淺談云計(jì)算中的按需服務(wù)

1、淺談云計(jì)算中的按需效勞云計(jì)算為計(jì)算系統(tǒng)軟硬件根底設(shè)施的設(shè)計(jì)和部署及用戶對(duì)信息系統(tǒng)的規(guī)劃和使用提供了一種新的形式。方便、靈敏的方式,高效、價(jià)格低廉和保障質(zhì)量的效勞是云計(jì)算形式的典型特征。文章從效勞的角度提出一個(gè)云計(jì)算中按需效勞系統(tǒng)的架構(gòu),并基于架構(gòu)討論云計(jì)算中的按需效勞問題,包括分布式效勞資源的組織管理與監(jiān)控、情境感知的按需效勞建模、大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的按需效勞組合,以及基于復(fù)雜系統(tǒng)理論的效勞系統(tǒng)。文章還以地球空間信息系統(tǒng)中的連續(xù)運(yùn)行參考站網(wǎng)為例,用云計(jì)算的視點(diǎn)分析了其系統(tǒng)的體系構(gòu)造,并對(duì)其效勞中出現(xiàn)的問題進(jìn)展了討論。關(guān)鍵詞云計(jì)算;效勞組合;情境建模;按需效勞abstrat:ludputingpr

2、videsanedelntnlyfhardareandsftareinfrastruturedesignanddeplyent,butalsfuserplanningandusagefinfratinsystes.flexible,nvenient,effiient,inexpensive,andhighqualityserviearetypialfeaturesftheludputingdel.thispaperanalyzesn-deandsystearhitetureinludputingfrtheperspetivefservie,andexplresn-deandservieissu

3、es.theseissuesinludeanagingandnitringfdistributedservieresures,ntext-aaren-deandserviedeling,n-deandautatedserviepsitininlarge-salenetrks,andserviesysteanalysisbasednplexsystes.takingthentinuuslyperatingreferenestatinnetrkfage-spatialinfratinsysteasanexaple,thispaperexainesitsarhiteturefrtheperspeti

4、vefludputingandalsexplressefundaentalquestinsabutitsservie.keyrds:ludputing;serviepsitin;situatindeling;n-deandservie云計(jì)算作為一種新的計(jì)算形式,力圖改變傳統(tǒng)的計(jì)算系統(tǒng)的占有和使用方式。云計(jì)算以網(wǎng)絡(luò)化的方式組織和聚合計(jì)算與通信資源,以虛擬化的方式為用戶提供可以縮減或擴(kuò)展規(guī)模的計(jì)算資源,增加了用戶對(duì)于計(jì)算系統(tǒng)的規(guī)劃、購置、占有和使用的靈敏性1-3。在云計(jì)算中,用戶所關(guān)心的核心問題不再是計(jì)算資源本身,而是他所能獲得的效勞。從這個(gè)角度出發(fā),可以認(rèn)為效勞問題(效勞的提供和使用)是云計(jì)算中

5、的核心和關(guān)鍵問題。云計(jì)算通過管理、調(diào)度與整合分布在網(wǎng)絡(luò)上的各種資源,以統(tǒng)一的界面為大量用戶提供效勞。例如,借助云計(jì)算,用戶的應(yīng)用程序可以在很短時(shí)間內(nèi)處理tb級(jí)甚至pb級(jí)的信息內(nèi)容,實(shí)現(xiàn)和超級(jí)計(jì)算機(jī)同樣強(qiáng)大的效能。用戶那么按需計(jì)量地使用這些效勞,從而實(shí)現(xiàn)將計(jì)算、存儲(chǔ)、軟件等各種資源作為一種公用設(shè)施來提供的夢想。云計(jì)算涉及兩層內(nèi)容:云計(jì)算根底設(shè)施(硬件、平臺(tái)、軟件等)以及建立在根底設(shè)施上的信息效勞云應(yīng)用。實(shí)現(xiàn)云計(jì)算按需效勞具有重要的意義。除了根底設(shè)施效勞(如aazn的根底設(shè)施效勞、ggle的appengine效勞、微軟indsazure效勞平臺(tái)等)外,分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理平臺(tái)(如開源的hadp4)

