雲計(jì)算是一次新的(de)IT革命。目前，普遍認爲雲計(jì)算服務可(kě)以分(fēn)基礎設施即服務（Infrastructure as a service，IaaS）、平台即服務和(hé)軟件(jiàn)即服務3類。IaaS面向企業(yè)用(yòng)戶，提供包括服務器(qì)、存儲、網絡和(hé)管理(lǐ)工(gōng)具在内的(de)虛拟數據中心，可(kě)以幫助企業(yè)削減IT建設成本和(hé)運維成本。在數據中心的(de)物(wù)理(lǐ)基礎設施上(shàng)，IaaS通過虛拟化技術(shù)整合出了虛拟資源池。對提供基礎設施提供商來說，雲計(jì)算平台主要是由各種機器(qì)組成的(de)數據中心、一組部署管理(lǐ)的(de)軟件(jiàn)以及通過部署生成的(de)虛拟機組成。與現有(yǒu)的(de)企業(yè)數據中心相(xiàng)比，雲計(jì)算平台具有(yǒu)很多優勢，如(rú)靈活的(de)IT基礎架構、資源的(de)按需分(fēn)配和(hé)資源的(de)快速供給等，這些特點使得雲計(jì)算特别适合于互聯網環境下爲用(yòng)戶提供短期的(de)、靈活的(de)服務。

    随著(zhe)雲計(jì)算應用(yòng)技術(shù)的(de)發展，數據中心面臨著(zhe)新的(de)挑戰和(hé)發展機遇。傳統的(de)數據中心，無論是企業(yè)私有(yǒu)數據中心，還是以提供租賃服務爲主的(de)運營商互聯網數據中心（Internet data center，IDC），都(dōu)面臨飛(fēi)速增長的(de)空間擁擠、能(néng)耗巨大(dà)和(hé)管理(lǐ)複雜等問題。在雲計(jì)算環境下，采用(yòng)以虛拟化爲核心技術(shù)的(de)新一代虛拟數據中心在高(gāo)密度的(de)硬件(jiàn)資源環境下，占用(yòng)更少(shǎo)的(de)機架、電源和(hé)空調等物(wù)理(lǐ)資源，可(kě)以更快速、靈活、有(yǒu)效地(dì)部署更多的(de)應用(yòng)，促進數據中心“綠(lǜ)化”建設。更爲潛在的(de)作用(yòng)是，雲計(jì)算數據中心機房可(kě)以顯著(zhe)降低人(rén)員及管理(lǐ)成本，在經過低成本的(de)改造過程後機房運維可(kě)以實現無人(rén)值守、實時監控、自動系統安裝和(hé)硬件(jiàn)故障報警等綜合性的(de)雲服務系統。

    中小(xiǎo)企業(yè)是推動中國雲計(jì)算發展的(de)主要驅動因素之一。對正處于成長期的(de)中小(xiǎo)企業(yè)而言，投資建設IT基礎架構的(de)投資回報率較低，并且很難與業(yè)務的(de)快速成長匹配。雲計(jì)算具有(yǒu)部署靈活、随需随用(yòng)、按需定制(zhì)和(hé)性價比高(gāo)等特點，能(néng)爲這些中小(xiǎo)企業(yè)提供合适的(de)解決方案。

    随著(zhe)互聯網基礎設施的(de)快速發展，互聯網應用(yòng)已經滲透到(dào)社會(huì)生活的(de)各個(gè)方面。互聯網應用(yòng)具有(yǒu)高(gāo)吞吐率、高(gāo)并行(xíng)性和(hé)較強的(de)交互性等特點，在服務上(shàng)具有(yǒu)非确定性，表現爲“盡力而爲”，較少(shǎo)涉及到(dào)複雜的(de)運算。互聯網應用(yòng)的(de)特征爲開(kāi)發雲操作系統提供了最基本的(de)依據。互聯網應用(yòng)的(de)迅猛發展對雲操作系統提出了新的(de)挑戰和(hé)需求。目前，面向大(dà)型互聯網的(de)雲計(jì)算的(de)關鍵技術(shù)主要還是掌握在外國大(dà)型公司的(de)手中。探究大(dà)型互聯網環境中大(dà)規模計(jì)算資源、網絡資源、存儲資源和(hé)軟件(jiàn)資源等的(de)靈活調度及按需部署仍然是一個(gè)較爲前沿的(de)研究課題。

