3 云計算生態系統實例：云存儲生態子系統的構建方案
云計算生態系統是一個宏大的系統，可提供基礎設施服務、平臺服務、軟件服務、數據服務、信息服務等各類服務類型，云計算生態系統可認為是由眾多的各類資源、服務生態系統構成的。由于數據是企業信息系統的核心，是企業最重要的資產，存儲系統作為數據的載體，是云計算中基礎設施服務的一部分，目前已有Amazon，EMC，Microsoft，IBM，HP等廠商提供了云存儲服務，如Amazon Simple StorageService(S3)，Nirvanix Storage Delivery Network(SDN)和Mosso云文件等。在此我們以云存儲生態子系統構建為例，提出云存儲的構建方案。在實際應用中，云存儲可與計算服務、軟件服務等通過虛擬機結合起來為客戶提供遠程應用服務。
存儲資源作為信息基礎設施的核心資源，存放軟件、數據文件等，是必不可少的組成部分。云計算生態系統是個廣義的生態系統，在其中存在各種資源，每種資源也可構成其中的生態子系統，為云計算生態系統提供分布式管理。為此，對其中的存儲資源作為特例，構建云存儲生態子系統，作為對云計算生態系統的擴展。
云存儲生態系統可包括：云存儲生產商、存儲代理商、存儲集成商、存儲客戶等。云存儲生產商包括：硬件生產商、軟件生產商、服務開發商、系統集成商，為存儲客戶提供存儲實體。存儲代理商：通過為客戶提供存儲資源的安裝、配置、銷售等，為客戶提供存儲資源。存儲集成商：通過將客戶存儲資源有效集成，為客戶提供增值存儲服務。存儲客戶：直接使用存儲資源進行數據、文件、數據庫等應用，產生直接的存儲效益。
為保證存儲的安全性和可靠性，需要借助第三方認證，即為存儲生態系統的各方提供資質、信譽、能力等的認證的機構。可以是由以上生態角色群中抽取的成員構成。
在云存儲生態系統中，物質流的流動主要體現在網絡存儲設備部署在服務端，從而減少客戶端存儲系統的購置。能量流主要體現在：數據密集型或計算密集型應用由于本地資源不足而無法完成，而通過客戶請求在遠程云服務端完成，在云服務端消耗更多的能量，而在客戶端節省了系統運行的能量，問接體現了能量的流動。信息流的流動主要體現在：由于數據存儲在云端，可在云端提供數據挖掘、檢索等，從而原本屬于客戶端的信息更多地聚集在云端，并可根據客戶需求從云端流向客戶。資金流的流動體現在：由于云計算可提供分布式、異構的、低成本的按需服務，從而減少客戶對信息系統升級的投資，只需使用較低的費用從云端獲取資源和服務，從而使資金更多地流向云服務商，為云服務商進行系統升級維護、新業務開發提供基礎。
云存儲的關鍵技術包括元數據管理方案、緩存管理方案、數據更新方案、服務調度機制等。元數據理方案可采用：集中式元數據；本地元數據下載；本地元數據更新；本地元數據上傳；云端元數據更新。緩存管理方案需根據客戶訪問模式，區分經常訪問的熱數據與低訪問頻率的冷數據并采用不同的緩存分配策略；同時通過服務器緩存、客戶緩存、緩存通信、緩存更新、緩存失效機制、緩存替換策略等的應用提高請求響應性能。數據更新方案包括：元數據更新；緩存更新；數據更新標記；服務端到客戶端的廣播更新；客戶端到服務端的單播更新；更新通知，更新認可，執行更新，更新回退機制。服務調度機制則通過感知客戶請求的QoS與系統能力、系統負載，自適應、公平地降級或提升服務水平。
云存儲作為云計算中的及基礎設施類重要資源，為客戶提供資源和服務的同時，其狀態隨之變化，我們將云存儲的狀態變化描述為算法4：云存儲生態系統狀態變化算法，如算法4所示。
算法4 云存儲生態系統狀態變化算法。
輸入：云存儲生態系統，狀態轉換規則；
輸出：自適應的狀態轉化后的云生態系統；
①默認處于初始化，并具有請求過濾、服務接納、輕載、重載、性能變壞、性能調整、系統升級等生命過程；
