基于服务架构的云计算研究及其实现

总第237期2009年第7期

计算机与数字工程

Computer&D ig ital Eng ineer ing

V o l.37No.7

88

基于服务架构的云计算研究及其实现*

王 龙 万振凯

(天津工业大学计算机技术与自动化学院 天津 300160)

摘 要 云计算是一种将计算和存储任务分配到由大量计算机构成的云中的计算模式。在介绍了云计算和基于服务架构的概念和特征之后,提出了一种现实可行的基于服务架构的云计算四层结构。最后描述了基于服务架构的云计算实现过程,并证明基于服务架构的云计算在扩展性和用户透明性方面比网格计算更优。

关键词 云计算 基于服务的架构 终端用户 网格计算 用户透明 扩展性

中图分类号 T P393

Research on Service o riented Architecture

Cloud Computing and its Implementatio n

W ang L o ng W an Z henkai

(Schoo l o f C omputer Te chno log y and A uto mation,T ia njin P olytechnic U niv ersity,T ianjin 300160)

A bstract Cloud co mputing is a co mputing pa radigm that it assigns the com puting and stor ing ta sk to the cloud w hich is co mpo sed by a larg e number o f com puter s.A f ter the intr oductio n o f the c oncepts and char acter istics o f the clo ud com puting and the ser v ice o riented architecture in this paper,it pro pose s a rea listic se rv ice o r iented ar chitecture clo ud co mpu t ing f ra mewo r k w ith fo ur lay er s.In the end,it descr ibes the implementa tio n o f this ser vice or ie nted ar chite ctur e clo ud computing,and pr o ves that ser vice o riented ar chitectur e clo ud computing is bat ter than gr id co mput ing in the aspect o f scalability and user s tr anspar ency.

Key words cloud c omputing,SO A,end use r,gr id com puting,user s tr anspare ncy,scala bility

Class Nu mber T P393

1 引言

随着网络的飞速发展,业务量、数据量以爆炸式的速度增长,导致数据存储中心的成本上升。在这个计算速度要求极高和数据海量爆发的年代,对大部分企业来说,自身计算机设备的性能也许永远无法满足需求,因为企业内部信息的扩张速度远比想象的要快。简单的办法便是采购更多、更先进的设备来保证计算速度和存储容量,但这对于一些本身IT预算就少的企业,不停的更换设备也并不是万全之策,更何况这些越来越多的设备所带来的越来越多的附加费用也是个麻烦[1]。而且就算有足够的资金来购买更多的设备,但随着设备数量的增加,各种存储体系结构之间的差异不断增加,可融合性变差,网络中存储资源难以管理和充分使用。

云计算是一种计算模式,它主要是用来解决服务器以及个人计算机之间存储资源共享和数据共享问题,使网络中的存储资源得到充分利用和方便管理,云计算应运而生。

2 概念介绍

2.1 云计算定义

云是由一系列相互联系并且虚拟化的计算机组成的并行和分布式系统模式。这些虚拟化的计

*收稿日期:2009年3月16日,修回日期:2009年4月18日

作者简介:王龙,男,硕士研究生,研究方向:计算机分布式网络研究与应用。万振凯,男,博士生导师,研究方向:计算机网络应用。

第37卷(2009)第7期计算机与数字工程89

算机动态地提供一种或多种统一化的计算和存储资源。这些资源通过服务提供者和服务消费者之间的协商来流通[2]。基于这样云的计算称为云计算。

简单地说,云计算就是指基于互联网络的超级计算模式。即把存储于个人电脑、服务器和其他设备上的大量存储器容量和处理器资源集中在一起,统一管理并且协同工作。2.2 云计算原理

使用特定的软件按照指定的优先级和调度算法将计算或欲存储的数据分配到云环境中的各个节点。其中云中的各个节点指的是分布式的计算机。

2.3 云计算特征

要成为云计算,必须具备以下五方面的特征:1)水平可扩展性

[3]

水平可扩展性指的是将多片云连接并整合为一片云来工作的能力。例如,一朵提供计算服务的云(计算云)能够访问提供存储服务的云(存储云)来保存临时中间值。同样,两朵计算云能够方便地组合一朵更大的计算云。

2)垂直可扩展性[3]

垂直扩展性指的是通过增强云中单个或多个节点的性能来提升整个云性能的能力。而且,为了适应市场发展的需求,云中的节点必须能够逐步升级,即垂直可扩展。

3)以互联网为中心

[4]

云计算平台运营商以互联网为中心,将存储和运算能力分布在网络所连接的各个节点之中,从而弱化终端的计算能力,使互联网的计算架构由 服务器+客户端 向 云服务平台+客户端 演进。这意味着互联网的重大变革,互联网的功能将更为强大,甚至引发现有的企业信息化一般模式的改变。

4)虚拟化[4]

