3 云計(jì)算生態(tài)系統(tǒng)實(shí)例：云存儲(chǔ)生態(tài)子系統(tǒng)的構(gòu)建方案

    云計(jì)算生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)宏大的系統(tǒng)，可提供基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)、平臺(tái)服務(wù)、軟件服務(wù)、數(shù)據(jù)服務(wù)、信息服務(wù)等各類服務(wù)類型，云計(jì)算生態(tài)系統(tǒng)可認(rèn)為是由眾多的各類資源、服務(wù)生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成的。由于數(shù)據(jù)是企業(yè)信息系統(tǒng)的核心，是企業(yè)最重要的資產(chǎn)，存儲(chǔ)系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)的載體，是云計(jì)算中基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)的一部分，目前已有Amazon，EMC，Microsoft，IBM，HP等廠商提供了云存儲(chǔ)服務(wù)，如Amazon Simple StorageService(S3)，Nirvanix Storage Delivery Network(SDN)和Mosso云文件等。在此我們以云存儲(chǔ)生態(tài)子系統(tǒng)構(gòu)建為例，提出云存儲(chǔ)的構(gòu)建方案。在實(shí)際應(yīng)用中，云存儲(chǔ)可與計(jì)算服務(wù)、軟件服務(wù)等通過虛擬機(jī)結(jié)合起來為客戶提供遠(yuǎn)程應(yīng)用服務(wù)。

    存儲(chǔ)資源作為信息基礎(chǔ)設(shè)施的核心資源，存放軟件、數(shù)據(jù)文件等，是必不可少的組成部分。云計(jì)算生態(tài)系統(tǒng)是個(gè)廣義的生態(tài)系統(tǒng)，在其中存在各種資源，每種資源也可構(gòu)成其中的生態(tài)子系統(tǒng)，為云計(jì)算生態(tài)系統(tǒng)提供分布式管理。為此，對(duì)其中的存儲(chǔ)資源作為特例，構(gòu)建云存儲(chǔ)生態(tài)子系統(tǒng)，作為對(duì)云計(jì)算生態(tài)系統(tǒng)的擴(kuò)展。

    云存儲(chǔ)生態(tài)系統(tǒng)可包括：云存儲(chǔ)生產(chǎn)商、存儲(chǔ)代理商、存儲(chǔ)集成商、存儲(chǔ)客戶等。云存儲(chǔ)生產(chǎn)商包括：硬件生產(chǎn)商、軟件生產(chǎn)商、服務(wù)開發(fā)商、系統(tǒng)集成商，為存儲(chǔ)客戶提供存儲(chǔ)實(shí)體。存儲(chǔ)代理商：通過為客戶提供存儲(chǔ)資源的安裝、配置、銷售等，為客戶提供存儲(chǔ)資源。存儲(chǔ)集成商：通過將客戶存儲(chǔ)資源有效集成，為客戶提供增值存儲(chǔ)服務(wù)。存儲(chǔ)客戶：直接使用存儲(chǔ)資源進(jìn)行數(shù)據(jù)、文件、數(shù)據(jù)庫等應(yīng)用，產(chǎn)生直接的存儲(chǔ)效益。

    為保證存儲(chǔ)的安全性和可靠性，需要借助第三方認(rèn)證，即為存儲(chǔ)生態(tài)系統(tǒng)的各方提供資質(zhì)、信譽(yù)、能力等的認(rèn)證的機(jī)構(gòu)。可以是由以上生態(tài)角色群中抽取的成員構(gòu)成。

