CN103401917B - 一种基于云总线的混合云计算系统及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于云总线的混合云计算系统及其实现方法，该系统以本地私有云为基础，同时结合一个或者多个公共云，本地私有云和公共云的内部组成是一致的，均包括基础设施和虚拟化层、云平台层、云总线层、云应用层、管理中心和存储中心，其中基础设施和虚拟化层将底层的硬件资源组成一个虚拟集群，向上层提供各种虚拟资源；云平台层用于运行Web应用程序或服务，并应用其开放的接口进行二次开发和应用集成；云总线层用于管理和监控云平台层上的各种服务，是云应用层和云平台层服务连接的枢纽，基于SOA思想构建，包括一个控制总线、若干个结点总线和适配器。该系统可加快企业现有IT环境向云计算环境的迁移，降低投入，充分利用资源。

Description

一种基于云总线的混合云计算系统及其实现方法

技术领域

本发明涉及云计算研究领域，特别是涉及一种基于云总线的混合云计算系统及其实现方法。

背景技术

云计算是近年来最为热门的IT技术，也被认为是互联网乃至整个IT行业的未来发展趋势，产业规模预计达到千亿美元。云计算是网格计算、分布式计算、并行计算、效用计算、网络存储、虚拟化、负载均衡等传统计算机和网络技术发展融合的产物，是一种新兴的计算系统。

传统的IT服务方式无论是硬件基础搭建、软件后期开发、维护管理等都需要很大的时间和资金投入，而且服务器资源的利用率低，业务在不同时间段的负载不均衡，难以计算和处理大数据，更重要的是不能将企业淘汰的物理硬件设备重复利用，不能节省硬件设备开销。

云计算是一种将IT资源进行虚拟化并通过网络以服务的形式提供给用户使用的业务交付和使用模式，这种模式下的主体是所有连接互联网的实体，包括人、设备、应用程序等，他们通过网络随时获取、按需使用所需的资源，这些资源包括硬件、软件、平台及服务等，并且资源在使用者看来是无限扩展的，用户可以随时扩展所需的资源并按使用支付相关费用。

现有企业云计算的应用主要有三种服务方式，基础设施即服务（IaaS）、平台即服务（PaaS）以及软件即服务（SaaS），虽然这三种服务方式各有各的优势，对企业的发展也都有很大的帮助，但这三种服务方式的推广并不是很顺利，主要原因如下：

首先，基础设施即服务（IaaS）的现有解决方案还不能很全面的帮助企业解决问题。IaaS宣称可以帮助企业降低成本，可以节省电费，可以使用租赁硬件服务器的方式取代自建数据中心，节约软硬件及相关的投资成本。但通过分析可以得到，硬件的采购和电力的消耗在整个信息化投资的成本中只占很小的比例。占较大成本比例的是运维、管理、培训、服务等，而目前的IaaS解决方案还不能很全面的帮助企业解决这些问题。

其次，平台即服务（PaaS）的现有解决方案的开放性不够，不能做到完全的开放。现在所有的互联网公司都在向所谓的开放性平台转型，但经过分析可以得到，由Google、腾讯等企业提出的所谓开放云计算开发平台，都是基于私有架构而且是面向个人应用的二次开发接口，其所用的开发语言是专用的，运行平台也不支持主流的.NET和J2EE架构，因此无法将这些平台称为真正的PaaS，从本质上讲，这些平台并不算是“开放”平台，只能说是一个相对“放开”的平台，只是放开一些具有特定结构的接口供合作伙伴扩展新功能。

最后，软件即服务（SaaS）推广不顺利的原因主要是企业担心数据的安全性问题，不放心将数据存放在云服务商那里；SaaS服务的扩展能力较弱，个性化定制能力也不完善，对于那些对个性化需求较高、规模较大的企业来说，这无疑是一个很大的问题，而且在服务迁移方面也需要着重考虑，如果企业不继续使用SaaS服务，企业的数据该如何取回，如何重新利用，服务的延续性和迁移性虽然有利于云服务提供商，但却限制了企业用户选择的权限；还有互操作问题，一家SaaS服务提供商不可能提供所有的业务服务给企业，企业只能使用多家SaaS服务提供商提供的服务以完成业务需求，这样就会有云服务之间的互操作问题，目前在这方面还没有任何一家SaaS服务提供商有很好的解决方案。