②通過狀態機監控和轉化，使云存儲生態系統從初始態開始運行，在通過請求獲取配套的CPU、內存、網絡帶寬后進入準備態；
③接到客戶請求后進人工作態；
④請求的任務完成后進入準備態；
⑤自動收集系統資源信息或獲取管理節點發布的資源狀況，對于重載時進入遷移態，通過遷移數據到鄰近輕節點后釋放部分存儲資源；
⑥在全局存儲資源均無法滿足請求的資源需求時發出預警，系統進入升級態，從聯盟云存儲中申請協作存儲資源與服務；
⑦若資源滿足需求，則進行數據讀寫任務；否則，給出資源不足的提示信息，并推薦可行的降級模式或升級需求。
云計算有私有云、公有云等之分，云存儲亦如此，在企業信息系統負載高峰值運行時私有云可租用公有云的資源，公有云之間也可通過建立聯盟相互協作，云存儲間協作算法描述如算法5所示：
算法5 云存儲間協作算法。
輸入：多個私有、公共云存儲系統；
輸出：具有協作關系的云存儲聯盟；
①獲取開放的協作接口；
②協作規則協商與更新；
③公共云存儲系統加注云存儲聯盟標記；
④當私有或公共云存儲子系統負載過重時請求聯盟內協作遷移；
⑤當云存儲資源不足時請求聯盟內資源協助補足；
⑥當接到其他云存儲服務請求時讀取規則與本身資源狀態進行決策；
⑦當得到協助時記錄協助的聯盟成員ID并調整聯盟信譽和自身可用資源列表；
⑧對經常協助的聯盟成員在下次協作請求時優先響應。
4 生態平衡與協作
人類資源的過度消耗是對人類未來的威脅。對于生態系統，最重要的是保持生態平衡，在生態鏈系統上各環節進行協作，實現資源的優化配置，實現系統各成員的和諧共存，促進系統的發展與進化。
云計算生態系統可改善企業信息系統運行現狀、提供外在的、可擴展的、協作的、安全可靠的資源與計算服務。
平衡的內容：包括服務商、代理商、客戶等多角色之間服務能力與需求匹配，服務系統可擴展性與客戶需求增減之間的比例，團體利益與個體利益、協作與競爭等多方面，使得系統各方達到相對平穩、均衡、相互依存的狀態，使資源利用率與吞吐率最大化，客戶滿意度得以提高，延遲與錯誤最小化。
服務群體：協作與競爭并存的發展。
角色利益：利益均衡，多方互相促進技術、經濟的改善。
功能定位：為客戶提供泛在、高性能、高可靠、海量的計算與資源服務。
客戶群體：節省客戶投資、促進客戶發展。
社會資源的節約：節約社會資源，保護環境與生態。
對其他生態系統的影響：社會、環境、人類、生物等，通過節省資源，促進技術進步，減少能源消耗，減少三廢排放，以低代價獲得高收益。
5 基于代理的云計算服務系統
基于代理的云計算服務系統可克服現有云計算分散、孤立、異構、重復的資源配置，提高可發現性、可配置性、可評估性、可用性、可達性、可維護性、可持續發展力等。
代理在生態系統中的位置：介于中介的協商、智能中介、重定向。
代理的產生與培養：代理由生產商分出、客戶群體推薦、權威機構評估、可信的第三方產生擔任。代理的發展：代理隨著自身的發展與成熟，可能逐漸向頭端發展，成為生產商，從而更了解用戶的需求。
代理的形式：服務平臺；服務機構；服務人群；服務社區；服務咨詢等多種形式。
代理的服務機制：基于招投標的方式；拍賣競價方式；基于團體的方式；基于個體的方式；基于短期的服務；中長期服務；永久服務等。
代理與客戶的關系有：簽約；超市；批發；附屬；協作等。
代理對云計算生態系統的作用：通過代理，獲得多家生產商服務目錄，可更有效地提供云計算服務；通過對客戶群的集中調研，可獲得客戶需求的第一手資料，為生產商發展決策服務。
