楊艦友 唐彥 來源：萬方數據
關鍵字：雲計算 雲架構 軟件即服務(SaaS) 平臺即服務(PaaS)
雲計算具有全新的IT架構,可以靈活提供服務給具有不同需求的用戶。通過對雲架構的研究,指出雲架構主要分爲服務和管理兩部分,詳細解析了軟件即服務(SaaS)、平臺即服務(PaaS)和基礎設施即服務(IaaS)及其實現的關鍵技術,以及管理部分客戶層、管理功能層和監控層的架構和功能實現。最後,面向應用,給出了具體雲計算構架的實例,並結合應用,提出了雲應用的4種商業模式,即公有云、私有云、行業雲和混合雲,對雲服務供應商面向客戶的運營選取有一定的指導作用。
引言
雲計算，是一種可用於商業化運作的技術架構，雲計算是新一代的計算機技術IT模式，是IT發展歷程的迴歸，是自喬布斯創新PC分散應用以來IT領域第一次大集中應用。雲計算的誕生，仍然應遵循經濟規律，利用技術上的創新實現需求的增長和運營成本的降低。面對大量資源利用率不足的計算機，通過雲的形式，利用富裕的已存在的高性能資源，使其虛擬成池以提供服務滿足社會各方面的信息軟件化需求，這是目前IT業大舉進攻的目標市場。雲計算是技術，有自身的技術架構，通過對雲計算架構中功能模塊的解析和架構應用實例的分析，闡述了雲計算實現的基本模型，並對雲計算的商業模式進行了分類展望。
1 雲架構
雲計算經過初期的摸索，架構漸漸清晰，主流分爲兩部分：服務和管理。雲架構的總體結構框圖如圖1所示。
服務分3層:SaaS，PaaS和IaaS。
SaaS是出現最早且現在應用最普遍的雲計算服務。隨着互聯網的高速發展，基礎網絡條件的日益成熟，用戶通過瀏覽器聯網即能用雲上的軟件服務。SaaS最靠近用戶，按需付費就能享受雲計算服務商提供的軟件服務，用戶因此省去了前期軟硬件和後期維護的資金投入，這種高體驗性服務，促成了SaaS產品在雲計算產品中的高市場份額。SaaS包含以下常見技術：
圖1 雲架構系統框圖
1）超文本標記語言（HTML）。現在主流的Web頁面標準技術HTML4正逐步過渡至HTML5，視頻的高品質需求體驗是其推動力。
2）物件導向語言（JavaScript）。用於豐富Web頁面功能的動態描述語言，提高人機交互時的動畫體驗。
3）級聯樣式表（CSS）。控制Web頁面的外觀，例如，鏈接文字的變化(頁面的內容和表現的形式相互獨立。
另外還有富聯網應用（RIA）的技術，動畫和矢量表示工具(Flash)和微軟富聯網應用（Sliverlight），這裏不做敘述。開發涉及成本，由於Adobe公司和微軟涉及軟件許可和應用的收費，所以以上3種技術的組合被市場廣泛採納，通用且學習成本低。在HTML5被人們廣泛接受之前，RIA的應用會佔到一定的比例，與HTML4相比，E27在用戶體驗性方面具有優勢。
PaaS是目前出現最晚但潛力較大的雲計算服務，提供軟件開發和部署應用平臺給應用軟件的開發人員。平臺包括軟件開發工具(開發部署和測試環境，具有高整合率，支持上萬的應用軟件。平臺的高經濟型，使得開發人員省去服務器軟硬件和網絡搭建的高投入。PaaS包含以下常見技術：
1）表述性狀態遷移(representational state transfer，REST)，響應服務調用的技術，將中間件層所支撐的部分服務提供給調用者。
2）多租戶。一對多的服務，一個應用實例對應多個組織，具有高經濟性。
3）並行處理。應對於海量數據處理，服務器集羣規模大，面向科研及統計分析機構。
4）應用服務器。處理Web響應的呼叫。
5）分佈式緩存。降低後臺服務器的高負荷壓力，提升響應速率，使服務器保持較好的數據處理能力。