6、為海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和處理提供了可程度擴(kuò)展的根底效勞。同時(shí),越來越多的應(yīng)用開發(fā)人員可以開始在云計(jì)算平臺(tái)上開發(fā)、并部署各類效勞和應(yīng)用?？梢灶A(yù)見的是,互聯(lián)網(wǎng)上各種可用的效勞資源將越來越多,因此云計(jì)算中如何實(shí)現(xiàn)按需的個(gè)性化效勞具有重要的意義。云計(jì)算中的效勞問題既涉及用戶所期望到達(dá)的要求,又涉及云計(jì)算效勞的提供者所能提供的功能和性能。從云應(yīng)用的用戶效勞消費(fèi)者來看,用戶希望獲得滿足其個(gè)性化需求的云效勞,這些云效勞將利用“云中的領(lǐng)域知識(shí)和用戶端的狀態(tài)信息來提供情境感知的效勞,以極大的進(jìn)步用戶體驗(yàn)。另一方面,從云平臺(tái)的維護(hù)者來看,按需效勞的另一層含義是,如何根據(jù)云端的可用資源情況、用戶的情境需求,來更加高效地滿

7、足盡可能多的大量用戶的效勞需求,以進(jìn)步平臺(tái)的使用效率。地球空間信息系統(tǒng)是重要的信息根底設(shè)施,涉及地表及近地空間內(nèi)對(duì)位置、時(shí)間和地理等有關(guān)信息的集成與應(yīng)用,主要使用的技術(shù)有全球定位系統(tǒng)(gps)、地理信息系統(tǒng)(gis)、遙感(rs)技術(shù)。連續(xù)運(yùn)行參考站網(wǎng)(rs)那么是地球空間信息系統(tǒng)重要的組成局部,是一種提供定位基準(zhǔn)和定時(shí)效勞的根底設(shè)施,以此可以建立各類gis和rs應(yīng)用系統(tǒng)。典型的rs是由分散于某區(qū)域的、具有準(zhǔn)確位置坐標(biāo)的、連續(xù)采集衛(wèi)星信號(hào)的參考站,用于計(jì)算和向用戶提供定位效勞的數(shù)據(jù)中心,由實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膹V域網(wǎng)絡(luò)以及用戶終端組成。從云計(jì)算的角度可以認(rèn)為,rs建立起了一個(gè)資源(參考站軟硬件、數(shù)據(jù)等

8、)管理和調(diào)度平臺(tái),并向用戶提供關(guān)于空間位置和時(shí)間等信息的效勞。1云計(jì)算中按需效勞的應(yīng)用架構(gòu)一個(gè)基于云計(jì)算的按需效勞的應(yīng)用架構(gòu)如圖1所示,詳細(xì)包括:(1)云根底設(shè)施層支持多個(gè)云中心的形式,不僅有來自內(nèi)部可控云,還有來自外部的、滿足相應(yīng)的效勞程度協(xié)議的第三方云資源。云平臺(tái)將綜合這些資源為上層系統(tǒng)模塊和應(yīng)用提供統(tǒng)一的云效勞。云根底設(shè)施支持多樣化的資源類型,既有硬件資源、也有網(wǎng)絡(luò)資源、構(gòu)造和非構(gòu)造化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)資源以及其他根底軟件資源等。(2)效勞資源管理與監(jiān)控層云根底設(shè)施層提供的各類資源,以及面向詳細(xì)業(yè)務(wù)應(yīng)用的效勞資源,包括來自第三方的云效勞資源,都可以統(tǒng)一注冊到效勞資源管理中,以效勞的形態(tài)統(tǒng)一對(duì)外提供

