面向虛擬基礎(chǔ)設(shè)施的云服務(wù)：IaaS和Eucalyptus

作者：Prabhakar Chaganti 2010-02-23 10:58:43

云計(jì)算

IaaS 這個(gè)系列將探索云服務(wù)的主要類型以及可用來(lái)構(gòu)建 web 級(jí)系統(tǒng)的相關(guān)軟件。本文介紹 Infrastructure as a Service (IaaS) 云是如何提供基本服務(wù)供您部署和運(yùn)行應(yīng)用程序的，以及 Eucalyptus 如何被用作一種基礎(chǔ)設(shè)施來(lái)創(chuàng)建公有或私有云。

本文來(lái)自IBM developerworks，作者為Prabhakar Chaganti。原文標(biāo)題：面向虛擬基礎(chǔ)設(shè)施的云服務(wù)，第 1 部分: Infrastructure-as-a-Service (IaaS) 和 Eucalyptus。

簡(jiǎn)介

在這個(gè) “面向虛擬基礎(chǔ)設(shè)施的云服務(wù)” 系列中，了解三種主要的云服務(wù)類型：Software as a Service (SaaS)、Platform as a Service (PaaS) 和 Infrastructure as a Service (IaaS)。

在第一篇文章中，探究 IaaS 如何能提供一組構(gòu)建塊或服務(wù)，比如虛擬服務(wù)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)庫(kù)。使用這些服務(wù)，您就能夠創(chuàng)建一個(gè)平臺(tái)來(lái)部署和運(yùn)行應(yīng)用程序。同時(shí)，了解 Eucalyptus 這種開(kāi)源的軟件基礎(chǔ)設(shè)施，用來(lái)實(shí)現(xiàn)具有集群或工作站群的云計(jì)算。

云計(jì)算的前景

不嚴(yán)格地講，云計(jì)算 是指使用從您的環(huán)境之外作為一種服務(wù)提供的可伸縮計(jì)算資源，它按使用計(jì)費(fèi)。您只需為所使用的資源付費(fèi)，并在任何時(shí)候、Internet 的任何地方均可訪問(wèn)存在于這個(gè)云之內(nèi)的任何資源。您無(wú)需顧及物理硬件和基礎(chǔ)設(shè)施的管理；可以將這些責(zé)任留給云服務(wù)提供者。云計(jì)算是一種完全不同的計(jì)算和信息技術(shù)服務(wù)方式。云計(jì)算的前景是提供對(duì)所需計(jì)算資源的可伸縮的簡(jiǎn)便訪問(wèn)。

如圖 1 所示，云服務(wù)明顯區(qū)別于以往的受管服務(wù)，主要表現(xiàn)在如下三個(gè)方面：

1. 按使用付費(fèi) — 您使用服務(wù)并按分或小時(shí)為服務(wù)付費(fèi)。無(wú)需為可能需要或?qū)嶋H并未使用的資源提前付費(fèi)。
2. 彈性 — 可以根據(jù)需要增加或減少對(duì)資源的消費(fèi)。
3. 受管的基礎(chǔ)設(shè)施 — 服務(wù)的基礎(chǔ)設(shè)施由提供者擁有并完全受管于提供者。

圖 1. 云服務(wù)的特征

云服務(wù)的分類

云服務(wù)可分為如下三個(gè)主要類型。

Software as a Service (SaaS)

這是最為常見(jiàn)的一種云服務(wù)類型，我們中的大多數(shù)人都或多或少使用過(guò)。在 SaaS 云模型中，服務(wù)提供者提供所有的基礎(chǔ)設(shè)施以及軟件產(chǎn)品。用戶通過(guò)一個(gè)基于 Web 的前端與此服務(wù)交互。這些服務(wù)涵蓋的范圍很廣，從基于 Web 的電子郵件，比如 GMail，到財(cái)務(wù)軟件，比如 Mint。

Platform as a Service (PaaS)

提供軟件和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)工具的一種云服務(wù)，這些工具由提供者托管于它們的硬件基礎(chǔ)設(shè)施。用戶可以使用這個(gè)平臺(tái)以及所提供的 API 或是通過(guò)一個(gè)用于開(kāi)發(fā)的圖形用戶界面來(lái)創(chuàng)建應(yīng)用程序。這種服務(wù)的典型例子有 Salesforce.com 的 Force.com 和 Google App Engine。

Infrastructure as a Service (IaaS)

