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分类: 系统运维

2012-05-11 18:49:22

云计算实例分析:IBM蓝云计算平台
[日期:2009-02-04] 来源:计世网  作者:清华大学 陈康 郑纬民 [字体: ]

IBM在2007年11月15日推出了蓝云计算平台,为客户带来即买即用的云计算平台。它包括一系列的云计算产品,使得计算不仅仅局限在本地机器或远程服务器农场(即服务器集群),通过架构一个分布式、可全球访问的资源结构,使得数据中心在类似于互联网的环境下运行计算。

通过IBM的技术白皮书,我们可以一窥蓝云计算平台的内部构造。“蓝云”建立在IBM大规模计算领域的专业技术基础上,基于由IBM软件、系统技术和服务支持的开放标准和开源软件。简单地说,“蓝云”基于IBM Almaden研究中心(Almaden Research Center)的云基础架构,包括Xen和PowerVM虚拟化Linux操作系统映像以及Hadoop文件系统与并行构建。“蓝云”由IBM Tivoli软件支持,通过管理服务器来确保基于需求的最佳性能。这包括通过能够跨越多服务器实时分配资源的软件,为客户带来一种无缝体验,加速性能并确保在最苛刻环境下的稳定性。IBM新近发布的“蓝云(Blue Cloud)”计划,能够帮助用户进行云计算环境的搭建。它通过将Tivoli、DB2、WebSphere与硬件产品(目前是x86刀片服务器)集成,能够为企业架设一个分布式、可全球访问的资源结构。根据IBM的计划,首款支持Power和x86处理器刀片服务器系统的“蓝云”产品将于2008年正式推出,并且计划随后推出基于System z“大型主机”的云环境,以及基于高密度机架集群的云环境。

在IBM的云计算白皮书上,我们可以看到如下的蓝云计算平台配置情况。

图4演示了蓝云计算的高层架构。可以看到,蓝云计算平台由一个数据中心: IBM Tivoli部署管理软件(Tivoli Provisioning Manager)、IBM Tivoli监控软件(IBM Tivoli Monitoring)、IBM WebSphere应用服务器、IBM DB2数据库以及一些虚拟化的组件共同组成。图中的架构主要描述了云计算的后台架构,并没有涉及到前台的用户界面。

蓝云的硬件平台并没有什么特殊的地方,但是蓝云使用的软件平台相较于以前的分布式平台具有不同的地方,主要体现在对与虚拟机的使用以及对于大规模数据处理软件Apache Hadoop的部署。Hadoop是网络开发人员根据Google公司公开的资料开发出来的类似于Google File System的Hadoop File System以及相应的Map/Reduce编程规范。现在也正在进一步开发类似于Google的Chubby系统以及相应的分布式数据库管理系统BigTable。由于Hadoop是开源的,因此可以被用户单位直接修改,以适合应用的特殊需求。IBM的蓝云产品则直接将Hadoop软件集成到自己本身的云计算平台之上。

“蓝云”中的虚拟化

从蓝云的结构上我们还可以看出,在每一个节点上运行的软件栈与传统的软件栈一个很大的不同在于蓝云内部使用了虚拟化技术。虚拟化的方式在云计算中可以在两个级别上实现。一个级别是在硬件级别上实现虚拟化。硬件级别的虚拟化可以使用IBM p系列的服务器,获得硬件的逻辑分区LPAR。逻辑分区的CPU资源能够通过IBM Enterprise Workload Manager来管理。通过这样的方式加上在实际使用过程中的资源分配策略,能够使得相应的资源合理地分配到各个逻辑分区。P系列系统的逻辑分区最小粒度是1/10颗中央处理器(CPU)。

虚拟化的另外一个级别可以通过软件来获得,在蓝云计算平台中使用了Xen虚拟化软件。Xen也是一个开源的虚拟化软件,能够在现有的Linux基础之上运行另外一个操作系统,并通过虚拟机的方式灵活地进行软件部署和操作。

通过虚拟机的方式进行云计算资源的管理具有特殊的好处。由于虚拟机是一类特殊的软件,能够完全模拟硬件的执行,因此能够在上面运行操作系统,进而能够保留一整套运行环境语义。这样,可以将整个执行环境通过打包的方式传输到其他物理节点上,这样就能够使得执行环境与物理环境隔离,方便整个应用程序模块的部署。总体上来说,通过将虚拟化的技术应用到云计算的平台,可以获得一些良好的特性。

