研究信息化建设中的云计算

    1 引言

 

 

    自从2006年Google首次提出“云计算”的概念以来，在世界范围内对云计算的讨论就没有停止过。有人说，云计算并不是一项新技术，而是由以往的分布式计算、网格计算等成熟技术搭建起来的，是商业炒作的概念而已。然而不管是新概念还是新技术，它都已经迅速渗入到国家建设的各个方面，国家在成都、济南、深圳、长沙等地分别建立云计算中心，掀起了“耘云播雨”的浪潮。云计算的三大特性——价格低廉、存储海量以及超级计算能力让很多商业和产业领域改变其运营方式，也为国家的信息化建设带来了十分难得的发展机遇。云计算平台最显著的用户体验就是，无论在哪里操作，用户的感觉都是和在本地的计算机上使用是一样的，如同操作自己的计算机。利用软件来实现硬件资源的虚拟化，使得用户可以通过虚拟平台来使用云端的网络、计算、硬件等资源。而虚拟化技术的使用则可以帮助数据中心大大降低运营和维护成本，并显著提高数据中心软硬件资源的利用率。云计算给用户的另一种良好的体验是对客户端硬件设备的要求很低，使用起来也非常快捷和方便。一旦定制好需要的操作系统和软件，则可以省去许多花销，如软件的升级和维护等等。对于保密性要求高单位或企业，则可以将核心的数据保存在云端，真正将数据与本人隔离，起到很好的信息安全保密效果。同时对于云端的数据中心来说，价格低廉的普通计算机则可以轻松搭建起具有一定计算能力的云计算中心，计算性能甚至超过昂贵的大型机。同时，云计算平台对云端服务器的容错能力也非常高，一旦某个节点出现故障，则可以采取策略抛弃该节点，并将运行中的任务交由其他节点运行。新服务器的加入也是实时方便的，计算能力的扩展性很好。

 

 

    2 云计算平台概述

 

 

    通常云计算平台基于整合、虚拟化和自动化三个主要部分。本文将主要尝试实现以下几类功能：

 

 

    2.1 提供基础设施即服务（IaaS）功能。

 

 

    该云计算平台将提供虚拟机作为服务提供给用户。用户并不知道获取的只是一个虚拟的镜像，从永固的角度来看，获得的是一台真实的计算节点。更为重要的是，用户对这个节点拥有至高无上的权力。用户可以根据自己的需要或喜好安装操作系统，定制相应的服务、应用及资源。这和传统意义下用户只能在有限条件下使用集群中的节点完全不同。一般来说，计算中心中集群服务器的操作系统均为Linux，用户不得不将自己在Windows下开发的程序进行相应的平台转换后才能在集群中运行起来。而在云计算平台中，用户可以自己定制数台Windows节点用于程序的运行，而不用去关心集群服务器的操作系统是什么。同时，用户也不必关心资源在哪里、如何部署，只需要把自己的需求告诉平台，剩下的工作就交给平台了，平台将返回用户定制的结果，当然用户也可以对定制的服务进行管理，如退订或删除一些服务等。

 

 

    2.2 提供虚拟的计算能力。

 

 

    以往情况下，饱满的任务量导致集群中所有节点已经被一部分用户提交的任务占据。虽然有些节点的计算资源还有剩余，但由于其他用户提交的任务需求超过了计算资源的剩余量，这些任务不得不在队列中焦急地等待。而在该平台中，我们将使用虚拟化技术为用户提供额外的计算能力，满足原本在队列中等待的任务的计算资源需求。提交的作业能够立刻得到运行，用户的使用体验将大为改观。

 

 

    2.3 桌面虚拟化。

 

 

    桌面虚拟化是指将计算机的桌面进行虚拟化，以达到桌面使用的安全性和灵活性。云计算模式下，用户的所有数据直接存储在云端，在需要的时候直接从云端下载使用。当个人计算出现故障或崩溃，也不会影响该用户对其软件的试用，用户只需要换个PC 就可以继续自己的工作，包括文档实时编辑和协作开发等。用户可以在任何时间、任意地点，采用任何设备登录到云计算系统后就可以进行计算服务，使用方式非常灵活便捷。个人工作机上也许将不再安装硬盘，用户甚至只需要一个显示器、一个键盘、一个鼠标和一根网线就可以完成日常的办公。这在大大提高办公自动化的同时，对信息安全保密工作有着非常重要的作用和意义。

 

 

[page]    3 技术方案

 

 

    经过前期的调研分析，我们选择开源软件桉树（Eucalyptus）来搭建云计算实验平台。桉树[1]是世界上部署最广的私有基础设施即服务（IaaS）云软件平台。桉树包括云控制器（CLC）、Walrus、集群控制器（CC）、存储控制器（SC）和节点控制器（NC）。图1是桉树系统的总体架构图。

 

 

 

    桉树系统的总体架构图

 

    图1.桉树系统的总体架构图

 

 

    CLC 是整个桉树系统的核心，负责高层次的资源调度；Walrus 主要用于存储虚拟机映像和用户数据；CC 是负责协调一个集群内的计算资源；SC用来存储业务数据；NC 是最终的计算节点。桉树云计算平台已经可以实现IaaS和提供虚拟计算能力的基本功能，而对桌面虚拟化，则还需要我们在桉树平台的基础上通过VNC 等技术手段来实现。

 

 

[page]    4 云计算平台搭建与测试

 

 

    目前已有的硬件资源包括：计算服务器4台，存储服务器1台。服务器的具体配置如下表。

 

 

 

    服务器配置

 

    表1.服务器配置

 

 

    根据桉树云计算平台的架构，使用桉树的快速安装包silvereye，我们在存储服务器上安装云控制器CLC、CC、SC 以及Walrus，将其作为云计算平台的核心，并作为集群的前端，负责协调集群内的计算资源，并储存虚拟机映像和用户数据；剩余4台计算服务器上安装节点控制器，作为计算节点。

 

 

    平台搭建好之后，我们对预先设计三个功能进行了测试。通过在其上部署虚拟机并搭建数据库服务，发现该平台实现了IaaS功能，可以为多个用户创建多个虚拟机，实现按需定制，满足用户对硬件资源的需求，同时我们也验证了其提供虚拟计算能力的功能。对于桌面虚拟化，我们真实做到了数据与个人的隔离，将数据放在云端，保证了信息保密安全。

 

 

    5 结论

 

 

    云计算正在给人们的生活带来翻天覆地的变化，引领着新一轮信息技术革命的浪潮。本文中云计算平台的成功搭建实现了预期目标，为信息化建设起到了非常大的促进作用。同时平台的搭建过程测试了可能遇到的多种技术问题，将对今后搭建大规模云计算平台有着非常重要的借鉴作用和意义。