9、效勞。該層主要解決大規(guī)模分布式環(huán)境下的資源管理屬性的動(dòng)態(tài)監(jiān)測與控制,為上層資源調(diào)度和按需效勞提供資源管理屬性和狀態(tài)的支持。可根據(jù)不同種類的資源管理與監(jiān)測需求,定義相應(yīng)的資源模型、管理屬性以及相應(yīng)的監(jiān)測策略等,來實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展的資源管理與監(jiān)測。論文聯(lián)盟(3)云效勞的編程框架及運(yùn)行引擎層該層提供在根底平臺(tái)和效勞資源之上的云效勞編程支持,以及云效勞運(yùn)行時(shí)的引擎支持。云計(jì)算在諸多行業(yè)領(lǐng)域的進(jìn)一步應(yīng)用,將使基于云的應(yīng)用編程接口(api)與效勞的數(shù)量迅猛增長。一個(gè)詳細(xì)的應(yīng)用需求往往涉及多個(gè)效勞資源,為此需要多種形式的效勞資源的組合編程環(huán)境及運(yùn)行引擎支持,包括:預(yù)定義效勞模板,可視化的人工效勞組合,面向大規(guī)模、

10、動(dòng)態(tài)環(huán)境的按需自動(dòng)效勞組合,實(shí)現(xiàn)大并發(fā)情況下的高效、可靠的組合應(yīng)用運(yùn)行等。(4)個(gè)性化按需效勞層針對(duì)不同的云效勞需求,如何為用戶提供“即時(shí)按需的個(gè)性化云效勞是本層要解決的問題。主要涉及兩個(gè)方面:(1)如何支持用戶對(duì)需求進(jìn)展準(zhǔn)確且方便的描繪,從而實(shí)現(xiàn)根據(jù)用戶需求進(jìn)展效勞資源的發(fā)現(xiàn)、匹配與推薦。(2)如何實(shí)現(xiàn)對(duì)云計(jì)算中可用資源的狀態(tài)、用戶的情境等信息進(jìn)展感知,從而提供可以主動(dòng)適應(yīng)這些狀態(tài)信息變化的云效勞。2云計(jì)算中按需效勞的關(guān)鍵技術(shù)2.1資源的分布式管理與狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)云計(jì)算不僅僅實(shí)現(xiàn)硬件資源、存儲(chǔ)資源、網(wǎng)絡(luò)資源等的虛擬化,還包括在此根底上的各種軟件資源的虛擬化,關(guān)注于如何實(shí)現(xiàn)“軟件即效勞。在一個(gè)統(tǒng)

11、一的云平臺(tái)上,注冊、管理著互聯(lián)網(wǎng)上大量不同種類的資源,如何對(duì)它們進(jìn)展有效的動(dòng)態(tài)監(jiān)測以及管理與控制,是實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的軟件即效勞的保障。解決大規(guī)模分布式環(huán)境下的異構(gòu)資源管理屬性的高效的動(dòng)態(tài)監(jiān)測及其有效管理問題,涉及的關(guān)鍵問題包括:如何滿足不同種類的資源管理與監(jiān)測需求,實(shí)現(xiàn)資源類型及其管理屬性的動(dòng)態(tài)配制;如何實(shí)現(xiàn)可方便擴(kuò)展的監(jiān)測架構(gòu)支持;如何實(shí)現(xiàn)高效且靈敏的資源監(jiān)測策略,以盡量少的資源開銷實(shí)現(xiàn)盡量有效的資源監(jiān)測與狀態(tài)預(yù)測;基于智能管理事件的資源狀態(tài)管理技術(shù),如何更加有效的主動(dòng)監(jiān)測資源的狀態(tài),并及時(shí)發(fā)現(xiàn)、診斷資源的故障,為提供高質(zhì)量效勞提供根本支撐。如文獻(xiàn)5提出了一個(gè)基于市場機(jī)制、效勞等級(jí)協(xié)議(sla)

12、進(jìn)展資源分配的云計(jì)算架構(gòu)。而實(shí)現(xiàn)按sla進(jìn)展資源分配的根底之一是如何對(duì)多個(gè)資源提供者的資源進(jìn)展監(jiān)測。文獻(xiàn)6給出了一個(gè)面向大規(guī)模、分布式的異構(gòu)資源管理與監(jiān)測平臺(tái)3servieanageent,通過該平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了資源的注冊、管理以及資源狀態(tài)的主動(dòng)監(jiān)測。2.2情境感知的按需效勞建模技術(shù)當(dāng)云平臺(tái)上可用的效勞資源越來越豐富時(shí),為用戶提供情境感知的按需效勞成為進(jìn)步用戶體驗(yàn)的關(guān)鍵。詳細(xì)需要解決以下關(guān)鍵技術(shù):(1)領(lǐng)域需求驅(qū)動(dòng)的用戶需求建模領(lǐng)域需求模型可以為用戶的個(gè)性化需求建模提供根底和參照,用戶可以在此根底上進(jìn)展其個(gè)性化需求的建模與定制。面向效勞的語義互操作技術(shù),包括領(lǐng)域知識(shí)/標(biāo)準(zhǔn)、需求模型等技術(shù)為用戶需求的