不同的PaaS平臺，對以上技術的選取也是不同的。應用服務器和分佈式緩存是必需的。REST用於對外的接口。多租戶技術用於SaaS應用的後臺，對於有些公司的 PaaS平臺，SaaS的用戶編程接口（API）是依賴 PaaS的API。並行服務的特殊性決定了其作爲單獨服務推出。
IaaS是底層技術的雲計算服務，面向大中型企業，這類服務的需求是企業級的。其常見技術如下:
1）虛擬化技術。在物理服務器上虛擬多個虛擬機，類似電腦中存在多個操作系統。服務器的購置成本和維護成本將大大降低。
2）分佈式存儲。將海量數據分配至多臺服務器上進行存儲和管理。
3）關係型數據庫。利用改良的事物關係表達抽象數據庫結構模型以適應雲服務的應用。
4）非關係型數據庫(NoSQL)。對關係型數據庫的補充，應對非關係型數據庫和海量數據管理的需求。
雖然不同IaaS平臺對以上技術的選取是不同的，但虛擬化技術是必需的。數據庫技術和分佈式存儲技術則應根據不同IaaS雲計算服務企業所投放的服務靈活選取。
管理同樣分3層：客戶層(管理功能層和監控層。客戶層，面向使用雲計算服務的客戶，通過以下4個功能模塊爲客戶提供優質服務：
1)客戶管理。客戶管理包含3個方面，賬號管理(登陸管理和客戶配置管理。賬號管理對客戶的身份及訪問權限進行有效管理，當然也包括用戶組。登陸管理，這個在雲服務登陸中顯得很特別，對於雲中所有可登陸的系統，只需一次登陸成功，就能訪問所有能登陸的系統。客戶配置管理，針對每個客戶，配置的不同性能和應用都要進行記錄、管理和追蹤，實現資源的合理和合法使用。
2)客戶支持。客戶支持是增強客戶體驗的重要手段，在遇到雲服務使用困難時，能得到及時有效的解決，客戶支持系統顯得很關鍵。客戶系統應體現差異化服務，針對不同重要級別的客戶，能提供不同的客戶支持服務，客戶體驗的效果會很明顯。
3)計費管理。利用監控層採集的數據，對用戶使用的資源和服務進行精確收費，並能提供詳細的費用清單。
4)服務管理。雲服務中的特殊功能模塊，雲是基於面向服務的體系結構(SOA)架構，系統是鬆耦合的，應用可以拆分爲多個服務，服務可以通過接口進行連接，既能整合成流程，提高運行效率，又能支持擴展修改。雲中存在許多服務，這使得服務管理對於雲服務的提供顯得很重要。
管理功能層，保障雲整體環境的安全性及管理自動化，分爲以下4個模塊：
1)運維管理。運維管理體現在3個方面：預防維護(能源管理和告警性能管理。預防維護是建立在告警性能管理之上的，對潛在故障隱患進行預警，對已發生的故障採取冗餘或重啓硬件操作。能源管理是對閒置能源進行關閉，能根據設備負荷對相關耗能硬件進行調節，也能根據機房溫度和能耗統計進行能源的精益管理。告警和性能管理，對雲中發生的事件進行捕捉(記錄和上報。
2)資源管理。資源管理面向雲中的物理設備，首先是將雲中物理資源進行虛擬化，類似於建水池，集中建造一個資源池；然後，制訂規則，建立資源使用流程，自動部署資源的使用；最後，進行資源調度使用，使其能均衡資源於各種應用。
3)安全管理。安全管理是雲服務的重點，對數據(應用和賬號都要實施安全保障。雲安全涉及7個方面：一是對安全進行全面檢測，梳理漏洞；二是物理隔離；三是利用網絡技術實施隔離；四是對數據進行加密；五是實施不同的安全策略並制訂不同的安全規則；六是按責任劃分權限；七是做好數據備份，避免數據因人爲或管理上的漏洞而丟失。
4)冗餘支持。數據中心要建立冗餘，主數據中心發生毀壞時，雲仍能依靠備用數據中心進行運行。主備之間要能實時同步，主備能實現自動和快速的倒換。對於物理節點，其失效是正常的，可以屏蔽掉故障節點或恢復它正常工作，但前提是不影響雲服務的正常運行。
