自云计算问世以来,不仅成为IT界一大创举,而且对人们的生产生活产生巨大的影响。随着云计算的发展,从伊始一个云平台提供运算能力,逐渐演变到两个以上云平台互相配合,云计算互操作功不可没。本文通过对云计算互操作文献资料的研究,着重阐述云计算互操作的现状,提出互操作的不足,并对云计算互操作的未来发展做简要的展望。希望通过一系列的总结与研究,对云计算互操作的研究起到积极的推动作用。 Since Cloud computing emerged, it not only becomes a major initiative of the IT sector, but also has an enormous impact on the production and living of the people. With the development of Cloud computing, it has become from the beginning of one Cloud platform to provide computing power to evolve into the cooperation from two or more Cloud platforms together. Cloud computing interoperability plays a significant role. In this paper, by a brief outlook of Cloud computing and its interoperable literature research on development, the author focused on Cloud computing interoperability status quo, presented the disadvantages of interoperability, and the future of Cloud computing in brief. Hope through a series of summary and study to promote Cloud computing interoperability research.
随着互联网的发展,越来越多的人习惯于“网上冲浪”,对网友而言最痛苦的莫过于网站无法登陆时,对电子商务业者而言更加心痛不已,不仅会造成巨大的经济损失,还会导致潜在的客户流失。台湾《自由时报》曾报道,2010年圣诞节前提供电话实时通讯服务的Skype当机,导致全球八百万用户无法与亲人联系。即时通讯MSN当机一小时,影响全球5%的用户正常使用。
服务器当机只是网上“不幸遭遇”之一,还有网络拥堵、延迟、资源闲置等问题。如何充分利用现有的科技与设备,最大限度利用资源,构建优质的运营架构,资源优化配置,是摆在网络科技人员的难题。
“云计算”的出现,一切难题迎刃而解。
通过查阅资料了解到,目前为止,云计算尚处在发展阶段,业界没有统一的定义,都是从不同的角度来定义。
美国Argonne国家实验室的资深科学家、Globus 项目的领导人Ian Foster将云计算定义为:“云计算是由规模经济拖动,为互联网上的外部用户提供一组抽象的、虚拟化的、动态可扩展的、可管理的计算资源。计算能力、存储能力、平台和服务的一种大规模分布式计算的聚合体”[
中国云计算、网格计算专家刘鹏认为,“云计算是一种商业计算模型,它将计算任务分布在大量计算机构成的资源池上,使用户能够按需获取计算能力、存储空间和信息服务”[
云计算定义存在狭义和广义之分,狭义云计算指IT基础设施的交付和使用模式,指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需资源;广义云计算指服务的交付和使用模式,指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需服务[
以上是从不同角度来定义云计算。从根本来看,可将云计算描述为以虚拟技术为核心,利用互联网将分散的资源集合起来,用户按需获取虚拟化、可伸缩的IT服务。
1) 超大规模
“云”之所以有超强大的运算、存储和信息服务功能,是因为它有超大规模的服务器集群作为支撑。Google拥有100多万台服务器支撑云计算,而微软、IBM、Yahoo等也分别拥有几十万台。
2) 虚拟化
最直接的是给用户的体验为,不需要用户了解云计算的任何细节,只需要一台PC或者PDA,只要能连接网络,便可以随时随地享受到强大的IT服务。而这些服务资源来自“云”,而非是具体的实体。