    在云存儲(chǔ)生態(tài)系統(tǒng)中，物質(zhì)流的流動(dòng)主要體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)設(shè)備部署在服務(wù)端，從而減少客戶端存儲(chǔ)系統(tǒng)的購置。能量流主要體現(xiàn)在：數(shù)據(jù)密集型或計(jì)算密集型應(yīng)用由于本地資源不足而無法完成，而通過客戶請(qǐng)求在遠(yuǎn)程云服務(wù)端完成，在云服務(wù)端消耗更多的能量，而在客戶端節(jié)省了系統(tǒng)運(yùn)行的能量，問接體現(xiàn)了能量的流動(dòng)。信息流的流動(dòng)主要體現(xiàn)在：由于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在云端，可在云端提供數(shù)據(jù)挖掘、檢索等，從而原本屬于客戶端的信息更多地聚集在云端，并可根據(jù)客戶需求從云端流向客戶。資金流的流動(dòng)體現(xiàn)在：由于云計(jì)算可提供分布式、異構(gòu)的、低成本的按需服務(wù)，從而減少客戶對(duì)信息系統(tǒng)升級(jí)的投資，只需使用較低的費(fèi)用從云端獲取資源和服務(wù)，從而使資金更多地流向云服務(wù)商，為云服務(wù)商進(jìn)行系統(tǒng)升級(jí)維護(hù)、新業(yè)務(wù)開發(fā)提供基礎(chǔ)。

    云存儲(chǔ)的關(guān)鍵技術(shù)包括元數(shù)據(jù)管理方案、緩存管理方案、數(shù)據(jù)更新方案、服務(wù)調(diào)度機(jī)制等。元數(shù)據(jù)理方案可采用：集中式元數(shù)據(jù)；本地元數(shù)據(jù)下載；本地元數(shù)據(jù)更新；本地元數(shù)據(jù)上傳；云端元數(shù)據(jù)更新。緩存管理方案需根據(jù)客戶訪問模式，區(qū)分經(jīng)常訪問的熱數(shù)據(jù)與低訪問頻率的冷數(shù)據(jù)并采用不同的緩存分配策略；同時(shí)通過服務(wù)器緩存、客戶緩存、緩存通信、緩存更新、緩存失效機(jī)制、緩存替換策略等的應(yīng)用提高請(qǐng)求響應(yīng)性能。數(shù)據(jù)更新方案包括：元數(shù)據(jù)更新；緩存更新；數(shù)據(jù)更新標(biāo)記；服務(wù)端到客戶端的廣播更新；客戶端到服務(wù)端的單播更新；更新通知，更新認(rèn)可，執(zhí)行更新，更新回退機(jī)制。服務(wù)調(diào)度機(jī)制則通過感知客戶請(qǐng)求的QoS與系統(tǒng)能力、系統(tǒng)負(fù)載，自適應(yīng)、公平地降級(jí)或提升服務(wù)水平。

    云存儲(chǔ)作為云計(jì)算中的及基礎(chǔ)設(shè)施類重要資源，為客戶提供資源和服務(wù)的同時(shí)，其狀態(tài)隨之變化，我們將云存儲(chǔ)的狀態(tài)變化描述為算法4：云存儲(chǔ)生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)變化算法，如算法4所示。

    算法4 云存儲(chǔ)生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)變化算法。

    輸入：云存儲(chǔ)生態(tài)系統(tǒng)，狀態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)則；

    輸出：自適應(yīng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)化后的云生態(tài)系統(tǒng)；

    ①默認(rèn)處于初始化，并具有請(qǐng)求過濾、服務(wù)接納、輕載、重載、性能變壞、性能調(diào)整、系統(tǒng)升級(jí)等生命過程；

    ②通過狀態(tài)機(jī)監(jiān)控和轉(zhuǎn)化，使云存儲(chǔ)生態(tài)系統(tǒng)從初始態(tài)開始運(yùn)行，在通過請(qǐng)求獲取配套的CPU、內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)帶寬后進(jìn)入準(zhǔn)備態(tài)；

    ③接到客戶請(qǐng)求后進(jìn)人工作態(tài)；

    ④請(qǐng)求的任務(wù)完成后進(jìn)入準(zhǔn)備態(tài)；

    ⑤自動(dòng)收集系統(tǒng)資源信息或獲取管理節(jié)點(diǎn)發(fā)布的資源狀況，對(duì)于重載時(shí)進(jìn)入遷移態(tài)，通過遷移數(shù)據(jù)到鄰近輕節(jié)點(diǎn)后釋放部分存儲(chǔ)資源；