综上所述，云计算的三种服务方式都有一定的限制。探索适合企业发展的云计算系统架构方法，拓展企业价值空间等成为了企业IT部门向云计算迁移的重要研究课题。

发明内容

本发明克服了现有技术的缺点与不足，提供一种基于云总线的混合云计算系统，该系统可以加快企业现有IT环境向云计算环境的迁移，降低投入，充分利用资源，同时简化资源整合，以提高企业IT环境对业务的支撑能力和运维效率。本发明还提供了一种实现上述系统的方法。

本发明通过以下的技术方案实现：一种基于云总线的混合云计算系统，以本地私有云为基础，同时结合一个或者多个公共云，本地私有云和公共云的内部组成是一致的，均包括基础设施和虚拟化层、云平台层、云总线层、云应用层、管理中心和存储中心，其中基础设施和虚拟化层用于实现基础设施即服务（IaaS），即将底层的硬件资源组成一个虚拟集群，向上层提供各种虚拟资源；云平台层用于实现平台即服务（PaaS），运行Web应用程序或服务，并应用其开放的接口进行二次开发和应用集成；云总线层处于云平台层之上，用于管理和监控云平台层上的各种服务，是云应用层和云平台层服务连接的枢纽，基于SOA（面向服务架构）思想构建，包括一个控制总线、若干个结点总线和适配器，所有的结点总线都挂靠在控制总线上，控制总线负责与用户交互，并调度最空闲的结点总线执行用户的请求，适配器用于信息和数据的发送和接收，用户通过服务名称和总线地址来调用和操作所有云上的服务；云应用层包含SaaS服务应用和PaaS服务应用，管理中心用于进行用户管理、安全管理、任务管理、服务质量保证、资源管理和系统配置；存储中心用于整个云环境中数据的处理和存储。

针对基础设施即服务（IaaS）不能很好地解决运维、管理、培训等问题，本发明主要是通过结合IaaS和PaaS，使用脚本工具来解决这些问题。本发明中基础设施和虚拟化层实现基础设施即服务，即采用虚拟化技术，屏蔽底层各硬件资源的异构性，将底层的硬件资源组成一个虚拟集群，向上层提供各种虚拟服务器、虚拟计算资源、虚拟存储资源、虚拟网络资源等，上层软件及云平台在这些虚拟资源上进行各种计算和数据存储。底层的物理资源被视为统一的整体，采用虚拟化屏蔽底层各硬件资源的异构性，即不管这些硬件资源是来自不同的厂商还是使用不同的内核，都使用虚拟化进行统一的管理，并实时监控这些资源的性能、负载等相关数据，同时能做到物理硬件设备的自动发现、添加和维护，使之具有良好的扩展能力，从而构建出一个能灵活组装、自适应、拥有巨大计算能力、容错能力的虚拟集群。

优选的，所述基础设施和虚拟化层还包括一管理模块，用于管理和部署各种应用，执行上层应用的各种请求。如创建和撤销虚拟机，分配和回收虚拟存储、CPU、IP地址等。

所述云平台层用于实现平台即服务（PaaS），分为计算引擎和服务层，其中计算引擎包括分布式计算引擎、并行计算引擎、服务和应用托管环境，服务层用于将基础数据或经过加工处理后的信息数据通过服务的形式提供给上层，包括存储服务、计算服务、安全认证服务、第三方服务。

更进一步的，所述基础设施和虚拟化层采用OpenStack技术实现，云平台层采用Cloud Foundry技术实现。

在现有的云计算解决方案中，大部分的方案在信息集成和整合方面都比较繁琐和复杂，为了简化云环境下信息的集成和服务的整合，同时快速将现有IT资源以服务的方式向云计算迁移，对云总线层进行了重点改进。所述云总线层中的适配器用于信息和数据的发送和接收，分为应用适配器、服务适配器和总线适配器，应用适配器层用于提供云环境中软件应用跟总线通信的适配器，包括.NET平台应用适配器、J2EE平台应用适配器，服务适配器用于提供云环境中服务跟总线通信的适配器，包括.NET平台服务适配器、J2EE平台服务适配器；总线适配器用于服务注册、服务查找、服务监控、消息路由、安全验证。云总线层是一种不依赖于特定产品、特定语言、特定平台的通讯联系基础结构，是实现数据无障碍交换的枢纽。软件应用通过应用适配器跟总线进行交互，总线则通过服务适配器与具体服务进行交互。能很好的实现服务与服务之间、服务与应用之间的互操作等问题。