監測層，主要涉及3個方面的監測：一是對物理資源運行狀況的監測，例如CPU使用率等；二是對虛擬資源運行狀況的監測；三是服務質量的監測，記錄其請求響應的相關技術指標，以判斷是否滿足差異化服務。
2 雲架構應用實例
互聯網搜索引擎公司Google和雲服務提供商Salesforce提供的雲計算產品，在業界享有盛譽，通過對這兩大公司雲計算服務構架的實例剖析，有助於更好地理解雲架構。Salesforce公司的客戶管理系統（CRM）雲計算產品屬於4554 服務，由於基礎物理資源必需虛擬化且SaaS服務依賴於PaaS的API，所以CRM雲服務構架包含全部3層，如圖2所示。
圖2 CRM雲服務架構框圖
CRM產品採用的技術有以下4種：
1）SaaS層，採用HTML，JavaScript和CSS這套組合；
2）PaaS層，採用多租戶技術和支撐多租戶技術的應用服務器；
3）IaaS層，採用關係型數據庫；
4）雲管理方面，在客戶層提供客戶管理和計費管理，在管理功能層提供安全管理和資源管理。在監控層提供監控管理。
Google公司的APP Engine產品是PaaS服務，雲服務構架只有2層，如圖3所示。
圖3 APP Engine雲架構系統框圖
APP Engine產品採用的技術有3種:
1）PaaS層，採用分佈式緩存技術和應用服務器；2）IaaS層，採用NoSOL數據庫的分佈式存儲；
3）雲管理方面。在客戶層提供計費管理，能進行762級的細顆粒計費。在管理功能層提供運維管理和資源管理。在監控層提供監控管理。3 雲商業模式
雖然雲技術架構是統一的，但技術開發的目的是爲了商業運作，因客戶需求，就會演變爲不同的雲模式，大致分爲以下4種：
1）公有云。面向公共普通用戶，客戶羣龐大，容易形成規模效益，其成本會變低。公有云可由雲服務提供商或綜合型信息服務提供商進行運營，爲公共用戶提供各種IT資源。雲服務提供商提供軟件環境(應用(物理等各種資源的管理和維護。使用公共雲服務，用戶按需付費即可。雲中的資源對於用戶而言是透明的，不過資源存放的位置是未知的，正是基於此，雲服務提供商能保證設施和資源的安全性，能滿足安全上的需求。
2）私有云。面向企業級用戶，特別是IT經費充足的企業。企業對數據有很高的安全需求，希望數據在企業內部，而不是在公有云中。私有云就是將雲放置在企業的防火牆內，企業IT人員能對數據(安全性和服務進行有效控制。
3）混合雲。面向企業級用戶，適合既對數據安全有一定要求，IT經費又不足的企業。具體思路是，將企業重要的數據和應用放至企業防火牆內，將相對次要的數據和應用放至公有云中。
4）行業雲。這是未來很重要的一種雲模式。雲行業應用和物聯網行業應用將在此進行結合，存在巨大的商業價值。行業雲將一個行業的數據和應用放至專門的雲中，能實現資源的共享和重複使用，降低行業內企業的開發成本，例如遊戲行業。
當然，商業模式離不開需求，雲服務提供商應着眼於市場用戶需求，通過移動終端(應用服務平臺(基礎通信設施(基礎IT設施和服務提供合作伙伴的整合聯動，結合自身優勢有選擇性地開展雲計算服務經營。成功的商業模式一定是可持續的，可複製的，潛在用戶價值的不斷挖掘伴隨着產品運作應用的不斷豐富。
4 結束語
雲，技術價值和商業價值巨大。2012年是雲計算全力發展的一年，普遍性應用將在明後年開始顯現。雲計算將給社會生產和社會生活帶來巨大的變革，使產業佈局得到優化，雲計算產業鏈將帶動一大批企業發展，實現規模化效益。雲計算構架的解析和商業模式探討，對向雲計算靠攏的企業提供了一些產品和運營選擇上的思路，乘雲而上，望企業在雲中實現更快的成長和更好的發展。