分布式与云计算系统第4章2

4.4 公有云平台：GAE、AWS和Azure 公有云及其服务选项
云的5个使用层次。在顶层，个人用户和组织 用户请求的服务非常不同。SaaS层的应用程序提供 商主要服务个人用户。大部分商业组织由IaaS和 PaaS提供服务。IaaS为应用程序和组织用户提供计 算、存储和通信资源。云环境由PaaS或平台提供商 定义。 云服务依赖于机器虚拟化、SOA、网格基础设 施管理和节能方面的新进展。客户购买如前所述的 IaaS、PaaS或SaaS服务。 提供商提供的服务费用通常远低于用户频繁更 换废弃的服务器的成本。
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动态资源部署 云使用虚拟机作为构造块来跨多个资源站点创 建一个执行环境。墨尔本大学开发了 InterGrid管 理基础设施。实现了动态资源部署，从而可以实现 性能的可扩展性。外部网格是一个 Java 实现的软 件系统，允许用户在所有参与网格资源的顶部创建 执行云环境。网关之间建立的对等安排可以分配多 个网格的资源，建立执行环境。 图4-26展示外部网格网关 （Intergid gateway，IGG）如何从本地集群部署应用程序，分 配资源： (1) 请求虚拟机， (2) 颁布租约，(3) 按请求部署虚拟机。在峰值需求以下, 这个IGG可 以与另一个IGG交换资源。
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图4-24云资源非弹性配置的三种情况：a）由于过量配置而 引起的极度浪费；b）配置不足；c）配置不足到过量配置
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图4-25在AWS EC2平台上的EC2性能结果
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需求驱动的资源配置 这种方法基于已分配资源的利用水平来添加或 移除资源配置量。当用户使用一个Xeon处理器超过 持续期时间的60%时，需求驱动方法自动为用户的 应用程序分配两个Xeon处理器。一般情况下，当资 源已超过某一时间阈值时，该方案将根据需求增加 资源。当资源低于某一时间阈值时，资源也可相应 减少。亚马逊在其 EC2 平台实现了这种自动缩放 功能。这种方法比较容易实现。如果工作负载突然 改变，本方法无法实现。
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4.5云间的资源管理 扩展的云计算服务
6层的云服务，范围从硬件、网络和配置到基 础设施、平台和软件应用。我们已经分别介绍了 SaaS、PaaS和IaaS上面这三个服务层。 云计算平台提供的PaaS位于IaaS的基础设施 顶端。顶层提供SaaS 。这些都必须所提供的云平 台上实现。 虽然三个基本模型用法不同，但它们是逐层 建立的。言外之意是，没有云平台，就没有SaaS 应用。如果计算和存储基础设施不存在，就不能 构建云平台。
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事件驱动的资源配置 这种方法用于添加或删除基于特定时间事件的 机器实例。该方案对季节性事件或预测事件（如 在西方的圣诞节和东方的农历新年）效果更好。 在这些特殊事件发生期间，用户数的增长与减少 是可以预测的。这种方法预测事件发生前的流量 高峰。如果事件的预测正确，这种方法会导致最 少量的服务质量损失；否则，由于不遵循一种固 定模式的事件，浪费的资源可能更大。
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Microsoft Windows Azure
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Microsoft Windows Azure
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Live服务：用户可以访问微软Live应用，并跨越
多台机器并行地使用所包括的数据。 .NET服务：支持应用程序在本地主机上开发、在 云机器上执行。 SQL Azure：更易于用户访问和使用与云中SQL服 务器相关的关系型数据库。 SharePoint服务：为用户提供了一个可伸缩和可 管理的平台，可以在更新的Web服务上开发他们自 己特定的商业应用。 动态CRM服务：为软件开发者提供了一个商业平 台，可以在金融、市场、销售和促销方面管理CRM 应用。
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GAE体系结构
谷歌的云计算应用程序的构成要素包括存储大 量数据的GFS、为应用程序开发者提供的MapReduce 编程框架、用于分布式应用程序锁服务的Chubby和 为访问结构化或半结构化数据的BigTable存储服务。 GAE可以看做是许多软件组件的集合。前端是 应用程序框架，类似于其他Web应用框架，如ASP、 J2EE和JSP。目前，GAE可以支持Python和Java编程 环境。应用程序可以像Web应用程序容器一样运行。 前端可以用做动态Web服务基础设施，可以提供对 公共技术的完整支持。
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亚马逊的Web服务（AWS）
EC2向运行云应用的主机虚拟机提供虚拟化平 台，S3（Simple Storage Service，简单存储服 务）为用户提供面向对象的存储服务，231EBS ( Elastic Block Service，弹性块服务)提供支 持传统应用程序的块存储接口，SQS（Simple Queue Service，简单排队服务）的任务是确保两 个进程之间可信的消息服务，甚至当接收进程不 运行时也可以可靠地保存消息。用户可以通过 SOAP使用浏览器或其他支持SOAP标准的客户端程 序访问他们的对象。
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Amazon Web Services (AWS)
