分布式环境下的云操作系统
1 云计算的介绍 1.1 云计算的概念 信息量增大加快与储存空间浪费严重这个互联网现实矛盾使得云计算技术应运而生,云计算可以说是一个提供大量虚拟化物理资源的动态资源共享池,是由一系列通过服务级别协议部署的虚拟计算机互联组成的并行、分布式系统,计算资源可作为多个或单个形式存在。云计算在部署虚拟资源不受物理资源的限制,是动态的和面向用户的,用户可根据自己的需求来获得各种计算分析和应用程序。云计算通过资源的大融合,有效解决了互联网计算和储存资源的浪费。 1.2 云服务的架构 不同研究角度对云计算定义的侧重就不同。市场研究的分析师往往从经济效益的角度来理解云计算,他们认为云计算是效用计算(utility computing)的一种新形式,通过网络将虚拟服务器提供给第三方使用。这说明云计算具有较高的经济价值,可以提供各种资源共享服务,如计算和存储设备等,满足不同用户的各种信息需求。云计算平台的开发者们在定义云计算时,则倾向于从技术实现角度去说明。将云计算定义为分布式的计算模式,通过虚拟化技术,将分布在不同地方的计算机集群连接成一个可扩展的、可靠的网络数据中心,用户只需通过连接网络的浏览器就可以按需地获取各种资源和服务。这说明了云计算采用分布式、虚拟化技术,实现了分散资源的集中化,以利于广大用户根据自己的需求使用资源和服务。早在2008年举行的web服务国际会议就对云计算有了较为明确的定义,会议中将云计算框架描述为由application、platform、infrastructue三层结构组成,如图1所示。 1)应用程序服务层(application)。该层为顶层,其云服务采用saas模式,它是面向用户的,按需地向用户提供服务。云计算可让用户通过它的数据中心按需地获取各种应用程序、数据存储、计算分析等不同类型的服务。 2)平台服务层(platform)。该层为中间层,它是面向程序的,主要向网络程序开发人员提供软件开发平台和paas运行环境,程序人员可根据建立和布置自己所需的应用程序。 3)基础设施服务层(infrastructue)。该层为底层,它是面向提供商的,通过互联网来链接分布式数据中心服务器、网络设备等基础设施,有效的提高了资源的利用率和节约成本,具有较强的的灵活性。 从目前云操作系统的实现和应用现状来看,主要有浪潮云海os,transos以及chromeos等。 2 云操作系统实例研究 为了更加深入的说明云操作系统,笔者接下来结合浪潮云海os和transos实例进行分析。 2.1 浪潮云海os 云技术的实质就是对物理平台和应用程序进行隔离,使硬件、应用在互不影响的情况下,能伴随着客户业务的增长而进行永久性的更新升级。而浪潮云海os且是唯一个能符合以上本质,实现“云计算+云存储”的云操作系统。浪潮云海os所提供的总体可用性超过了99.99%,所提供存储空间和管理的计算机设备也达到了惊人的规模,存储空间超过了50000tb,而管理的计算机设备也达到了5000台以上,其虚拟进程管理也支持百万量级。另外,还实现了一体、自动化管理数据中心,不但提高了云系统的运营效率,还实现的系统的节能和资源利用率的大幅度提高。 2.1.1 基础软硬件的大规模管理 基础软硬件是云服务架构不可论文联盟或缺的资源组成部分,基础软件资源主要包括单机操作系统、数据库等。而基础硬件资源主要包括服务器、存储设备、网络设备等。云计算操作系统资源管理的基础是基础软硬件的管理,实现了基础软硬件的状态、性能大规模监控和管理,能够及时发现各种设备异常,并提醒进行维护,从而保证基础软硬件长期处于一个健康稳定的状态,为云计算操作系统的各种服务提供了保障。 2.1.2 虚拟化的计算管理 虚拟化技术的本质是从逻辑角度来看待物理资源,对物理资源实施分配的利用。从目前虚拟化技术应用现状来看,主要有三种应用形态,即虚拟分拆、虚拟整合和虚拟迁移,如图2所示,其中,虚拟分拆在云计算数据中心的应用最为常见。由于云计算数据中心需要兼容不同生产商以及不同日期所生产的软、硬件资源,因此,异构软硬件资源的同构化成为了云计算数据中心一个重点解决的问题。异构软硬件资源的同构化是按需分配和按量计费的基础,即将异构资源转换为可度量和颗粒度相同的同构资源节点,为云计算的并行性和分布式计算模式创造了有利的环境。 2.1.3 分布式的文件系统 虽说基于虚拟化技术云计算传统系统具有虚拟机的迁移、容错等功能,但该平台对共享存储的依赖性太强,这样一来,一旦共享存储出现宕机状况,共享存储上的所有虚拟机同样也会出现宕机现象,这对整个云计算平台的安全性和稳定性造成了影响。为解决虚拟机共享存储依赖性问题,可在分布式存储系统上构建云计算平台,从而实现数据冗余功能。这一方案促使了基于块设备的分布式文件系统成为了云计算操作系统的基础,也为云计算平台可实现海量数据吐出创造了条件。基于块设备的分布式文件系统将客户资源及数据冗余部署在普通存储上,利用分布式、并行技术,实现数据的冗余和高性能数据的存取,保障了数据存储的安全性和数据传输的高效性。同时,也可实现资源调度、节能降耗、安全控制等多项管理功能,使整个云操作系统更加完善和成熟。 2.2 transos:基于透明计算的设计与实现 现有的单机操作系统只能管理有限的单机资源,且网络操作系统也是以单机为基础的,这就使单机模式下的操作系统不能主动向用户提供按需的服务。而通过云计算,则使对网络软硬件资源进行有效监控、管理和为用户提供按需服务成为了可能。基于透明计算设计与实现的tramos云计算操作系统就满足了以上要求,tramos云计算操作系统与传统的单机、网络操作系统相比,它能够统一监控和管理各种网络化资源,如服务器、网络、异构终端等,并能为用户提供按需服务,总体来讲,transos具有以下特点: 1)将传统操作系统作为一种资源进行管理; 2)分布式内棱,动态调度运行; 3)运行在bios之上,实例操作系统之下; 4)分布式网络化资源的统一管理和调度。 此外,chromeos的应用也很广泛。 3 结语 在虚拟化、分布式、自动化等技术的发展下,云计算应运而生。而随着web以及云技术的发展,云服务所提供的服务和云平台建立的意义将被人们广泛认可,分布式环境下的云操作系统的研究也越来越受到人们的关注。为了能够更好的集中利用资源,提高利用率,减少成本,得到收益,云操作系统可以更有效的管理云与用户之间的关系。
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