将底层的硬件,包括服务器、存储与网络设备全面虚拟化,建立起一个共享的可以按需分配的基础资源池。

5)用户透明性

用户透明性是云计算不可或缺的一个重要特征。用户透明性在很大程度上方便了用户的使用。用户透明性包括操作透明和技术透明。

(1)操作透明。在云计算环境下所有的操作对用户来说都必须是透明的,即对处于云计算环境下

的用户来说,在云中进行计算操作或数据存储操作

与其在本机上进行相应操作是没区别的。

(2)技术透明。技术透明指的是用户不需要关心云中的节点是如何协同工作的以及怎样扩展的。其中扩展透明包括水平扩展性透明和垂直扩展性透明。

2.4 基于服务的架构2.4.1 定义

基于服务的架构(SOA )是目前最完美的一种架构。SOA 是指为了满足在因特网环境下业务集成的需要,通过连接能完成特定任务、独立功能的实体来实现的一种软件系统架构,它是企业IT 基础架构的思想、方法、风格、工具的一个总称[5]。2.4.2 SOA 三大基本特征[6]

1)独立的功能实体

SOA 中提供服务的功能实体具有完全独立自主的能力。同时SOA 中的实体必须自我管理和恢复能力。比如事务处理,消息队列,冗余部署和集群系统。

2)大数据量低频率访问方式

SOA 系统推荐采用大数据量的方式一次性进行信息交换,来提高系统的响应速度和稳定性。

3)基于文本的消息传递

因为Internet 中存在大量的异构系统,所以SOA 系统必须采用基于文本而非二进制的消息传递方式以便所有异构系统都能够正确辨认和读写的此消息。

2.4.3 SOA 设计原则

[7]

SOA 也是一门方法论,类似于面向对象的设计,它也有自己的一些原则。SOA 的服务设计原则有:规范化的服务契约,松散耦合性,服务抽象性,服务重用性,服务自治性。这些原则是不可或缺的,自治性、松散耦合、抽象以及规范化的契约视为形成SOA 根本基础的核心原则。

图1 基于服务架构的云计算结构

3 结构分析

基于服务的云计算结构可以分为四层:云计算服务应用层、云计算服务调度层、云计算服务解析层和云计算服务物理层。云计算服务应

用层是云计算和终端用户的接口层。云计算服务实现的

最终目的是通过云计算服务应用层给用户提供其所需的云计算服务。云计算服务物理层是云计算

90 王 龙等:基于服务架构的云计算研究及其实现第37卷

服务结构模型的最底层,是云计算结构的核心层,是给上层提供云计算服务的基础设施层。基于云计算的结构如图1所示。

下面详细介绍各层的特征及其功能。1)云计算服务应用层

云计算服务应用层的作用是为终端用户消费云计算服务提供统一规范的接口。终端用户通过专用入口通道进入云计算服务中心,订制和消费其所需的服务。

通过云计算服务应用层,终端用户可以在不投入大量资金来改善本地机器性能的情况下进行远远超过其机器性能上限的高强度计算和大存储容量的工作[8]。

云计算服务应用层中的云计算服务可以是相互包含和被包含的关系。例如,对于云计算服务A 和云计算服务B ,其中云计算服务A 是计算云,云计算服务B 是存储云,A 可以包含B ,B 也可以包含A 。即计算云可以包括存储云,存储云中也可以包括计算云。同样,多个小计算云可以聚合成为大计算云;多个小存储云可以聚合为大存储云。

2)云计算服务调度层

云计算服务调度层是云计算服务请求和响应层。云计算服务调度层也可称为云计算服务决策层,其作用是检测和响应云计算服务应用层提交过来的云计算服务消费请求。

云计算服务调度层一个最重要的特征是实时更新可用资源库,以便不会错误地处理终端用户的

云计算服务请求。

图2 云计算服务调度过程

当接收到云计算服务应用层提交过来的云计算服务消费请求时,云计算服务调度层先检测此请求是否合法,如若不合法则拒绝此请求;如若合法则再在其

资源库中查询是否还有

此请求所要消费的资源,如果已分配完毕则拒绝此请求;如还有此资源则将此请求转交到云计算服务解析层。调度过程如图2所示。

3)云计算服务解析层

云计算服务解析层也可称为云计算服务翻译层。其作用是将云计算服务调度层转发过来的云计算服务请求解析成云计算服务物理层能够正确

理解的语言,并将解析之后的请求发送到云计算服

务物理层。

4)云计算服务物理层

云计算服务物理层是云计算服务的基础设施层,是云计算服务结构的骨干层。其作用是为上层提供可供终端用户消费的云计算资源。云计算服务物理层提供的基本云计算资源包括:CPU 资源,数据存储器资源。