另外，出于性能和安全考虑，云总线层还包括一验证模块，用于从用户的身份标识符中判断用户是企业内部用户还是外部用户，如果是企业内部用户，将不对传输数据进行加密操作，以提高性能；如是企业外部用户，则对传输数据进行加密操作，以提高安全性要求。

具体的，云应用层中所述SaaS服务应用包括CRM、MIS、OA、存储应用、门户网站等；PaaS服务应用包括编程接口、元数据管理、通用服务组件、SDK驱动包等。

优选的，所述管理中心还包括一自动部署和更新模块，自动部署由shell脚本完成，通过提供一系列shell脚本代码实现，自动更新通过采用基于Puppet的自动化更新部署工具来实现。从而可以实现基础设施和虚拟化层、云平台层及云总线层的自动化安装和更新，降低企业部署云计算的技术要求，实现企业云计算平台的快速配置和部署，让企业快速地将现有IT资源向云计算迁移。

具体的，所述存储中心包括关系数据库、对象数据库、文件数据库，其中关系数据库采用MySQL数据库实现，对象数据库采用OpenStack Object Storage实现，文件数据库采用MongoDB实现。

上述基于云总线的混合云计算系统的实现方法如下：

(1)准备硬件设备，在服务器上安装Ubuntu12.04server版，配置好网络；

(2)使用一台服务器安装管理中心，分配多台服务器部署对象存储系统，另分配两台服务器分别部署MySQL数据库和MongoDB数据库；

(3)使用安装脚本在服务器上安装部署云基础设施和各种虚拟资源；

(4)使用云基础设施层创建一系列虚拟服务器，为各虚拟服务器分配好CPU、内存和存储，从而架构完成基础设施和虚拟化层，使用安装脚本安装部署云平台层；

(5)安装部署云总线层，将云总线层中的控制总线部署在两台虚拟服务器上，使用Ngnix配置控制总线的负载均衡，然后将云总线层中的结点总线部署在多台虚拟服务器上，更新各组件的配置即可；

(6)实施完上述的5个步骤后，即完成一个云计算系统的架构，通过系统中各个组件进行各种云应用；如使用云基础设施层创建需要的虚拟机，在创建的虚拟机上部署开发工具；使用云平台层上传、测试和运行应用系统；把需要发布出去的服务发布到云总线上；还可以使用云存储设备存储海量数据等；

(7)在多个云上分别实施上述6个步骤完成对多个云的部署，不访问核心数据的应用程序或测试程序或高峰期应急应用程序部署在公共云上，重要的数据存储中心和管理中心部署在私有云上；使用集成VPN的访问模式，公共云计算的资源与企业的VPN相连，从而完成混合云的部署。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本发明针对云计算的三种服务方式的不足，提出一种基于云总线的混合云计算系统，该系统可加快企业现有IT环境向云计算环境的迁移，降低投入，充分利用资源。其创新点在于它以本地私有云为基础，同时结合了一个或者多个公共云，本地私有云和公共云的内部架构是一致的，主要组成部分包括：基础设施和虚拟化层、云平台层、云总线层、云应用层、管理中心和存储中心等。

2、本发明通过云总线的方式，整合包括J2EE和.NET平台的应用，开发语言无限制，集成方便简单，拓展能力和定制能力强，能很好的实现服务与服务之间、服务与应用之间的互操作。

附图说明

图1是本实施例的系统结构图。

图2是本实施例中一个私有云或公共云的内部结构图。

图3是本实施例中云总线层的结构示意图。

图4是本实施例中应用流程图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

本实施例所述基于云总线的混合云计算系统结构如图1所示，该系统以本地私有云为基础，同时结合了一个或者多个公共云，其中本地私有云和公共云的内部组成是一致的，均包括基础设施和虚拟化层、云平台层、云总线层、云应用层、管理中心和存储中心，如图2所示。下面针对每一个层分别进行详细描述，