3) 通用性
云计算不是针对某一应用而建立,它可以支持成千上万的应用程序运行。
4) 可扩展性
“云”的规模可以根据用户和应用的规模变化而变化。
5) 可靠性
“云”使用了数据多副本容错、计算节点同构可互换等措施来保障服务的可靠性。
6) 按需付费
“云”像是庞大的资源库,按需获取服务付费,像自来水、煤气一样。
现阶段云计算平台,按服务可分为IaaS、PaaS、SaaS。按服务范围可分为私有云、公有云、混合云。
IaaS(Infrastructure as a Service,基础设施即服务),是提供给消费者的服务是对所有设施的利用,包括处理、存储、网络和其它基本的计算资源,用户能够部署和运行任意软件,包括操作系统和应用程序。具有代表性的,如Amazon EC2。
PaaS(Platform as a Service,平台即服务),是客户采用提供的开发语言和工具开发的或收购的应用程序部署到供应商的云计算基础设施上去。具有代表性的,如Google App Engine。
SaaS(Software as a Service,软件即服务),是通过Internet提供软件的模式,厂商将应用软件统一部署在自己的服务器上,客户可以根据自己实际需求,通过互联网向厂商定购所需的应用软件服务,按需付费,并通过互联网获得厂商提供的服务。具有代表性的,如SalesForce。
私有云是为一个客户单独使用而构建的,提供对数据、安全性和服务质量的最有效控制,可部署在企业数据中心的防火墙内,也可以将它们部署在一个安全的主机托管场所。
公有云是企业通过自己的基础设施直接向外部用户提供服务。外部用户通过互联网访问服务,并不拥有云计算资源。
混合云,是目标架构中公有云、私有云和或者公众云的结合。由于安全和控制的原因,并非所有的企业信息都能放置在公有云上,这样大部分已经应用云计算的企业将会使用混合云模式。
目前阶段,搭建云计算平台之后,各自享受云平台的“小堡垒”,独立性很强,但互连互通很差。由于架构、技术、API等都不同,基本上很难做到平台间的互通,导致单个平台工作自如,一旦涉及多个平台协作,或动态迁移,或动态调度等,便失掉了风采。这里需要沟通多个平台的互操作技术。
笔者查阅了国内多个文献数据库,如知网、万方、维普等,多是对云计算的研究,而对云计算互操作的研究寥寥无几。因此,不得不将研究重点转向国外。相比较,国外的研究比较深入。
云计算互操作,云计算用例讨论小组认为,是指可以与多于一个云计算提供商共同完成某项任务的能力,而忽略云提供商之间的不同[
根据Cerf的报告[
若开发的云计算模型遵照语义、关注语义互操作、模型化、无状态化和低耦合等特性,Sharma和Sahu认为,便可使用数据分析、加工和交换建立的普遍信息空间[
回顾国外文献,我们可以看到,有想尝试通过标准数据模型和API解决语义互操作的难题;用云系统的语义互连来消除提供商锁定的问题,并利用应用和数据的可移植性,以提高云计算平台的工作效率和解决大规模运算等问题的灵活度。
私有云、公有云、混合云大行其道,如何整合云的力量,如何相互配合提高效率,成为业界关注的新焦点。笔者查阅文献,对云计算互操作发展现状总结出以下三方面。
众所周知,无规矩不成方圆。因此,在某领域中形成权威的标准,一定会大有裨益。但云计算至今没有统一的标准,各界一直为之努力。一些非营利性的团体组织制定了相关的标准,旨在推进云计算及其互操作标准的统一与实施。
DMTF即the Distributed Management Task Force。该组织推出了《开放云标准孵化器》[
开放组织云工作组[
综上所述,总结为三类:1) 标准化API、接口和管理模型;2) 数据模型;3) 中间件。
国外研究人员对云互操作框架进行了深入的研究,具有代表性的如下。
Hoff[
Govindarajan和Lakshmanan[
Urquhart[
Jha、Merzky和Fox[
从文献中可以看出,API对于云计算互操作而言是极其重要的。涉及到核心函数的标准化,核心函数要迎合不同云提供商和不同API的基本需求。此外,云互操作框架需要云栈,包括对于描述云的语义和行为。最后,服务中间件和抽象层也是用于解决云互操作的技术。
国外文献关于解决云计算互操作的架构和解决方案不是很多,具有代表性的如下。
IaaSA[
Maximilien等[
Nguyen[
虚拟机合约是被设计提供自动控制和统一管理虚拟机的平台,借助于添加管理元数据到虚拟机存储与通信的包中[
F. Gal’an等[
云API[