    ⑥在全局存儲(chǔ)資源均無法滿足請(qǐng)求的資源需求時(shí)發(fā)出預(yù)警，系統(tǒng)進(jìn)入升級(jí)態(tài)，從聯(lián)盟云存儲(chǔ)中申請(qǐng)協(xié)作存儲(chǔ)資源與服務(wù)；

    ⑦若資源滿足需求，則進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫任務(wù)；否則，給出資源不足的提示信息，并推薦可行的降級(jí)模式或升級(jí)需求。

    云計(jì)算有私有云、公有云等之分，云存儲(chǔ)亦如此，在企業(yè)信息系統(tǒng)負(fù)載高峰值運(yùn)行時(shí)私有云可租用公有云的資源，公有云之間也可通過建立聯(lián)盟相互協(xié)作，云存儲(chǔ)間協(xié)作算法描述如算法5所示：

    算法5 云存儲(chǔ)間協(xié)作算法。

    輸入：多個(gè)私有、公共云存儲(chǔ)系統(tǒng)；

    輸出：具有協(xié)作關(guān)系的云存儲(chǔ)聯(lián)盟；

    ①獲取開放的協(xié)作接口；

    ②協(xié)作規(guī)則協(xié)商與更新；

    ③公共云存儲(chǔ)系統(tǒng)加注云存儲(chǔ)聯(lián)盟標(biāo)記；

    ④當(dāng)私有或公共云存儲(chǔ)子系統(tǒng)負(fù)載過重時(shí)請(qǐng)求聯(lián)盟內(nèi)協(xié)作遷移；

    ⑤當(dāng)云存儲(chǔ)資源不足時(shí)請(qǐng)求聯(lián)盟內(nèi)資源協(xié)助補(bǔ)足；

    ⑥當(dāng)接到其他云存儲(chǔ)服務(wù)請(qǐng)求時(shí)讀取規(guī)則與本身資源狀態(tài)進(jìn)行決策；

    ⑦當(dāng)?shù)玫絽f(xié)助時(shí)記錄協(xié)助的聯(lián)盟成員ID并調(diào)整聯(lián)盟信譽(yù)和自身可用資源列表；

    ⑧對(duì)經(jīng)常協(xié)助的聯(lián)盟成員在下次協(xié)作請(qǐng)求時(shí)優(yōu)先響應(yīng)。

4 生態(tài)平衡與協(xié)作

    人類資源的過度消耗是對(duì)人類未來的威脅。對(duì)于生態(tài)系統(tǒng)，最重要的是保持生態(tài)平衡，在生態(tài)鏈系統(tǒng)上各環(huán)節(jié)進(jìn)行協(xié)作，實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化配置，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各成員的和諧共存，促進(jìn)系統(tǒng)的發(fā)展與進(jìn)化。

    云計(jì)算生態(tài)系統(tǒng)可改善企業(yè)信息系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)狀、提供外在的、可擴(kuò)展的、協(xié)作的、安全可靠的資源與計(jì)算服務(wù)。

    平衡的內(nèi)容：包括服務(wù)商、代理商、客戶等多角色之間服務(wù)能力與需求匹配，服務(wù)系統(tǒng)可擴(kuò)展性與客戶需求增減之間的比例，團(tuán)體利益與個(gè)體利益、協(xié)作與競(jìng)爭(zhēng)等多方面，使得系統(tǒng)各方達(dá)到相對(duì)平穩(wěn)、均衡、相互依存的狀態(tài)，使資源利用率與吞吐率最大化，客戶滿意度得以提高，延遲與錯(cuò)誤最小化。

    服務(wù)群體：協(xié)作與競(jìng)爭(zhēng)并存的發(fā)展。

    角色利益：利益均衡，多方互相促進(jìn)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)的改善。

    功能定位：為客戶提供泛在、高性能、高可靠、海量的計(jì)算與資源服務(wù)。

    客戶群體：節(jié)省客戶投資、促進(jìn)客戶發(fā)展。

    社會(huì)資源的節(jié)約：節(jié)約社會(huì)資源，保護(hù)環(huán)境與生態(tài)。

    對(duì)其他生態(tài)系統(tǒng)的影響：社會(huì)、環(huán)境、人類、生物等，通過節(jié)省資源，促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步，減少能源消耗，減少三廢排放，以低代價(jià)獲得高收益。