基础设施和虚拟化层用于实现基础设施即服务（IaaS），即将底层的硬件资源组成一个虚拟集群，向上层提供各种虚拟资源，具体是采用OpenStack技术实现，OpenStack主要由三部分组成，分别是云计算，镜像服务和云存储，这三个部分都是独立的，他们可以单独地提供自己的服务给用户使用，也可以组合在一起提供服务。OpenStack的云计算和镜像服务这两个部分被组合起来搭建一个通用的云基础设施平台，而OpenStack的云存储部分被部署在存储中心。

云平台层用于实现平台即服务（PaaS），运行Web应用程序或服务，并应用其开放的接口进行二次开发和应用集成，具体是采用Cloud Foundry技术实现，Cloud Foundry是一种支持多种语言、框架、云平台和应用服务的基于消息发布订阅机制的分布式系统，通过部署Cloud Foundry，可大幅度提高开发者的开发效率，提升开发者在云计算环境下部署、运行和扩展应用服务的能力，简化应用程序的开发、测试、交付和运行。

在云计算架构当中，云中的服务和应用可以是多实例的，可以异地部署的，也可以是部署在不同平台上的，云总线构建的目地就是要解决这些问题，使得所有的云中的服务对用户来说就是一个服务名称，用户只需通过服务名称和总线地址就可以调用和操作所有云上的服务了，而不需知道服务的具体位置、服务部署情况、服务的实例个数、服务运行的平台等等，同时通过总线的构建将零散的服务变成高性能、高可靠性、高扩展性的服务。

如图3所示，云总线层结构主要是基于SOA（面向服务架构）的思想构建的，处于云平台层之上，用于管理和监控云平台层上的各种服务，是应用层和平台层服务连接的枢纽。云总线层分三大模块，控制总线、结点总线和适配器，其中适配器又分为应用适配器、服务适配器和总线适配器。云总线架构中，所有的结点总线都挂靠在控制总线上，控制总线负责与用户交互，并调度最空闲的结点总线执行用户的请求，控制总线主要充当信息网关的功能，结点总线才是服务执行的枢纽，之所以采用这种模式，主要是从性能的角度出发，保证用户的请求都能以最高效、最快速、最有保障的方式执行。

云总线层在系统中处于非常重要的位置，它充当了云中各种服务的中介，解耦了服务请求者与服务提供者，提供了统一的服务入口，隐藏了服务的细节，简化了信息的集成和服务的整合，是服务计算环境中的核心。

云总线层的结构采用一个控制总线加多个结点总线的模式来管理、简化和加强应用之间的集成拓扑结构，由分布式技术、并行计算技术及中间件技术实现，支持服务级别上的动态互联，支持异构环境下服务、消息及基于事件的交互，具有较强的可管理性、可扩展性、可维护性及可复用性。

云总线层中控制总线的基本特征和能力主要有：描述服务和结点总线的元数据，负责服务的动态注册、管理和调度，负责结点总线的动态注册、管理和调度，维护结点总线的状态信息并对结点总线进行控制；负责在服务请求者、服务提供者及结点总线之间传递数据，对数据进行过滤和转换，并支持同步异步模式；服务发现、匹配、路由和选择的能力；结点总线发现、匹配、路由和选择的能力；操作和管理云存储中心中的数据库的能力。

结点总线的基本特征和能力主要有：负责与控制总线交互和传递数据，执行控制总线的请求，将服务请求者的请求路由到具体的服务上并返回服务执行的结果；监控结点总线自身的状态并将自身状态信息实时主动的发送给控制总线；操作和管理云存储中心中数据库的数据；支持同步异步模式，支持服务发现、路由、匹配和选择的能力，支持服务的动态互联。