1. 云计算的管理平台能够动态地将计算平台定位到所需要的物理平台上,而无需停止运行在虚拟机平台上的应用程序,这比采用虚拟化技术之前的进程迁移方法更加灵活。

2. 能够更加有效率地使用主机资源,将多个负载不是很重的虚拟机计算节点合并到同一个物理节点上,从而能够关闭空闲的物理节点,达到节约电能的目的。

3. 通过虚拟机在不同物理节点上的动态迁移,能够获得与应用无关的负载平衡性能。由于虚拟机包含了整个虚拟化的操作系统以及应用程序环境,因此在进行迁移的时候带着整个运行环境,达到了与应用无关的目的。

4. 在部署上也更加灵活,即可以将虚拟机直接部署到物理计算平台当中。

总而言之,通过虚拟化的方式,云计算平台能够达到极其灵活的特性,而如果不使用虚拟化的方式则会有很多的局限。

“蓝云”中的存储结构

蓝云计算平台中的存储体系结构对于云计算来说也是非常重要的,无论是操作系统,服务程序还是用户应用程序的数据都保存在存储体系中。云计算并不排斥任何一种有用的存储体系结构,而是需要跟应用程序的需求结合起来获得最好的性能提升。总体上来说,云计算的存储体系结构包含类似于Google File System的集群文件系统以及基于块设备方式的存储区域网络SAN两种方式。

在设计云计算平台的存储体系结构的时候,不仅仅是需要考虑存储的容量。实际上随着硬盘容量的不断扩充以及硬盘价格的不断下降,使用当前的磁盘技术,可以很容易通过使用多个磁盘的方式获得很大的磁盘容量。相较于磁盘的容量,在云计算平台的存储中,磁盘数据的读写速度是一个更重要的问题。单个磁盘的速度很有可能限制应用程序对于数据的访问,因此在实际使用的过程中,需要将数据分布到多个磁盘之上,并且通过对于多个磁盘的同时读写以达到提高速度的目的。在云计算平台中,数据如何放置是一个非常重要的问题,在实际使用的过程中,需要将数据分配到多个节点的多个磁盘当中。而能够达到这一目的的存储技术趋势当前有两种方式,一种是使用类似于Google File System的集群文件系统,另外一种是基于块设备的存储区域网络SAN系统。

Google文件系统在前面已经做过一定的描述。在IBM的蓝云计算平台中使用的是它的开源实现Hadoop HDFS (Hadoop Distributed File System)。这种使用方式将磁盘附着于节点的内部,并且为外部提供一个共享的分布式文件系统空间,并且在文件系统级别做冗余以提高可靠性。在合适的分布式数据处理模式下,这种方式能够提高总体的数据处理效率。Google文件系统的这种架构与SAN系统有很大的不同。

SAN系统也是云计算平台的另外一种存储体系结构选择,在蓝云平台上也有一定的体现,IBM也提供SAN的平台能够接入到蓝云计算平台中。图5就是一个SAN系统的结构示意图。

从图5中可以看到,SAN系统是在存储端构建存储的网络,将多个存储设备构成一个存储区域网络。前端的主机可以通过网络的方式访问后端的存储设备。而且,由于提供了块设备的访问方式,与前端操作系统无关。在SAN连接方式上,可以有多种选择。一种选择是使用光纤网络,能够操作快速的光纤磁盘,适合于对性能与可靠性要求比较高的场所。另外一种选择是使用以太网,采取iSCSI协议,能够运行在普通的局域网环境下,从而降低了成本。由于存储区域网络中的磁盘设备并没有与某一台主机绑定在一起,而是采用了非常灵活的结构,因此对于主机来说可以访问多个磁盘设备,从而能够获得性能的提升。在存储区域网络中,使用虚拟化的引擎来进行逻辑设备到物理设备的映射,管理前端主机到后端数据的读写。因此虚拟化引擎是存储区域网络中非常重要的管理模块。

SAN系统与分布式文件系统例如Google File System并不是相互对立的系统,而是在构建集群系统的时候可供选择的两种方案。其中,在选择SAN系统的时候,为了应用程序的读写,还需要为应用程序提供上层的语义接口,此时就需要在SAN之上构建文件系统。而Google File System正好是一个分布式的文件系统,因此能够建立在SAN系统之上。总体来说,SAN与分布式文件系统都可以提供类似的功能,例如对于出错的处理等。至于如何使用还是需要由建立在云计算平台之上的应用程序来决定。

与Google不同的是,IBM并没有基于云计算提供外部可访问的网络应用程序。这主要是由于IBM并不是一个网络公司,而是一个IT的服务公司。当然,IBM内部以及IBM未来为客户提供的软件服务会基于云计算的架构。

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