13、準(zhǔn)確描繪與匹配提供了互操作的語義根底,為以用戶為中心需求建模以及自動(dòng)效勞組合提供了底層支持。文獻(xiàn)7提出了基于多個(gè)交互、活動(dòng)間沖突,來發(fā)現(xiàn)跨組織的多個(gè)業(yè)務(wù)過程間沖突的方法,以及基于獨(dú)立修改區(qū)域的沖突修正方案,用來輔助/校驗(yàn)用戶的業(yè)務(wù)過程需求建模。(2)支持不確定性的需求建模技術(shù)對(duì)用戶需求準(zhǔn)確建模的另一個(gè)主要挑戰(zhàn)是,用戶的需求經(jīng)常是具有不確定性,面臨“說不清、說不準(zhǔn)、說不全的情況,如何對(duì)這種不確定性需求進(jìn)展準(zhǔn)確的刻畫及推理是用戶需求建模的關(guān)鍵。此外,對(duì)效勞的建模、評(píng)價(jià)也存在不確定性,在進(jìn)展效勞和需求的匹配時(shí),需要進(jìn)展不確定性的推理。為此,需要綜合采用各種不確定性建模與推理技術(shù)(如概率邏輯、模糊邏輯

14、和云模型等)。(3)用戶和情境建模在需求準(zhǔn)確建模根底上,一個(gè)關(guān)鍵問題是:如何對(duì)用戶及當(dāng)前情境信息進(jìn)展感知,從而提供可以主動(dòng)適應(yīng)這些狀態(tài)變化的按需效勞。針對(duì)不確定性的情境建模需求,文獻(xiàn)8提出了一種基于有概率約束的模糊邏輯情境建模及其推理方法。不同于一般情境感知計(jì)算所關(guān)注的問題,云應(yīng)用中需要面對(duì)的是大規(guī)模資源狀態(tài)、用戶情境的感知與推理計(jì)算問題,主要是要解決大規(guī)模情況下的情境識(shí)別、情境推理問題,效率是關(guān)鍵。單個(gè)情境的識(shí)別及推理邏輯不會(huì)太復(fù)雜,但需要針對(duì)大規(guī)模的識(shí)別及推理效率需求設(shè)計(jì)高效的算法。2.3按需自動(dòng)效勞組合技術(shù)隨著云計(jì)算技術(shù)的飛速開展,以gfs、apredue為代表的云文件系統(tǒng)和并發(fā)處理模型

15、逐漸成熟,大規(guī)模數(shù)據(jù)庫效勞也在不斷完善,形成了一系列開源或商業(yè)系統(tǒng),為基于云的應(yīng)用程序以及效勞的開發(fā)奠定了堅(jiān)實(shí)的基矗當(dāng)前面向效勞的體系構(gòu)造(sa)技術(shù)中的效勞組合建模以及運(yùn)行形式可以提供實(shí)現(xiàn)靈敏的組合應(yīng)用建模,并可以利用各種流程引擎提供組合應(yīng)用的運(yùn)行時(shí)支撐環(huán)境,但卻無法適應(yīng)云計(jì)算環(huán)境中海量效勞管理與大并發(fā)的執(zhí)行懇求。一方面,在海量的效勞資源中,對(duì)傳統(tǒng)人工選擇可互操作的效勞進(jìn)展組合流程建模的方法無法延續(xù),難以支撐效勞組合應(yīng)用的開發(fā);另一方面,集中式的執(zhí)行引擎也無法支撐數(shù)以十萬計(jì)的并發(fā)流程,無法滿足海量用戶的監(jiān)控需求。面對(duì)云計(jì)算這種挑戰(zhàn),效勞組合的按需構(gòu)造以及按需運(yùn)行就成為亟待解決的關(guān)鍵問題。(1