    雲計(jì)算對運營商是發展契機，一方面它能(néng)夠優化IT資源、降低企業(yè)内部的(de)運營成本，另一方面也(yě)是運營IT業(yè)務的(de)切入點。爲解決目前實際運維中出現的(de)管理(lǐ)成本高(gāo)、第三方提供的(de)雲平台的(de)許可(kě)費過高(gāo)且不滿足動态多變的(de)互聯網應用(yòng)需求等問題，必須設計(jì)和(hé)開(kāi)發雲操作系統INACloud。 INACloud要盡可(kě)能(néng)兼容既有(yǒu)資源，并能(néng)與現有(yǒu)業(yè)務平台對接，其主要目标服務群體是中小(xiǎo)企業(yè)，并要求具有(yǒu)方便的(de)定制(zhì)能(néng)力，表現爲以下兩方面：

    （1）自動化資源部署。“雲”的(de)核心功能(néng)是自動爲用(yòng)戶提供IT服務，用(yòng)戶、管理(lǐ)員和(hé)其他(tā)人(rén)員能(néng)通過界面對雲計(jì)算平台進行(xíng)管理(lǐ)和(hé)監控。完全自動化的(de)部署流程不僅符合安全要求，而且能(néng)自動滿足用(yòng)戶的(de)需求，通過提高(gāo)現有(yǒu)資源的(de)利用(yòng)率和(hé)複用(yòng)率節省成本。

    （2）端到(dào)端服務請求管理(lǐ)。該流程管理(lǐ)可(kě)以提供對服務請求的(de)全周期管理(lǐ)，包括訂單處理(lǐ)、系統開(kāi)通和(hé)服務計(jì)費等。

    1.開(kāi)源雲計(jì)算操作系統選型

    “全新”設計(jì)一個(gè)雲操作系統，從成本效益來看是不可(kě)取的(de)。既要滿足自己的(de)需要，又(yòu)要避免陷入成本陷阱，因此，更可(kě)行(xíng)的(de)途徑是選擇一個(gè)合适的(de)開(kāi)源雲操作系統作爲基礎，進行(xíng)本土(tǔ)化定制(zhì)和(hé)二次開(kāi)發。

    除Amazon，Google提供的(de)雲計(jì)算操作系統外，雲計(jì)算操作系統還包括Eucalyptus，OpenNebula，OpenStack，OpenQRM，XenServer，CloudStack，ConVirt等。每種雲計(jì)算操作系統都(dōu)具有(yǒu)一定的(de)特點，其中大(dà)部分(fēn)雲計(jì)算操作系統采用(yòng)開(kāi)源模式，但(dàn)社區規模較小(xiǎo)，活躍程度也(yě)不高(gāo)。除了Eucalyptus系統積極地(dì)鼓勵社區用(yòng)戶參與項目的(de)開(kāi)發與測試之外，其他(tā)雲計(jì)算操作系統選擇開(kāi)放(fàng)源代碼隻是一種營銷策略，并且價格大(dà)多較貴。另外，部分(fēn)操作系統每年需要更新一次服務器(qì)許可(kě)證，僅管理(lǐ)和(hé)維護許可(kě)證就是個(gè)複雜問題。

    國内開(kāi)發雲計(jì)算操作系統較晚，目前仍處于起步階段，所以大(dà)多直接引入國外的(de)雲操作系統或通過引進國外商業(yè)産品的(de)技術(shù)核心及平台進行(xíng)架構。浪潮、中興、阿裏巴巴和(hé)華爲等公司相(xiàng)繼推出了各自的(de)雲計(jì)算系統或雲計(jì)算平台，如(rú)浪潮的(de)“雲海(hǎi)OS、中興的(de)“CoCloud雲操作系統”和(hé)阿裏巴巴的(de)“阿裏雲OS”等。這些雲操作系統還處于探索階段，尚未廣泛使用(yòng)，并且系統的(de)性能(néng)、價格和(hé)安全性等還有(yǒu)待市場(chǎng)檢驗。考慮到(dào)知識産權、建設成本和(hé)管理(lǐ)成本等因素，研究并自主開(kāi)發開(kāi)放(fàng)的(de)、兼容的(de)、滿足實際運營需求的(de)雲操作系統十分(fēn)必要。

