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    云計(jì)算是一次新的IT革命。目前，普遍認(rèn)為云計(jì)算服務(wù)可以分基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（Infrastructure as a service，IaaS）、平臺(tái)即服務(wù)和軟件即服務(wù)3類(lèi)。IaaS面向企業(yè)用戶，提供包括服務(wù)器、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)和管理工具在內(nèi)的虛擬數(shù)據(jù)中心，可以幫助企業(yè)削減IT建設(shè)成本和運(yùn)維成本。在數(shù)據(jù)中心的物理基礎(chǔ)設(shè)施上，IaaS通過(guò)虛擬化技術(shù)整合出了虛擬資源池。對(duì)提供基礎(chǔ)設(shè)施提供商來(lái)說(shuō)，云計(jì)算平臺(tái)主要是由各種機(jī)器組成的數(shù)據(jù)中心、一組部署管理的軟件以及通過(guò)部署生成的虛擬機(jī)組成。與現(xiàn)有的企業(yè)數(shù)據(jù)中心相比，云計(jì)算平臺(tái)具有很多優(yōu)勢(shì)，如靈活的IT基礎(chǔ)架構(gòu)、資源的按需分配和資源的快速供給等，這些特點(diǎn)使得云計(jì)算特別適合于互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下為用戶提供短期的、靈活的服務(wù)。

    隨著云計(jì)算應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)中心面臨著新的挑戰(zhàn)和發(fā)展機(jī)遇。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心，無(wú)論是企業(yè)私有數(shù)據(jù)中心，還是以提供租賃服務(wù)為主的運(yùn)營(yíng)商互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心（Internet data center，IDC），都面臨飛速增長(zhǎng)的空間擁擠、能耗巨大和管理復(fù)雜等問(wèn)題。在云計(jì)算環(huán)境下，采用以虛擬化為核心技術(shù)的新一代虛擬數(shù)據(jù)中心在高密度的硬件資源環(huán)境下，占用更少的機(jī)架、電源和空調(diào)等物理資源，可以更快速、靈活、有效地部署更多的應(yīng)用，促進(jìn)數(shù)據(jù)中心“綠化”建設(shè)。更為潛在的作用是，云計(jì)算數(shù)據(jù)中心機(jī)房可以顯著降低人員及管理成本，在經(jīng)過(guò)低成本的改造過(guò)程后機(jī)房運(yùn)維可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守、實(shí)時(shí)監(jiān)控、自動(dòng)系統(tǒng)安裝和硬件故障報(bào)警等綜合性的云服務(wù)系統(tǒng)。

    中小企業(yè)是推動(dòng)中國(guó)云計(jì)算發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)因素之一。對(duì)正處于成長(zhǎng)期的中小企業(yè)而言，投資建設(shè)IT基礎(chǔ)架構(gòu)的投資回報(bào)率較低，并且很難與業(yè)務(wù)的快速成長(zhǎng)匹配。云計(jì)算具有部署靈活、隨需隨用、按需定制和性價(jià)比高等特點(diǎn)，能為這些中小企業(yè)提供合適的解決方案。

    隨著互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的快速發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用已經(jīng)滲透到社會(huì)生活的各個(gè)方面?；ヂ?lián)網(wǎng)應(yīng)用具有高吞吐率、高并行性和較強(qiáng)的交互性等特點(diǎn)，在服務(wù)上具有非確定性，表現(xiàn)為“盡力而為”，較少涉及到復(fù)雜的運(yùn)算?；ヂ?lián)網(wǎng)應(yīng)用的特征為開(kāi)發(fā)云操作系統(tǒng)提供了最基本的依據(jù)?；ヂ?lián)網(wǎng)應(yīng)用的迅猛發(fā)展對(duì)云操作系統(tǒng)提出了新的挑戰(zhàn)和需求。目前，面向大型互聯(lián)網(wǎng)的云計(jì)算的關(guān)鍵技術(shù)主要還是掌握在外國(guó)大型公司的手中。探究大型互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中大規(guī)模計(jì)算資源、網(wǎng)絡(luò)資源、存儲(chǔ)資源和軟件資源等的靈活調(diào)度及按需部署仍然是一個(gè)較為前沿的研究課題。

