增加系統(tǒng)的彈性。對于服務(wù)器就是VMware這樣的虛擬機平臺。對于存儲,就只能分布式文件系統(tǒng)或者分布式卷管理系統(tǒng)才能滿足這種需求。

資源部署層:現(xiàn)在我們已經(jīng)可以得到一個網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、存儲的集群,還需要一個用來管理和驅(qū)動集群的角色。比如進行計算和存儲資源的包裹,將虛擬機在集群節(jié)點中靈活移動,自動資源動態(tài)分配和回收。

中間件層:應(yīng)用層與資源層需要一個中間層來適配,這就是中間件層。

應(yīng)用引擎層:這一層需要提供一個通用的業(yè)務(wù)開發(fā)平臺,可以實現(xiàn)統(tǒng)一發(fā)布。

業(yè)務(wù)展現(xiàn)與運營層:現(xiàn)在數(shù)據(jù)中心的架構(gòu)已經(jīng)具有集群化、虛擬化、自動化的形態(tài)了,但是這只是對自己有用,對用戶來說,他們不用關(guān)心底層用不用集群或者虛擬化,只關(guān)心是否能得到快速的服務(wù)和響應(yīng)。所以我們還需要一個業(yè)務(wù)展現(xiàn)界面,這就是云服務(wù)。

那么出租數(shù)據(jù)中心其實可以在以下幾個層次中進行:

1、基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)(IaaS):所謂基礎(chǔ)設(shè)施指的是云系統(tǒng)中的硬件設(shè)施如服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、存儲。所以IaaS只是提供硬件平臺,具體的計算任務(wù)由用戶自行部署。

2、平臺即服務(wù):相對于IaaS,PaaS屏蔽而不出租基礎(chǔ)架構(gòu),轉(zhuǎn)而出租更高一層的軟件平臺。用戶可以通過這個平臺制作應(yīng)用。因為這個平臺是一種運行與硬件集群中的軟件,用戶實際上相當(dāng)于租用了計算業(yè)務(wù)。

3、軟件即服務(wù):SaaS是云服務(wù)中的最外層,直接出售業(yè)務(wù)級別的內(nèi)容。比如Web網(wǎng)頁等。

云本質(zhì)是一種服務(wù),是一種方式和方法,而不是某種設(shè)備,某個軟件,當(dāng)然云需要由硬件+軟件來承載而已。所以,云和速度性能沒有直接關(guān)系,它的主要目的是廉價高效的利用資源并降低硬件的應(yīng)用成本和管理成本。云不一定就是一個高速高冗余的東西,而是說底層硬件一般使用并行計算集群和存儲集群,在這個基礎(chǔ)上,云才能表現(xiàn)出更大的效能。

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