提供對(duì)基本構(gòu)建塊的訪問(wèn)的一種云服務(wù)。您可以組合并對(duì)這些構(gòu)建塊進(jìn)行分層來(lái)構(gòu)建運(yùn)行應(yīng)用程序所需的基礎(chǔ)設(shè)施。IaaS 最典型的例子有 Amazon Web Services (AWS) 和 Rackspace。

圖 2 顯示了云服務(wù)的這三種常見(jiàn)類型以及相應(yīng)的示例。

圖 2. 云服務(wù)的類型

公共云和私有云

云服務(wù)還可以基于訪問(wèn)和位置分為三類：

• 公共 云對(duì) Internet 上的所有人可用。任何用戶都可以注冊(cè)使用公共云。AWS 和 Rackspace 可能是公共云最大的兩個(gè)提供商。
• 私有 云是一種專有的云環(huán)境，只對(duì)有限的用戶提供云服務(wù)。私有云通常都位于防火墻后您自己的數(shù)據(jù)中心內(nèi)。
• 混合 云，有時(shí)又稱為虛擬私有云，這種云提供的服務(wù)運(yùn)行在一個(gè)公共的云基礎(chǔ)設(shè)施之上，但通過(guò)虛擬專用網(wǎng)（VPN）限制對(duì)它的訪問(wèn)。

目前既可以是運(yùn)行在 AWS 之上的公共云，也可以是運(yùn)行在防火墻后的私有云的云服務(wù)為數(shù)不多，而 Eucalyptus 是其中之一。

Infrastructure as a Service (IaaS)

IaaS 云提供了一組構(gòu)建塊或基礎(chǔ)服務(wù)，比如虛擬服務(wù)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)庫(kù)。您可以將這些服務(wù)一起納入一個(gè)平臺(tái)以便部署和運(yùn)行您的應(yīng)用程序。您可以輕松地搭建和拆除系統(tǒng)。IaaS 服務(wù)通?？赏ㄟ^(guò)一個(gè) API 使用基于 SOAP 或 REST 的消息訪問(wèn)。

IaaS 云是可完全腳本化的環(huán)境；它們非常適合創(chuàng)建隨需應(yīng)變的框架?？焖俚亟M裝好完整的、并能根據(jù)對(duì)資源的需求擴(kuò)展或收縮的應(yīng)用程序部署環(huán)境，這種能力是當(dāng)今 IT 部門(mén)的重要價(jià)值主張。除了彈性之外，此服務(wù)的另一個(gè)吸引人之處是服務(wù)的按使用付費(fèi)方式。您只需為您所消費(fèi)的服務(wù)付費(fèi)，無(wú)需預(yù)先分配資源。

使用 IaaS 系統(tǒng)會(huì)讓多種應(yīng)用程序從中受益。

測(cè)試和試運(yùn)行

完整的測(cè)試和試運(yùn)行環(huán)境可以被創(chuàng)建、使用并在不需要的時(shí)候拆除。硬件征用不再有時(shí)間上的延遲，也無(wú)需再等待環(huán)境就緒。任何時(shí)候想要測(cè)試，就可以創(chuàng)建一個(gè)新的環(huán)境并在測(cè)試完成后就丟棄該環(huán)境。

Web 應(yīng)用程序部署環(huán)境

您可以使用 IaaS 運(yùn)行 Web 站點(diǎn)并通過(guò)按需擴(kuò)展資源來(lái)使站點(diǎn)能夠輕松處理流量的增加。您甚至可以使用 IaaS 云服務(wù)針對(duì)特定的市場(chǎng)推廣活動(dòng)或銷售策略創(chuàng)建額外的臨時(shí) Web 站點(diǎn)。

存儲(chǔ)需求

您的企業(yè)可以使用云服務(wù)作為為用戶存儲(chǔ)文件和其他數(shù)據(jù)的地方。

大規(guī)模數(shù)據(jù)處理

您可以使用云服務(wù)的強(qiáng)大功能來(lái)處理大型數(shù)據(jù)集并充分利用大規(guī)模并行處理?？梢园葱鑴?chuàng)建網(wǎng)格來(lái)處理大型數(shù)據(jù)并在處理完成后拆除這些網(wǎng)格。