5 基于代理的云計(jì)算服務(wù)系統(tǒng)

    基于代理的云計(jì)算服務(wù)系統(tǒng)可克服現(xiàn)有云計(jì)算分散、孤立、異構(gòu)、重復(fù)的資源配置，提高可發(fā)現(xiàn)性、可配置性、可評(píng)估性、可用性、可達(dá)性、可維護(hù)性、可持續(xù)發(fā)展力等。

    代理在生態(tài)系統(tǒng)中的位置：介于中介的協(xié)商、智能中介、重定向。

    代理的產(chǎn)生與培養(yǎng)：代理由生產(chǎn)商分出、客戶群體推薦、權(quán)威機(jī)構(gòu)評(píng)估、可信的第三方產(chǎn)生擔(dān)任。代理的發(fā)展：代理隨著自身的發(fā)展與成熟，可能逐漸向頭端發(fā)展，成為生產(chǎn)商，從而更了解用戶的需求。

    代理的形式：服務(wù)平臺(tái)；服務(wù)機(jī)構(gòu)；服務(wù)人群；服務(wù)社區(qū)；服務(wù)咨詢等多種形式。

    代理的服務(wù)機(jī)制：基于招投標(biāo)的方式；拍賣競(jìng)價(jià)方式；基于團(tuán)體的方式；基于個(gè)體的方式；基于短期的服務(wù)；中長(zhǎng)期服務(wù)；永久服務(wù)等。

    代理與客戶的關(guān)系有：簽約；超市；批發(fā)；附屬；協(xié)作等。

    代理對(duì)云計(jì)算生態(tài)系統(tǒng)的作用：通過代理，獲得多家生產(chǎn)商服務(wù)目錄，可更有效地提供云計(jì)算服務(wù)；通過對(duì)客戶群的集中調(diào)研，可獲得客戶需求的第一手資料，為生產(chǎn)商發(fā)展決策服務(wù)。

    目前，已有多家標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)包括OGF OCCI(cloud computing interoperability forum)，DMTF(desktop management task farce)，IETF(the internet engineering task force)和CCIF(cloudcomputing interoperability forum)在制訂云計(jì)算相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，用于為云計(jì)算服務(wù)商之間的協(xié)作提供標(biāo)準(zhǔn)化接口，這為客戶在各云服務(wù)提供商之間自由選擇資源服務(wù)組合提供了基礎(chǔ)。Norway學(xué)者Begnum通過開源工具M(jìn)LN(manage large networks）將本地虛擬機(jī)與云計(jì)算服務(wù)器整合，實(shí)現(xiàn)本地和遠(yuǎn)程云計(jì)算資源的統(tǒng)一管理和計(jì)算遷移，提高了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。因此，云服務(wù)代理將更易于采用標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)不同云計(jì)算平臺(tái)的服務(wù)集成。Weimin Zheng等學(xué)者為普適計(jì)算環(huán)境設(shè)計(jì)云存儲(chǔ)平臺(tái)，即將智能電話、數(shù)字媒體播放器、筆記本電腦等手持設(shè)備的有限存儲(chǔ)空間與云存儲(chǔ)結(jié)合，通過云存儲(chǔ)平臺(tái)SmartBox提供影子存儲(chǔ)服務(wù)管理普適計(jì)算環(huán)境數(shù)據(jù)備份，支持用戶通過語義查詢搜索文件。其中也含有代理的思想。

    云存儲(chǔ)作為云計(jì)算的核心資源，在異構(gòu)存儲(chǔ)中存儲(chǔ)了多種異質(zhì)數(shù)據(jù)，云存儲(chǔ)需要配置類似VFS等的虛擬文件系統(tǒng)，使用XML標(biāo)記數(shù)據(jù)語義，需要開源工具整合異構(gòu)存儲(chǔ)，為異構(gòu)廠商的云存儲(chǔ)產(chǎn)品提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化文件系統(tǒng)接口以及自動(dòng)化管理，使得異構(gòu)終端可在不同的地理位置就近訪問不同的云存儲(chǔ)資源。田冠華等學(xué)者提出的云計(jì)算的基于失效規(guī)則的資源動(dòng)態(tài)提供策略綜合考慮資源時(shí)空規(guī)律，可資借鑒。