CPU 资源是可供终端用户进行数据计算和数据处理的基本单元,消费CPU 资源的终端用户能够处理超过其微机CPU 处理能力的数据计算和数据处理。

数据存储器资源为终端用户提供了几乎无限的存储容量,终端用户可存储远远超过其微机硬盘容量的数据。

4 实现

根据前面提出的基于服务架构的云计算结构,下面给出一个现实可行的基于服务架构的云计算实现过程,如图3所示。

图3 基于服务架构的云计算实现图

例如,当终端用户1提交云计算服务请求到云计算服务器时,云计算服务首先判断此请求是否合法,如果不合法则拒绝此请求;如果合法则查询服务资源库是否有此请求所需的资源,如果没有此请求所需的剩余资源则拒绝此请求;如果还有剩余此请求所需的资源则将此请求所需的资源分配给此请求提交者。终端用户2、终端用户3,!终端用户N 的实现过程和终端用户1的实现过程类似。

虽然云计算是在网格计算的基础上发展起来的,但是如果用网格计算来实现同样的计算和存储操作,则需要用户自己去实现计算和存储操作的算法,而这些算法对大部分人来说是比较困难并且耗

第37卷(2009)第7期计算机与数字工程91

时的,而且对于用不同规模的网格来计算同一个问题的算法会有所区别;而对于基于服务架构的云计算来说,在云中进行计算和存储操作与在本地进行计算和存储操作一样,并且不需要用户去关心在云环境下实现的算法以及云规模和云结构问题。即云规模和云机构及云环境对用户来说是透明的。由此证明在扩展性和用户透明性方面基于服务架构的云计算比网格计算更优。

5 结语

云计算是一个全新的、很有发展前景的计算模式。云计算以共享云中各节点的计算资源和存储资源为其根本目的,以提供给终端用户所需的计算机资源为其主要职能。

本文首先描述了云计算的概念、原理及其特征,然后介绍了基于服务架构的特征及设计原则,然后提出了现实可行的基于服务架构的云计算四层结构,并详细分析了各层的特征及功能,最后描述了基于服务架构的云计算实现过程,并证明基于服务架构的云计算在扩展性和用户透明性方面比网格计算更优。

参考文献

[1]孟静.云计算[J].中国信息化.M ar.20,.2008

[2]Buy ya,R,Yeo,CS,Venugo pal,Sr ikuma r.M ar ket O riented Cloud Co mputing:V isio n,Hy pe,and R ealit y for Deliv ering IT Serv ices as Co mputing U tilities[C].10th IEEE Inter national Co nfer ence o n H igh Per formance Com puting and Co mmunications,2008,9:25~27

[3]Lijun M ei,Chan,W.K.,T se,T.H.A tale of clouds:paradigm compariso ns and some t ho ug hts o n re sear ch issues[C].2008IEEE A sia Pacific Ser vices Compu t ing Conference(A PSCC2008),2008

[4]林立宇,陈云海,张敏,等.云计算技术及运营可行性分析[J].通信热点,2008,(12)

[5]姜国华,李晓林,季英珍.基于SOA的框架模型研究[J].电脑与信息技术,2007,(6)

[6]宋坤,周智海.面向服务的软件体系结构[J].海洋技术,2007,26(4)

[7]曹会敏,林碧英.SO A服务设计原则的研究[J].中国电力教育,2007

[8]Y ouseff,L.,Butr ico,M.,Da Silv a, D.T o war d a U nified O ntolog y of Cloud Computing[C].2008Gr id Com puting Environments Wor ksho p,2008:10

(上接第70页)

合的体现,是GIS未来发展趋势之一。本文利用ArcIM S技术构建了南京邮电大学校园WebGIS 平台,实现了校园地理空间信息的网络发布与共享,具有友好的用户界面和良好的可扩展性,并能为用户提供各种空间信息服务,方便学校管理和对外宣传,是校园信息化建设的一个重要组成部分,具有一定的实际应用价值。

参考文献

[1]闻建光,许惠平,刘万崧.基于遥感影像的校园地理信息系统[J].遥感技术与应用,2005,20(2):304~308

[2]钟广锐.基于WebGIS技术的校园地理信息系统技术的设计与实现[J].测绘与空间地理信息,2005,28(1):33 ~35

[3]唐伟奇.校园地理信息系统的开发与实现[J].科学技术与工程,2006,6(8):1102~1105

[4]张书亮,闾国年,李秀梅.网络地理信息系统[M].北京:科学出版社,2005

[5]段延娥.基于A rcIM S的校园WebGIS信息系统研究[J].北京农学院学报,2007,22(4):67~70

[6]徐胜祥,徐运清.利用A r cI M S开发校园网络电子地图发布系统[J].计算机与数字工程,2008,36(1):117~ 119

[7]江利明,杨武年,韩玲玲.基于A rcIM S的校园WebGIS系统设计与实现[J].国土资源科技管理,2005,22: 106~109

[8]满君丰,周咏梅,邱银安,等.校园地理信息系统的模型研究[J].株洲工学院学报,2004,18(2):53~56

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/mmqe.html