    云計(jì)算對(duì)運(yùn)營(yíng)商是發(fā)展契機(jī)，一方面它能夠優(yōu)化IT資源、降低企業(yè)內(nèi)部的運(yùn)營(yíng)成本，另一方面也是運(yùn)營(yíng)IT業(yè)務(wù)的切入點(diǎn)。為解決目前實(shí)際運(yùn)維中出現(xiàn)的管理成本高、第三方提供的云平臺(tái)的許可費(fèi)過(guò)高且不滿足動(dòng)態(tài)多變的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需求等問(wèn)題，必須設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)云操作系統(tǒng)INACloud。 INACloud要盡可能兼容既有資源，并能與現(xiàn)有業(yè)務(wù)平臺(tái)對(duì)接，其主要目標(biāo)服務(wù)群體是中小企業(yè)，并要求具有方便的定制能力，表現(xiàn)為以下兩方面：

    （1）自動(dòng)化資源部署。“云”的核心功能是自動(dòng)為用戶提供IT服務(wù)，用戶、管理員和其他人員能通過(guò)界面對(duì)云計(jì)算平臺(tái)進(jìn)行管理和監(jiān)控。完全自動(dòng)化的部署流程不僅符合安全要求，而且能自動(dòng)滿足用戶的需求，通過(guò)提高現(xiàn)有資源的利用率和復(fù)用率節(jié)省成本。

    （2）端到端服務(wù)請(qǐng)求管理。該流程管理可以提供對(duì)服務(wù)請(qǐng)求的全周期管理，包括訂單處理、系統(tǒng)開(kāi)通和服務(wù)計(jì)費(fèi)等。

    1.開(kāi)源云計(jì)算操作系統(tǒng)選型

    “全新”設(shè)計(jì)一個(gè)云操作系統(tǒng)，從成本效益來(lái)看是不可取的。既要滿足自己的需要，又要避免陷入成本陷阱，因此，更可行的途徑是選擇一個(gè)合適的開(kāi)源云操作系統(tǒng)作為基礎(chǔ)，進(jìn)行本土化定制和二次開(kāi)發(fā)。

    除Amazon，Google提供的云計(jì)算操作系統(tǒng)外，云計(jì)算操作系統(tǒng)還包括Eucalyptus，OpenNebula，OpenStack，OpenQRM，XenServer，CloudStack，ConVirt等。每種云計(jì)算操作系統(tǒng)都具有一定的特點(diǎn)，其中大部分云計(jì)算操作系統(tǒng)采用開(kāi)源模式，但社區(qū)規(guī)模較小，活躍程度也不高。除了Eucalyptus系統(tǒng)積極地鼓勵(lì)社區(qū)用戶參與項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)與測(cè)試之外，其他云計(jì)算操作系統(tǒng)選擇開(kāi)放源代碼只是一種營(yíng)銷(xiāo)策略，并且價(jià)格大多較貴。另外，部分操作系統(tǒng)每年需要更新一次服務(wù)器許可證，僅管理和維護(hù)許可證就是個(gè)復(fù)雜問(wèn)題。

    國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)云計(jì)算操作系統(tǒng)較晚，目前仍處于起步階段，所以大多直接引入國(guó)外的云操作系統(tǒng)或通過(guò)引進(jìn)國(guó)外商業(yè)產(chǎn)品的技術(shù)核心及平臺(tái)進(jìn)行架構(gòu)。浪潮、中興、阿里巴巴和華為等公司相繼推出了各自的云計(jì)算系統(tǒng)或云計(jì)算平臺(tái)，如浪潮的“云海OS、中興的“CoCloud云操作系統(tǒng)”和阿里巴巴的“阿里云OS”等。這些云操作系統(tǒng)還處于探索階段，尚未廣泛使用，并且系統(tǒng)的性能、價(jià)格和安全性等還有待市場(chǎng)檢驗(yàn)。考慮到知識(shí)產(chǎn)權(quán)、建設(shè)成本和管理成本等因素，研究并自主開(kāi)發(fā)開(kāi)放的、兼容的、滿足實(shí)際運(yùn)營(yíng)需求的云操作系統(tǒng)十分必要。