控制总线和结点总线还有一些更高级的能力，如负载均衡、并发处理、事务控制、异常处理、可管理性、可配置性和对安全的支持等。

适配器主要是负责信息和数据的发送和接收，用户只需将适配器集成到自己的应用当中即可使用和调度云总线中的服务。

云应用层包含SaaS服务应用和PaaS服务应用，所述SaaS服务应用包括CRM、MIS、OA、存储应用、门户网站等；PaaS服务应用包括编程接口、元数据管理、通用服务组件、SDK驱动包等。

管理中心用于进行用户管理、安全管理、任务管理、服务质量保证、资源管理和系统配置，还包括一自动部署和更新模块，主要负责云计算平台的快速配置和部署，实现自动化安装和升级，降低企业部署云计算的技术要求，简化云计算环境的管理，同时让企业快速将现有IT资源向云计算迁移。其实现主要由shell脚本完成，提供一系列shell脚本代码，实现的功能主要包括：基础设施和虚拟化层、云平台层及云总线层的自动化安装。系统自动化更新方面主要由Puppet实现，采用基于Puppet的自动化更新部署工具，通过一些简单的配置即可自动更新同步所有服务器的各个组件。

存储中心主要包括关系数据库、对象数据库、文件数据库等，其中关系数据库采用MySQL数据库实现，对象数据库采用OpenStack Object Storage实现，文件数据库采用MongoDB实现。

本混合云计算系统能适用于任何基于互联网的企业，系统的应用部署步骤如图4所示，包括：

(1)准备硬件设备，在服务器上安装Ubuntu 12.04 server版，配置好网络；

(2)使用一台服务器安装管理中心，分配多台服务器部署好对象存储系统，另分配两台服务器分别部署MySQL数据库和MongoDB数据库；

(3)使用安装脚本安装部署云基础设施和各种虚拟资源等；

(4)使用云基础设施层创建一系列虚拟服务器，为各虚拟服务器分配好CPU、内存和存储，使用安装脚本安装部署云平台层；

(5)安装部署云总线系统，将云总线系统中的控制总线部署在两台虚拟服务器上，使用Ngnix配置控制总线的负载均衡，然后将云总线中的结点总线部署在多台虚拟服务器上，更新各组件的配置即可；

(6)实施完上述的5个步骤后，即可使用各个组件的功能，如使用云基础设施层创建需要的虚拟机，在创建的虚拟机上部署开发工具；使用云平台层上传、测试和运行应用系统；把需要发布出去的服务发布到云总线上；还可以使用云存储设备存储海量数据等。

(7)在多个云上分别实施上述6个步骤可以完成对多个云的部署，不访问核心数据的应用程序或测试程序或高峰期应急应用程序部署在公共云上，重要的数据存储中心和管理中心部署在私有云上；使用集成VPN的访问模式，公共云计算的资源与企业的VPN相连，从而完成混合云的部署。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于云总线的混合云计算系统，其特征在于，以本地私有云为基础，同时结合一个或者多个公共云，本地私有云和公共云的内部组成是一致的，均包括基础设施和虚拟化层、云平台层、云总线层、云应用层、管理中心和存储中心，其中基础设施和虚拟化层用于实现基础设施即服务，即将底层的硬件资源组成一个虚拟集群，向上层提供各种虚拟资源；云平台层用于实现平台即服务，运行Web应用程序或服务，并应用其开放的接口进行二次开发和应用集成；云总线层处于云平台层之上，用于管理和监控云平台层上的各种服务，是云应用层和云平台层服务连接的枢纽，基于SOA思想构建，包括一个控制总线、若干个结点总线和适配器，所有的结点总线都挂靠在控制总线上，控制总线负责与用户交互，并调度最空闲的结点总线执行用户的请求，适配器用于信息和数据的发送和接收，用户通过服务名称和总线地址来调用和操作所有云上的服务；云应用层包含SaaS服务应用和PaaS服务应用，管理中心用于进行用户管理、安全管理、任务管理、服务质量保证、资源管理和系统配置；存储中心用于整个云环境中数据的处理和存储；

不访问核心数据的应用程序或测试程序或高峰期应急应用程序部署在公共云上，重要的数据存储中心和管理中心部署在私有云上；使用集成VPN的访问模式，公共云计算的资源与企业的VPN相连。

