云计算总体架构及其应用与商业模式探讨

杨舰友 唐彦 来源：万方数据

关键字：云计算 云架构 软件即服务(SaaS) 平台即服务(PaaS)

云计算具有全新的IT架构,可以灵活提供服务给具有不同需求的用户。通过对云架构的研究,指出云架构主要分为服务和管理两部分,详细解析了软件即服务(SaaS)、平台即服务(PaaS)和基础设施即服务(IaaS)及其实现的关键技术,以及管理部分客户层、管理功能层和监控层的架构和功能实现。最后,面向应用,给出了具体云计算构架的实例,并结合应用,提出了云应用的4种商业模式,即公有云、私有云、行业云和混合云,对云服务供应商面向客户的运营选取有一定的指导作用。

引言

云计算，是一种可用于商业化运作的技术架构，云计算是新一代的计算机技术IT模式，是IT发展历程的回归，是自乔布斯创新PC分散应用以来IT领域第一次大集中应用。云计算的诞生，仍然应遵循经济规律，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，利用富裕的已存在的高性能资源，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分析，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。

1 云架构

云计算经过初期的摸索，架构渐渐清晰，主流分为两部分：服务和管理。云架构的总体结构框图如图1所示。

服务分3层:SaaS，PaaS和IaaS。

SaaS是出现最早且现在应用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，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：



图1 云架构系统框图
1）超文本标记语言（HTML）。现在主流的Web页面标准技术HTML4正逐步过渡至HTML5，视频的高品质需求体验是其推动力。

2）物件导向语言（JavaScript）。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）级联样式表（CSS）。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。

另外还有富联网应用（RIA）的技术，动画和矢量表示工具(Flash)和微软富联网应用（Sliverlight），这里不做叙述。开发涉及成本，由于Adobe公司和微软涉及软件许可和应用的收费，所以以上3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，E27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，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包含以下常见技术：

1）表述性状态迁移(representational state transfer，REST)，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的用户编程接口（API）是依赖 PaaS的API。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）非关系型数据库(NoSQL)。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。

虽然不同IaaS平台对以上技术的选取是不同的，但虚拟化技术是必需的。数据库技术和分布式存储技术则应根据不同IaaS云计算服务企业所投放的服务灵活选取。

管理同样分3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3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，对于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，云是基于面向服务的体系结构(SOA)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3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，制订规则，建立资源使用流程，自动部署资源的使用；最后，进行资源调度使用，使其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点，对数据(应用和账号都要实施安全保障。云安全涉及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并制订不同的安全规则；六是按责任划分权限；七是做好数据备份，避免数据因人为或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3个方面的监测：一是对物理资源运行状况的监测，例如CPU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。

2 云架构应用实例

互联网搜索引擎公司Google和云服务提供商Salesforce提供的云计算产品，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，有助于更好地理解云架构。

Salesforce公司的客户管理系统（CRM）云计算产品属于4554 服务，由于基础物理资源必需虚拟化且SaaS服务依赖于PaaS的API，所以CRM云服务构架包含全部3层，如图2所示。



图2 CRM云服务架构框图
CRM产品采用的技术有以下4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2层，如图3所示。



图3 APP Engine云架构系统框图
APP Engine产品采用的技术有3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762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。

3 云商业模式

虽然云技术架构是统一的，但技术开发的目的是为了商业运作，因客户需求，就会演变为不同的云模式，大致分为以下4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，不过资源存放的位置是未知的，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，希望数据在企业内部，而不是在公有云中。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，云服务提供商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的不断丰富。

4 结束语

云，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快的成长和更好的发展。