欧盟资助的项目RESERVOIR的目的是推进新型的面向服务框架的发展,它以可靠的服务传送并实现云提供商的动态互操作。为此,将服务提供商和基础设施提供商分离开来。服务提供商同终极用户交互,了解并满足用户需求。它们并不拥有计算资源,相反,可从基础设施提供商获得资源[
mOSAIC[
综上可看出,许多方案都提出统一的方式来描述不同云服务和基于通用数据模型的功能。有的提出云服务的抽象描述,有的提出描述云服务的四种类型。除了数据外,还有功能性、非功能性、管理或者系统方面的类型。OVF是一个支持配置、包和分布式虚拟应用的开放标准。OVF的扩展允许用户给出服务的完全定义,所以,它可以自动的在任何地方部署、管理。另外,标准API是语义互操作的主要方案,用于解决互操作,可以无缝地管理不同的云。最后,元模型是语义互操作的另一个方案,用于提供异步元素如API的抽象层次等。
1) 标准不统一
云计算的标准化一直是业界争论的焦点。标准化涉及两方面,一是标准化组织制定的标准。标准化组织如DMTF、IEEE、CCIF等,其中每个组织对云计算各个领域都有详尽的描述与规定。如DMTF发布了《互操作云》[
2) 中间件有待提高
目前,国内尚无云中间件研发与服务,国外有SofCloudIT、Vordel、Strategic Blue等提供中间件服务。其功能各异,有的提供IaaS之间的互连,有的提供IaaS与PaaS之间的互连等,很难提供多类型平台的互通。
3) 安全问题始终存在
安全问题一直是困扰云计算的难题,互操作也不例外。无外乎是互连时,权限如何界定;动态迁移时,数据如何保存与隔离;网络架构如何设定等。如何能保证数据的安全,是互操作乃至云计算发展的关键。
针对以上困境,笔者提出以下对策。
1) 针对标准不统一
业界在积极推动,但短时期内很难达成一致,需要市场的优胜劣汰来选择最优的标准,很有可能出现不同标准鼎力的状况。
2) 针对云互操作冲突
最主要的办法是统一的云模型。需要指出,统一的标准目的是开发统一的云模型,其组件包括计算资源、服务、API等都要统一,特别是标准化的API应该支持所有云提供商,以方便互操作。
3) 提高中间件性能
未来的中间件需要支持多平台的互通作业,而不是局限于某种平台之间,同时,可以增加中间件的功能,如数据包验证、网络安全验证、发送序列验证等,在数据迁移或者连通便会先行防火墙一步检验安全,不仅提供了基本的互通中间件的功能,而且提供了安全验证等附加功能。未来的云平台环境会更加复杂,中间件只有提高兼容性和完备性才能更好的推动互操作的发展。
4) 提高安全级别
需要从安全模型、标准、规范方面出发,详细界定安全方案的细则。国外已有进展,如CSA(Cloud Security Alliance,云安全联盟)建立安全模型,完成《云计算面临的严重威胁》、《云控制矩阵》、《关键领域的云计算安全指南》[
笔者依据现有资源,大胆预测云计算的未来发展:
首先,形成统一的行业标准。百家争鸣只是一个阶段,当技术与应用都成熟时,会有依据业内优势者来制定行业标准,如SaaS的SalesForce,IaaS的Amzon之类等。但需要行业、学界、标准组织和政府的积极推动。在不远的将来,无论是搭建私有云,购买共有云或混合云都将标准化,云之间的互操作会更加容易、便捷。
其次,更强大更便捷更安全。随着科技的发展,经历优胜劣汰的云计算必将会不断提升品质,朝着更加强大,更加便捷,更加安全的方向发展。强大表现在计算运行能力,特别是互操作能力,适用于用户各种大运算量的需求;便捷表现在未来的集群会更加灵活的运行、部署、访问、管理、迁移等,提升用户体验;安全表现在数据、访问、管理等,让用户放心。
再次,监管分开与买卖分明。监控管理两者要分开。民间非营利组织实时关注云计算的发展,提出改进的措施与方案;管理需要政府相关部门组织专家,结合民间组织的意见来积极引导与管理。买家卖家需要分开。买家指云计算的使用者,卖家指云计算的提供商。现状是两者模糊,有的买家既是云平台的拥有者又购买其他云提供商的云平台。笔者预测,将会同通信业发展类似,出现阶段性的行业大亨,如中国联通、移动等,通过市场调节与政府调控,最终形成行业的“民主与公平”。
最后,与其他领域广泛结合。笔者认为,现阶段的云计算仍是单一的运用其无比强大的计算能力,而与其他领域结合有待提高。中国政府真知灼见,以物联网来融合云计算与物体监控,是与其他领域结合的典范。高精尖领域,如航天科技、军事科技、生物科技等,会使云计算大展拳脚。在云计算的推动下,高精尖领域必将向更高更快的方向发展。
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