2.根据权利要求1所述的基于云总线的混合云计算系统，其特征在于，基础设施和虚拟化层实现基础设施即服务，即采用虚拟化技术，屏蔽底层各硬件资源的异构性，将底层的硬件资源组成一个虚拟集群，向上层提供各种虚拟服务器、虚拟计算资源、虚拟存储资源、虚拟网络资源，上层软件及云平台在这些虚拟资源上进行各种计算和数据存储。

3.根据权利要求2所述的基于云总线的混合云计算系统，其特征在于，所述基础设施和虚拟化层还包括一管理模块，用于管理和部署各种应用，执行上层应用的各种请求。

4.根据权利要求2所述的基于云总线的混合云计算系统，其特征在于，所述云平台层用于实现平台即服务，分为计算引擎和服务层，其中计算引擎包括分布式计算引擎、并行计算引擎、服务和应用托管环境，服务层用于将基础数据或经过加工处理后的信息数据通过服务的形式提供给上层，包括存储服务、计算服务、安全认证服务和第三方服务。

5.根据权利要求4所述的基于云总线的混合云计算系统，其特征在于，所述基础设施和虚拟化层采用OpenStack技术实现，云平台层采用Cloud Foundry技术实现。

6.根据权利要求1所述的基于云总线的混合云计算系统，其特征在于，所述云总线层中的适配器用于信息和数据的发送和接收，分为应用适配器、服务适配器和总线适配器，应用适配器层用于提供云环境中软件应用跟总线通信的适配器，包括.NET平台应用适配器、J2EE平台应用适配器，服务适配器用于提供云环境中服务跟总线通信的适配器，包括.NET平台服务适配器、J2EE平台服务适配器；总线适配器用于服务注册、服务查找、服务监控、消息路由、安全验证。

7.根据权利要求6所述的基于云总线的混合云计算系统，其特征在于，云总线层还包括一验证模块，用于从用户的身份标识符中判断用户是企业内部用户还是外部用户，如果是企业内部用户，将不对传输数据进行加密操作；如是企业外部用户，则对传输数据进行加密操作。

8.根据权利要求1所述的基于云总线的混合云计算系统，其特征在于，云应用层中所述SaaS服务应用包括CRM、MIS、OA、存储应用、门户网站；PaaS服务应用包括编程接口、元数据管理、通用服务组件、SDK驱动包。

9.根据权利要求1所述的基于云总线的混合云计算系统，其特征在于，所述管理中心还包括一自动部署和更新模块，自动部署由shell脚本完成，通过提供一系列shell脚本代码实现，自动更新通过采用基于Puppet的自动化更新部署工具来实现；

所述存储中心包括关系数据库、对象数据库、文件数据库，其中关系数据库采用MySQL数据库实现，对象数据库采用OpenStack Object Storage实现，文件数据库采用MongoDB实现。

10.一种基于权利要求1所述的基于云总线的混合云计算系统的实现方法，其特征在于，步骤如下：

(1)准备硬件设备，在服务器上安装Ubuntu 12.04 server版，配置好网络；

(2)使用一台服务器安装管理中心，分配多台服务器部署对象存储系统，另分配两台服务器分别部署MySQL数据库和MongoDB数据库；

(3)使用安装脚本在服务器上安装部署云基础设施和各种虚拟资源；

(4)使用云基础设施层创建一系列虚拟服务器，为各虚拟服务器分配好CPU、内存和存储，从而架构完成基础设施和虚拟化层，使用安装脚本安装部署云平台层；

(5)安装部署云总线层，将云总线层中的控制总线部署在两台虚拟服务器上，使用Ngnix配置控制总线的负载均衡，然后将云总线层中的结点总线部署在多台虚拟服务器上，更新各组件的配置即可；

(6)实施完上述的5个步骤后，即完成一个云计算系统的架构，通过系统中各个组件进行各种云应用；

(7)在多个云上分别实施上述6个步骤完成对多个云的部署，不访问核心数据的应用程序或测试程序或高峰期应急应用程序部署在公共云上，重要的数据存储中心和管理中心部署在私有云上；使用集成VPN的访问模式，公共云计算的资源与企业的VPN相连，从而完成混合云的部署。