AWS 是第一個(gè)廣泛可用的 IaaS 系統(tǒng)，它提供了可在 Web 上訪問(wèn)到的一組服務(wù)，這些服務(wù)又提供了對(duì) Amazon 的現(xiàn)成可用的計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施的編程式訪問(wèn)。由 Amazon 構(gòu)建并經(jīng)過(guò)多年改進(jìn)的這個(gè)強(qiáng)壯的計(jì)算平臺(tái)現(xiàn)在可以為任何人在任何地點(diǎn)使用，只要他具有 Internet 連接。AWS 所提供的基本構(gòu)建塊基礎(chǔ)設(shè)施能滿足大多數(shù)系統(tǒng)的核心需求。對(duì)于復(fù)雜多樣的企業(yè)應(yīng)用程序的架構(gòu)的搭建，現(xiàn)在可以通過(guò)在 Amazon 提供的這些可靠并且經(jīng)濟(jì)的構(gòu)建塊服務(wù)之上鋪設(shè)新的功能得以實(shí)現(xiàn)。

AWS 提供的主要服務(wù)有：用來(lái)管理和運(yùn)行虛擬實(shí)例的 Elastic Compute Cloud (EC2)；用來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的 Simple Storage Service (S3)。這些服務(wù)均可通過(guò) API 使用 SOAP 或 REST 訪問(wèn)到。此 API 正在迅速成為與云服務(wù)環(huán)境交互的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，并且 Eucalyptus 也充分利用了它來(lái)提供一個(gè)很棒的 IaaS 平臺(tái)。

#p#

Eucalyptus

Elastic Utility Computing Architecture for Linking Your Programs To Useful Systems （Eucalyptus） 是一種開(kāi)源的軟件基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，用來(lái)通過(guò)計(jì)算集群或工作站群實(shí)現(xiàn)彈性的、實(shí)用的云計(jì)算。它最初是美國(guó)加利福尼亞大學(xué) Santa Barbara 計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院的一個(gè)研究項(xiàng)目，現(xiàn)在已經(jīng)商業(yè)化，發(fā)展成為了 Eucalyptus Systems Inc。不過(guò)，Eucalyptus 仍然按開(kāi)源項(xiàng)目那樣維護(hù)和開(kāi)發(fā)。Eucalyptus Systems 還在基于開(kāi)源的 Eucalyptus 構(gòu)建額外的產(chǎn)品；它還提供支持服務(wù)。

不管是源代碼還是包安裝，Eucalyptus 很容易安裝在現(xiàn)今大多數(shù) Linux? 發(fā)布版上。它提供了如下這些高級(jí)特性：

• 與 EC2 和 S3 的接口兼容性（SOAP 接口和 REST 接口）。使用這些接口的幾乎所有現(xiàn)有工具都將可以與基于 Eucalyptus 的云協(xié)作。
• 支持運(yùn)行在 Xen hypervisor 或 KVM 之上的 VM 的運(yùn)行。未來(lái)版本還有望支持其他類型的 VM，比如 VMware。
• 用來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)管理和用戶結(jié)算的云管理工具。
• 能夠?qū)⒍鄠€(gè)分別具有各自私有的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)地址的集群配置到一個(gè)云內(nèi)。

架構(gòu)

Eucalyptus 包含五個(gè)主要組件，它們能相互協(xié)作共同提供所需的云服務(wù)。這些組件使用具有 WS-Security 的 SOAP 消息傳遞安全地相互通信。

Cloud Controller (CLC)

在 Eucalyptus 云內(nèi)，這是主要的控制器組件，負(fù)責(zé)管理整個(gè)系統(tǒng)。它是所有用戶和管理員進(jìn)入 Eucalyptus 云的主要入口。所有客戶機(jī)通過(guò)基于 SOAP 或 REST 的 API 只與 CLC 通信。由 CLC 負(fù)責(zé)將請(qǐng)求傳遞給正確的組件、收集它們并將來(lái)自這些組件的響應(yīng)發(fā)送回至該客戶機(jī)。這是 Eucalyptus 云的對(duì)外 “窗口”。

Cluster Controller (CC)

Eucalyptus 內(nèi)的這個(gè)控制器組件負(fù)責(zé)管理整個(gè)虛擬實(shí)例網(wǎng)絡(luò)。請(qǐng)求通過(guò)基于 SOAP 或 REST 的接口被送至 CC。CC 維護(hù)有關(guān)運(yùn)行在系統(tǒng)內(nèi)的 Node Controller 的全部信息，并負(fù)責(zé)控制這些實(shí)例的生命周期。它將開(kāi)啟虛擬實(shí)例的請(qǐng)求路由到具有可用資源的 Node Controller。

