云模型

云计算本质上是一种商业模型。在这种模型下，个人或者组织用户把支持其应用服务的计算、内存、存储以及主机网络等这些资源的运营和所有权外包给云计算提供商。这种计算转变为一种实用模型，如电力，水，电话，宽带上网等，在这种模型下服务提供商拥有并运营所必需的设备和设施，以提供计算服务并且消费者能够按需使用服务。[NTST]对云计算做出如下定义：

一个可以随时地，方便地，按需通过网络访问共享资源池的计算资源（例如，网络，服务器，存储器，应用程序和服务），资源池可以通过最小化管理开销或服务提供商交互操作实现快速地配置和发布。云模型由五个基本特征，三个服务模型，四个部署模型组成。 [SP800-145]

云服务模型

NIST 定义了3种云服务模型：

?架构即服务（IaaS）。提供给消费者的能力是处理、存储、网络和其他基本的计算资源，消费者能够用于部署和运行任意软件，包括操作系统和应用程序[SP800-145]。

?平台即服务（PaaS）。提供给消费者的能力是将使用供应商支持的编程语言、库、服务和工具创建的或用户创建的应用程序部署到云架构上[SP800-145]。

?软件即服务（SaaS）。提供给消费者的能力是使用在云架构上运行的供应商应用程序。应用程序是从各种客户端设备或通过微型客户端接口，如web浏览器（例如，基于web的电子邮件），或程序接口进行访问[SP800-145]。

IaaS或PaaS的服务提供商的面向用户服务边界是基于云的应用程序的资源服务边界。本书重点放在基于云的应用程序，但也将考虑IaaS/ PaaS的服务边界，即作为应用程序的面向资源服务边界。

云的基本特征

云计算有如下5个基本特征[SP800-145]：

1. 按需自助服务
2. 广泛的网络访问
3. 资源池
4. 快速弹性
5. 度量服务

按需自助服务

按需自助服务被定义为“消费者可以单方面规定计算能力，例如服务时间和网络存储，作为自动而不需要与每个服务提供商进行交互”[SP800-145]。按需自助服务使基于云的应用程序远比传统的应用灵活，因为新的资源可以通过云计算用户快速的分配和释放。这自然会导致需要更多的配置和容量变化，许多这些需求变化会发生在满足云用户方便使用的时间段而不是维护时间段（例如，半夜）。因此，提供给基于云的应用程序的操作和服务必须具有高服务可用性和服务质量，能够适应按需配置的变化发生是在中度到重度应用程序使用时间段内的需要。

广泛的网络访问

广泛的网络访问被定义为“资源可以通过互联网，使用标准机制规定的异构瘦客户端或富客户端平台进行访问”[SP800-145]。终端用户通过IP接入和广域网使用基于云的应用程序。端到端服务质量将在第10章“端到端注意事项”中阐述。

资源池

资源池被定义为“供应商的计算资源集中通过多租户模式服务于多个消费者，根据消费者的需求动态分配和重新分配不同的物理和虚拟资源......资源包括存储，处理，内存和网络带宽“[SP800-145]。传统上，应用程序和它们支持的操作系统被直接部署到本机硬件上，所以在名义上由硬件提供的计算，内存，存储和网络资源的全部容量都在由操作系统不断的分时提供给不同的应用程序。多个用户共享池中的资源不可避免的会引发资源争夺的风险，包括“交付退化的虚拟机容量”（第4.4节），增加“尾部延迟”（第4.5节）和“时钟事件抖动”（第4.6节）。由资源共享策略和技术（如虚拟化）导致的应用程序服务质量风险是这部分重点关注的内容。

快速弹性

快速弹性被定义为“功能能够自动地可弹性配置和发布，在某些情况下能够根据需求快速向外扩展或向内相称。对于消费者来说，可以获得的能力似乎是无限的，服务可以在任何时间进行交付”。 [SP800-145]图3.2所示的三个基本弹性增长策略：
图3.2  弹性增长策略

?水平增长。添加更多的资源实例（例如，向现有的应用程序实例增加虚拟机和虚拟磁盘卷）。 “向外扩展”是指横向的增长操作，如增加更多的虚拟机实例; “向内扩展”是指横向逆增长（即缩减）操作。

?垂直增长。增加对现有应用程序实例的资源分配（例如，增加现有VM实例的内存分配或现有虚拟存储设备的最大磁盘分配）。 “向上扩展”指的是垂直增长操作，如增加预先分配的虚拟磁盘分区的大小; “向下扩展”是指垂直逆增长（即缩减）操作。请注意，垂直增长的一个选项是用较大的实例取代之前分配的虚拟机实例。