    結(jié)合目前業(yè)界最先進(jìn)的虛擬化技術(shù)、開(kāi)源IaaS平臺(tái)管理技術(shù)，利用自身云計(jì)算運(yùn)營(yíng)的經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行研發(fā)、改造生成滿足運(yùn)營(yíng)需求、技術(shù)領(lǐng)先的云計(jì)算管理平臺(tái)。經(jīng)過(guò)初步篩選，本工作重點(diǎn)考察OpenStack和CloudStack開(kāi)源云計(jì)算平臺(tái)，并分別搭建測(cè)試環(huán)境。

    C1oudStack平臺(tái)的前身是Cloud.com的平臺(tái)，作為全球最成功的公共云平臺(tái)之一，已經(jīng)幫助至少85個(gè)大規(guī)模生產(chǎn)性云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了10億美元以上的運(yùn)營(yíng)收入。它支持VMWARE ESX，Xen，KVM，Hyper-V和Bare Metal裸金屬服務(wù)器，并提供了大量的云計(jì)算管理工具，如VM自助式供應(yīng)、動(dòng)態(tài)工作負(fù)載管理和多租戶管理等。

    出于后續(xù)運(yùn)營(yíng)及技術(shù)等方面的考慮，本工作決定采用以CloudStack為主，參考OpenStack的方式進(jìn)行后續(xù)云計(jì)算操作系統(tǒng)的研發(fā)。

    2.INACloud的架構(gòu)設(shè)計(jì) 

    （1） Zone。一個(gè)Zone包含多個(gè)pod和二級(jí)存儲(chǔ)，是最大的組織單元，傳統(tǒng)上對(duì)應(yīng)一個(gè)數(shù)據(jù)中心（在數(shù)據(jù)中心可以有多個(gè)zone），優(yōu)點(diǎn)是提供物理上的獨(dú)立性和冗余性。

    （2） Pod。一個(gè)硬件陣列，包含一個(gè)2層交換機(jī)、若干個(gè)集群。Pod類(lèi)似于機(jī)架，同一Pod中的主機(jī)在同一子網(wǎng)中。Pod對(duì)于最終用戶是不可見(jiàn)的。

    （3） Cluster。一個(gè)CIuster包括若干個(gè)主機(jī)和主存儲(chǔ)。集群提供一種組織節(jié)點(diǎn)的方式，可以是XenServerserver池、一組KVM server或者是事先在vCenter中事先配置好的VMvare集群。一個(gè)集群中的計(jì)算節(jié)點(diǎn)有同樣的硬件、hypervisor和子網(wǎng)，能夠訪問(wèn)共享的主存儲(chǔ)。虛擬機(jī)能夠在不中斷的情況下于一個(gè)集群內(nèi)遷移。

    （4） Host。單個(gè)的計(jì)算節(jié)點(diǎn)，以虛擬機(jī)的形式提供真正的云服務(wù)。

    （5）主存儲(chǔ)。與一個(gè)集群相連，負(fù)責(zé)保存虛擬機(jī)運(yùn)行時(shí)所需的磁盤(pán)卷。

    （6）二級(jí)存儲(chǔ)。與一個(gè)Zone相連，存儲(chǔ)模板、ISO鏡像和磁盤(pán)快照等。

    2.1 組件結(jié)構(gòu)

    CloudStack采用“框架+插件”的系統(tǒng)構(gòu)架，通過(guò)不同的插件來(lái)提供對(duì)不同虛擬化技術(shù)的支持，同時(shí)，這種系統(tǒng)構(gòu)架也為定制CloudStack提供了可能性。如圖2所示，INACloud在CloudStack上增加了調(diào)度服務(wù)、計(jì)費(fèi)服務(wù)和監(jiān)控服務(wù)等。