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Amazon Web Services (AWS)
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亚马逊为开发者构建云应用提供了一个更加灵 活的云计算平台。中小型公司可以在亚马逊云平台 上进行商业活动。使用AWS平台，他们可以服务大 量互联网用户并通过付费服务获利。 ELB可以跨越多个亚马逊EC2实例自动分发到来 的应用程序，允许用户避开非操作节点，并在功能 图像上均衡负载。CloudWatch使得自动伸缩和ELB 成为可能，它可以监视运行中的实例。Cloud Watch是一个监视AWS云资源的Web服务，最初应用 于亚马逊的EC2。它可以为客户提供资源利用率、 操作性能和全部需求模式（包括度量，如CPU利用 率、磁盘读/写和网络流量）的数据视图。
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资源配置和平台部署 计算云的出现表明软件和硬件体系结构的根 本性转变。云体系结构将更加强调处理器核心的 数目或虚拟机实例。并行在集群节点级开发。 高效的虚拟机配置取决于云体系结构和云基 础设施的管理。资源配置方案还要求快速找到云 计算基础设施中的服务和数据。在一个虚拟化的 服务器集群中，这就需要高效的虚拟机安装、实 时虚拟机迁移、快速故障恢复。为了部署虚拟机， 用户需要将它们视为拥有针对特定应用而定制的 操作系统的物理主机。 例如，亚马逊的EC2利用Xen作为虚拟机监视 器（VMM） 。IBM的蓝云也使用同样的VMM。
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微软的Windows Azure
在2008年，微软发布了一个Windows Azure平 台来应对云计算所遇到的挑战。该平台构建在微 软的数据中心之上。 该平台可以分为三个主要的组件平台。 Windows Azure提供了一个构建在Windows操作系 统之上并基于微软虚拟化技术的云平台。 应用程序安装在部署在数据中心服务器上的 虚拟机之上。Azure管理数据中心中所有的服务器、 存储器和网络资源。在这些基础设施之上是构建 不同云应用的各种服务。
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图4-20 谷歌的云平台及其构成要素，图中所显示的块是低 开销服务器的大集群
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GAE的应用程序 著名的GAE应用程序包括谷歌搜索引擎、谷歌 Docs、谷歌地图和Gmail。这些应用可以同时支持大 量用户。第三方应用程序提供商为提供服务可以使 用GAE构建云应用。应用程序都运行在谷歌的数据中 心中。在每个数据中心，可能有来自不同集群的上 千服务器节点。每个集群可以运行多目的服务器。 GAE支持许多Web应用。一个是在谷歌的基础设 施中存储应用程序特定数据的存储服务。数据可以 永久存储在后端存储服务器中，同时便于提供查询、 排序，甚至类似于传统数据库系统的事务处理。GAE 还提供谷歌特有的服务
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Cloud Services and Major Providers
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最下面的层提供硬件即服务（Hardware as a Service，HaaS）。 下一层是用于互连所有硬件组件，并简称为网络 即服务（Network as a Service,NaaS ） 。虚拟 局域网属于NaaS范围内。 下一层提供位置即服务（ Location as a Service，LaaS），它提供一个配置服务，用于地 点安置、供电，并确保所有的物理硬件和网络资 源安全。这层提供安全即服务（SaaS）。除了 IaaS的计算和存储服务外，云基础设施层可以进 一步细分为数据即服务（DaaS）和通信即服务 （CaaS ）。
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谷歌应用引擎（GAE）
谷歌有世界上最大的搜索引擎设备。公司在 大规模数据处理方面具有丰富的经验，这使得其 在数据中心设计中视点新颖，且其提出的新的编 程模型可适应的规模令人吃惊。 谷歌平台基于它的搜素引擎专家，如前所述 的MapReduce，该基础设施也适用于许多其他领域。 谷歌有上百个数据中心，在全世界安装了460 000 多台服务器。 数据项存储在文本、图像和视频中，并且出 于容错和故障考虑而进行了备份处理。这里我们 讨论谷歌的应用程序引擎（GAE），它提供了一个 支持不同的云和Web应用的PaaS平台。
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人气驱动资源配置 利用这种方法，互联网搜索某些应用程序 的受欢迎程度，并按人气需求创建实例。该方 法期望负载根据受欢迎程度来增减。如果预测 的受欢迎程度正确，该方案会最小化QoS的损失。 如果没有出现预期的流量，那么可能会浪费资 源。图425c展示了CPU利用率与配置虚拟机的 关系（深色曲线的变化规模由左边y轴标示，浅 色曲线展示虚拟机需求量的变化，其峰值为 20）。
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运行时支持服务 在集群环境中，也有一些云计算环境下的运行 时支持服务。集群监控用于收集整个集群的运行时 状态。 根据节点的可用性，调度器将提交给整个集群 的任务排序，并将任务分配给处理节点，云应用的 分布式调度器具有支持云应用程序的特性，如调度 用MapReduce风格编写的程序。运行时支持系统使 云集群以高效率正常运作。 成千上万的云客户使用用浏览器启动的应用程 序，运行这种应用程序时，软件需要运行时支持。 SaaS模式是让用户租用软件应用程序，而不是购买 软件。
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