?向外扩展。通常意味着在另一个云数据中心实例化一个新的应用程序实例。

弹性度量将在3.5节讨论，弹性增长和逆增长将在第8章“容量管理”中进行详细分析。

度量服务

度量服务被定义为“云系统自动地通过一定程度的计量能力，某种程度上可以抽象为服务的类型（例如，存储，处理，带宽和活动用户账户）来控制和优化资源的使用。资源的使用可以被监视，控制和报告，为供应商和消费者提供透明度服务”[SP800-145] 。将弹性需求与度量服务相结合，使云用户能够主动管理应用程序的在线容量。第8章“容量管理”将考虑在线应用程序容量可能遇到的容量不足错误和失败。

简化云架构

与IaaS（在云服务模型栈的底部），或SaaS（在云服务模型栈的顶部）相比，PaaS在本质上的定义不太明确。云架构不应该专注于IaaS：PaaS或PaaS：SaaS的分界线，而应该考虑由五个逻辑组件组成的简化云模型：

? 应用软件
? 虚拟机服务器
? 虚拟机服务器控制器
? 云操作支撑系统
? 云技术组件“即服务”
图3.3  云架构的简单模型

图3.3说明了前四个简化的组件类型如何进行交互。技术组件即服务（“as-a-Service”） - 如“数据库即服务”，在逻辑上是黑盒子，应用程序可以配置和使用，并且可以被认为是PaaS的组成部分。

应用软件

应用程序实例是包括实例化套件的虚拟机应用程序软件组件和客户操作系统的实体。传统上，应用程序的质量测量与网络元素或系统实例的测量不同。网元和系统的标准定义不完全适合云部署，但在第12章，“服务可用性度量”提供了基于云计算应用程序部署的一个示例。

虚拟机服务器
图3.4  虚拟机服务器的抽象

虚拟机在物理服务器托管虚拟机实例。图3.4所示是一个由虚拟机实例组成的虚拟机服务器，这些虚拟机实例运行在服务器或通用计算机上的虚拟机管理器或由管理软件托管。。虚拟机服务器往往会由大规模机架式服务器（RMS）的组成并作为预配置设备交付。需要注意的是VM实例是短暂的，并可能是动态创建的，在被释放之前活跃数小时、数天、数周或数月。支持虚拟机服务器的物理硬件预计可以服务多年。

虚拟机服务器控制器

虚拟机服务器实现高效的资源共享，允许多个应用程序整合到一起，比传统的专用硬件配置的硬件少得多。越来越多的应用整合和资源共享的规模压低运营支出（OPEX），并最终引发了所谓的仓库规模的计算。有效地操作虚拟机的服务器池，专业在线操作支持系统（OSS系统）被称为虚拟机服务器控制器。虚拟机服务器控制器分配、管理和控制托管在一个或多个虚拟机的服务器上的虚拟机实例，包括相应的硬件资源。这些控制器减少用户服务对虚拟机服务器的影响，如采用特定应用反关联规则以确保没有单个虚拟机服务器成为一个单点故障的应用程序（见第7.2.4节，“在云计算中确保无SPOF”）。这些控制器将参与服务编排和联合支持云爆发。虚拟机服务器更多关注单个虚拟机实例，而虚拟机服务器控制器则控制单个应用程序实例的映射成多个虚拟机实例的集合，集合中的多个虚拟机实例有可能被分布在多个虚拟机服务器上。

云操作支持系统

操作支持系统（OSS系统）提供了众多的功能，操作、管理、维护并提供应用程序在虚拟机服务器上运行，同时支持云计算架构。例如，OSS系统支持对应用程序组合、弹性增长、云爆发以及相关的服务管理功能编排。 OSS的功能通常分布在多种类型实例的互联支持系统。例如，执行应用增长到另一个云数据中心，不可避免地需要由一个或多个OSS系统协调与该虚拟机服务器控制器所在的云数据中心虚拟机服务器。

云技术组件“即服务”

云计算鼓励客户和服务提供商将常见的标准技术组件作为服务而不是软件产品看待。因此，相对于被迫购买技术组件，例如数据库管理系统或负载平衡器，然后安装、操作和维护，云鼓励服务提供商提供技术组件作为“as-a-Service”。该技术组件作为一种服务产品降低了大多数云消费者的CAPEX和OPEX，并且使他们能够专注于企业增值，而不是投资于维护技术组件的操作。为了便于分析，提供这些技术组件“即服务”只会被视为与应用程序组件交互，并为最终用户提供应用服务组件实例。

节选自《云应用中的服务质量》