Node Controller (NC)

它控制主機(jī)操作系統(tǒng)及相應(yīng)的 hypervisor（Xen 或最近的 KVM，很快就會(huì)支持 VMWare）。必須在托管了實(shí)際的虛擬實(shí)例（根據(jù)來(lái)自 CC 的請(qǐng)求實(shí)例化）的每個(gè)機(jī)器上運(yùn)行 NC 的一個(gè)實(shí)例。

Walrus (W)

這個(gè)控制器組件管理對(duì) Eucalyptus 內(nèi)的存儲(chǔ)服務(wù)的訪問(wèn)。請(qǐng)求通過(guò)基于 SOAP 或 REST 的接口傳遞至 Walrus。

Storage Controller (SC)

Eucalyptus 內(nèi)的這個(gè)存儲(chǔ)服務(wù)實(shí)現(xiàn) Amazon 的 S3 接口。SC 與 Walrus 聯(lián)合工作，用于存儲(chǔ)和訪問(wèn)虛擬機(jī)映像、內(nèi)核映像、RAM 磁盤(pán)映像和用戶數(shù)據(jù)。其中，VM 映像可以是公共的，也可以是私有的，并最初以壓縮和加密的格式存儲(chǔ)。這些映像只有在某個(gè)節(jié)點(diǎn)需要啟動(dòng)一個(gè)新的實(shí)例并請(qǐng)求訪問(wèn)此映像時(shí)才會(huì)被解密。

一個(gè) Eucalyptus 云安裝可以聚合和管理來(lái)自一個(gè)或多個(gè)集群的資源。一個(gè)集群 是連接到相同 LAN 的一組機(jī)器。在一個(gè)集群中，可以有一個(gè)或多個(gè) NC 實(shí)例，每個(gè)實(shí)例管理虛擬實(shí)例的實(shí)例化和終止。

在一個(gè)單一集群的安裝中，如圖 3 所示，將至少包含兩個(gè)機(jī)器：一個(gè)機(jī)器運(yùn)行 CC、SC 和 CLC；另一個(gè)機(jī)器運(yùn)行 NC。這種配置主要適合于試驗(yàn)的目的以及快速配置的目的。通過(guò)將所有東西都組合到一個(gè)機(jī)器內(nèi)，還可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化，但這個(gè)機(jī)器需要非常健壯才能這樣做。

圖 3. 一個(gè)單集群 Eucalyptus 安裝的拓?fù)?/b>

在多集群安裝中，可以將各個(gè)組件（CC、SC、 NC 和 CLC）放置在單獨(dú)的機(jī)器上。如果想要用它來(lái)執(zhí)行重大的任務(wù)，那么這么做就是一種配置 Eucalyptus 云的理想方式。多集群安裝還能通過(guò)選擇與其上運(yùn)行的控制器類型相適應(yīng)的機(jī)器來(lái)顯著提高性能。比如，可以選擇一個(gè)具有超快 CPU 的機(jī)器來(lái)運(yùn)行 CLC。多集群的結(jié)果是可用性的提高、負(fù)載和資源的跨集群分布。集群的概念類似于 Amazon EC2 內(nèi)的可用性區(qū)域的概念。資源可以跨多個(gè)可用性區(qū)域分配，這樣一來(lái)，一個(gè)區(qū)域內(nèi)的故障不會(huì)影響到整個(gè)應(yīng)用程序。圖 4 給出了一個(gè)例子。

圖 4. 一個(gè)多集群 Eucalyptus 安裝的拓?fù)?/b>

在將 Eucalyptus 安裝并應(yīng)用到您的基礎(chǔ)設(shè)施上之前，需要考慮硬件要求。雖然出于試驗(yàn)?zāi)康?，可以在一個(gè)筆記本電腦上運(yùn)行全部?jī)?nèi)容，但是對(duì)于一個(gè)實(shí)際的部署場(chǎng)景，多集群無(wú)疑是一個(gè)更好的選擇。如下所列的是 Ubuntu 管理員對(duì)硬件配置方面的一些指導(dǎo)。這些指導(dǎo)可廣泛應(yīng)用于任何的 Linux 發(fā)布版（不只是 Ubuntu）。

下面的指標(biāo)是對(duì)用來(lái)運(yùn)行 CC、CLC、Walrus 或 SC 的機(jī)器的建議配置。