16、)效勞組合應(yīng)用的自動(dòng)按需構(gòu)造效勞組合的按需構(gòu)造效勞于云效勞的開發(fā)者,其目的是按照用戶粗粒度的需求和上下文,自動(dòng)或者半自動(dòng)地查找、組織效勞資源,并提供靈敏易用的導(dǎo)航機(jī)制,協(xié)助用戶快速構(gòu)造復(fù)雜組合應(yīng)用程序。其關(guān)鍵技術(shù)包括基于自動(dòng)效勞組合的多形式快速應(yīng)用建模方法。aazn和sap分別從網(wǎng)站復(fù)雜s-bepl程序的生成以及流程建模的輔助工具等方面,討論了自動(dòng)效勞組合技術(shù)在建模方面的應(yīng)用9-10。為了有效效勞于云計(jì)算環(huán)境中大量的應(yīng)用程序開發(fā)者,不僅需要研究降低應(yīng)用構(gòu)造時(shí)間復(fù)雜度的高效算法11-12,還需要研究采用合理的并發(fā)形式以及分布式處理方法,以進(jìn)步系統(tǒng)的并發(fā)處理才能,進(jìn)步按需構(gòu)造應(yīng)用的效率。(2)效勞

17、組合應(yīng)用的按需部署與運(yùn)行效勞組合應(yīng)用的按需部署與運(yùn)行要根據(jù)用戶的效勞等級(jí)協(xié)議(sla)以及可用計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)資源的狀態(tài),優(yōu)化效勞運(yùn)行時(shí)的任務(wù)調(diào)度,從而最大程度地利用分布式資源,進(jìn)步云效勞環(huán)境的整體運(yùn)行效果。其關(guān)鍵技術(shù)包括sla及情境感知的效勞/途徑動(dòng)態(tài)選齲根據(jù)效勞提供者與用戶簽訂的sla,或者用戶的情境,在效勞組合運(yùn)行的過程中動(dòng)態(tài)選取最優(yōu)效勞質(zhì)量(qs)的副本,以實(shí)現(xiàn)效勞組合的局部以及全局優(yōu)化13-14。在效勞組合的按需部署與運(yùn)行中,需要根據(jù)資源利用情況以及sla約束,在完全分散運(yùn)行、分片運(yùn)行等多種構(gòu)造之間進(jìn)展靈敏轉(zhuǎn)換,從而防止單點(diǎn)性能“瓶頸,實(shí)現(xiàn)效勞組合任務(wù)的按需部署和高效運(yùn)行15-16。

18、2.4基于復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)理論的按需效勞云計(jì)算“生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)典型的復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)。云計(jì)算系統(tǒng)通過各組成局部之間、各組成局部與網(wǎng)絡(luò)化的云計(jì)算環(huán)境之間的交互,形成復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)。在復(fù)雜的云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下,云計(jì)算系統(tǒng)通過自組織形成具有特定時(shí)空構(gòu)造的有序狀態(tài)(模態(tài)或社團(tuán)構(gòu)造),在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的影響下可以自組織、自學(xué)習(xí)、自適應(yīng),不斷演化,進(jìn)而生存、繁衍和開展。假設(shè)云計(jì)算或其不同組成局部的適應(yīng)才能趕不上網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的變化,它們就會(huì)很快被消費(fèi)者淘汰。所以,云計(jì)算必須適應(yīng)按需效勞。云計(jì)算系統(tǒng)不斷地根據(jù)環(huán)境和用戶需求的變化調(diào)整自己的運(yùn)行機(jī)制,不斷地適應(yīng)環(huán)境。云計(jì)算系統(tǒng)通過自身各局部以及各局部與環(huán)境之間的交互,實(shí)現(xiàn)整個(gè)云計(jì)算系統(tǒng)的互聯(lián)、互通、互操作,進(jìn)而最終實(shí)現(xiàn)按需效勞。云計(jì)算系統(tǒng)具有典型的自組織、自適應(yīng)、開源、開放特性。與傳統(tǒng)的