6 可能存在的問題及其解決思路

    云計(jì)算作為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為載體的多種高新技術(shù)的集成，在人類社會(huì)、生產(chǎn)與生活中產(chǎn)生重要影響，對(duì)云計(jì)算技術(shù)的飛速發(fā)展，也許不僅僅是概念，而且是技術(shù)的綜合和集成，面對(duì)人類需求的廣泛性，云計(jì)算提供了實(shí)現(xiàn)的可能，跨越時(shí)空、機(jī)構(gòu)、平臺(tái)、國(guó)界的全球合作可能。

    可能存在的問題主要是安全及經(jīng)濟(jì)相關(guān)問題：安全，信任，可控性、可靠性，價(jià)格與QoS控制、互操作性等。解決的思路有：在安全機(jī)制方面采用多重安全保證：認(rèn)證、鑒別、簽名、加密等；在信任方面，可通過簽約、第三方保證、法律約束等方法建立和強(qiáng)化；在可控性和可靠性方面，可采用副本、冗余、托管等機(jī)制；價(jià)格與QoS控制方面，需要根據(jù)SLA，QoS需求與服務(wù)代價(jià)、公平競(jìng)爭(zhēng)、市場(chǎng)等機(jī)制進(jìn)行均衡、協(xié)調(diào)，比如采用最佳適配的服務(wù)流資源均衡匹配。不同云計(jì)算系統(tǒng)之間的互操作、以及云計(jì)算與遺留業(yè)務(wù)的集成，需要開放的標(biāo)準(zhǔn)與公認(rèn)的、易用的接口。

    另一方面，云計(jì)算與其他服務(wù)計(jì)算的并存與整合，也將是挑戰(zhàn)與機(jī)遇并存。可將早期的效用計(jì)算、網(wǎng)格計(jì)算作為云計(jì)算的基礎(chǔ)設(shè)施，通過中間件、API封裝、虛擬化、構(gòu)件化等進(jìn)行服務(wù)封裝和接口標(biāo)準(zhǔn)化，從而產(chǎn)生新的服務(wù)應(yīng)用類型和高效益。

    云計(jì)算的真正普及需要在接口標(biāo)準(zhǔn)化、安全、可靠性、生命周期管理、數(shù)字版權(quán)管理等方面進(jìn)行技術(shù)、法律、經(jīng)濟(jì)方面的協(xié)同支持。

7 結(jié)語

    云計(jì)算不僅正在影響IT應(yīng)用部署、開發(fā)、發(fā)布、運(yùn)行與維護(hù)管理模式，而且將影響包括社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、人類生產(chǎn)與生活的各個(gè)方面，比如影響物質(zhì)流、能量流、信息流、資金流等的流向。在云計(jì)算生態(tài)系統(tǒng)上，存在或可能產(chǎn)生多個(gè)生態(tài)角色，在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、人類、自然等生態(tài)鏈中協(xié)同進(jìn)化，維護(hù)人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展能力，發(fā)揮高技術(shù)在人類社會(huì)中的推動(dòng)作用。這需要多方協(xié)作、全球協(xié)作、構(gòu)建人類、生物、環(huán)境和諧共存、不斷發(fā)展的美好前景。由于云計(jì)算幾乎可提供傳統(tǒng)信息系統(tǒng)本地及網(wǎng)絡(luò)計(jì)算的所有資源和服務(wù)，提出云計(jì)算生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成的模型、運(yùn)行機(jī)制、平衡與協(xié)作等算法，并從云存儲(chǔ)出發(fā)，對(duì)云存儲(chǔ)生態(tài)子系統(tǒng)進(jìn)行了探討，為云存儲(chǔ)的構(gòu)建、協(xié)作共享提出解決的思路和方案。

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本文標(biāo)題：云計(jì)算及云存儲(chǔ)生態(tài)系統(tǒng)研究(下)

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