目前，已有多家標準化機構包括OGF OCCI(cloud computing interoperability forum)，DMTF(desktop management task farce)，IETF(the internet engineering task force)和CCIF(cloudcomputing interoperability forum)在制訂云計算相關標準，用于為云計算服務商之間的協作提供標準化接口，這為客戶在各云服務提供商之間自由選擇資源服務組合提供了基礎。Norway學者Begnum通過開源工具MLN(manage large networks）將本地虛擬機與云計算服務器整合，實現本地和遠程云計算資源的統一管理和計算遷移，提高了系統的可擴展性。因此，云服務代理將更易于采用標準化技術實現不同云計算平臺的服務集成。Weimin Zheng等學者為普適計算環境設計云存儲平臺，即將智能電話、數字媒體播放器、筆記本電腦等手持設備的有限存儲空間與云存儲結合，通過云存儲平臺SmartBox提供影子存儲服務管理普適計算環境數據備份，支持用戶通過語義查詢搜索文件。其中也含有代理的思想。
云存儲作為云計算的核心資源，在異構存儲中存儲了多種異質數據，云存儲需要配置類似VFS等的虛擬文件系統，使用XML標記數據語義，需要開源工具整合異構存儲，為異構廠商的云存儲產品提供一個標準化文件系統接口以及自動化管理，使得異構終端可在不同的地理位置就近訪問不同的云存儲資源。田冠華等學者提出的云計算的基于失效規則的資源動態提供策略綜合考慮資源時空規律，可資借鑒。
6 可能存在的問題及其解決思路
云計算作為計算機網絡為載體的多種高新技術的集成，在人類社會、生產與生活中產生重要影響，對云計算技術的飛速發展，也許不僅僅是概念，而且是技術的綜合和集成，面對人類需求的廣泛性，云計算提供了實現的可能，跨越時空、機構、平臺、國界的全球合作可能。
可能存在的問題主要是安全及經濟相關問題：安全，信任，可控性、可靠性，價格與QoS控制、互操作性等。解決的思路有：在安全機制方面采用多重安全保證：認證、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化；在可控性和可靠性方面，可采用副本、冗余、托管等機制；價格與QoS控制方面，需要根據SLA，QoS需求與服務代價、公平競爭、市場等機制進行均衡、協調，比如采用最佳適配的服務流資源均衡匹配。不同云計算系統之間的互操作、以及云計算與遺留業務的集成，需要開放的標準與公認的、易用的接口。
另一方面，云計算與其他服務計算的并存與整合，也將是挑戰與機遇并存。可將早期的效用計算、網格計算作為云計算的基礎設施，通過中間件、API封裝、虛擬化、構件化等進行服務封裝和接口標準化，從而產生新的服務應用類型和高效益。
云計算的真正普及需要在接口標準化、安全、可靠性、生命周期管理、數字版權管理等方面進行技術、法律、經濟方面的協同支持。
7 結語
云計算不僅正在影響IT應用部署、開發、發布、運行與維護管理模式，而且將影響包括社會、經濟、人類生產與生活的各個方面，比如影響物質流、能量流、信息流、資金流等的流向。在云計算生態系統上，存在或可能產生多個生態角色，在技術、經濟、社會、人類、自然等生態鏈中協同進化，維護人類社會的可持續發展能力，發揮高技術在人類社會中的推動作用。這需要多方協作、全球協作、構建人類、生物、環境和諧共存、不斷發展的美好前景。由于云計算幾乎可提供傳統信息系統本地及網絡計算的所有資源和服務，提出云計算生態系統構成的模型、運行機制、平衡與協作等算法，并從云存儲出發，對云存儲生態子系統進行了探討，為云存儲的構建、協作共享提出解決的思路和方案。
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本文標題：云計算及云存儲生態系統研究(下)
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