    結合目前業(yè)界最先進的(de)虛拟化技術(shù)、開(kāi)源IaaS平台管理(lǐ)技術(shù)，利用(yòng)自身雲計(jì)算運營的(de)經驗，進行(xíng)研發、改造生成滿足運營需求、技術(shù)領先的(de)雲計(jì)算管理(lǐ)平台。經過初步篩選，本工(gōng)作重點考察OpenStack和(hé)CloudStack開(kāi)源雲計(jì)算平台，并分(fēn)别搭建測試環境。

    C1oudStack平台的(de)前身是Cloud.com的(de)平台，作爲全球最成功的(de)公共雲平台之一，已經幫助至少(shǎo)85個(gè)大(dà)規模生産性雲平台實現了10億美(měi)元以上(shàng)的(de)運營收入。它支持VMWARE ESX，Xen，KVM，Hyper-V和(hé)Bare Metal裸金(jīn)屬服務器(qì)，并提供了大(dà)量的(de)雲計(jì)算管理(lǐ)工(gōng)具，如(rú)VM自助式供應、動态工(gōng)作負載管理(lǐ)和(hé)多租戶管理(lǐ)等。

    出于後續運營及技術(shù)等方面的(de)考慮，本工(gōng)作決定采用(yòng)以CloudStack爲主，參考OpenStack的(de)方式進行(xíng)後續雲計(jì)算操作系統的(de)研發。

    2.INACloud的(de)架構設計(jì) 

    （1） Zone。一個(gè)Zone包含多個(gè)pod和(hé)二級存儲，是最大(dà)的(de)組織單元，傳統上(shàng)對應一個(gè)數據中心（在數據中心可(kě)以有(yǒu)多個(gè)zone），優點是提供物(wù)理(lǐ)上(shàng)的(de)獨立性和(hé)冗餘性。

    （2） Pod。一個(gè)硬件(jiàn)陣列，包含一個(gè)2層交換機、若幹個(gè)集群。Pod類似于機架，同一Pod中的(de)主機在同一子網中。Pod對于最終用(yòng)戶是不可(kě)見的(de)。

    （3） Cluster。一個(gè)CIuster包括若幹個(gè)主機和(hé)主存儲。集群提供一種組織節點的(de)方式，可(kě)以是XenServerserver池、一組KVM server或者是事先在vCenter中事先配置好的(de)VMvare集群。一個(gè)集群中的(de)計(jì)算節點有(yǒu)同樣的(de)硬件(jiàn)、hypervisor和(hé)子網，能(néng)夠訪問共享的(de)主存儲。虛拟機能(néng)夠在不中斷的(de)情況下于一個(gè)集群内遷移。

    （4） Host。單個(gè)的(de)計(jì)算節點，以虛拟機的(de)形式提供真正的(de)雲服務。

    （5）主存儲。與一個(gè)集群相(xiàng)連，負責保存虛拟機運行(xíng)時所需的(de)磁盤卷。

    （6）二級存儲。與一個(gè)Zone相(xiàng)連，存儲模闆、ISO鏡像和(hé)磁盤快照(zhào)等。

    2.1 組件(jiàn)結構

    CloudStack采用(yòng)“框架+插件(jiàn)”的(de)系統構架，通過不同的(de)插件(jiàn)來提供對不同虛拟化技術(shù)的(de)支持，同時，這種系統構架也(yě)爲定制(zhì)CloudStack提供了可(kě)能(néng)性。如(rú)圖2所示，INACloud在CloudStack上(shàng)增加了調度服務、計(jì)費服務和(hé)監控服務等。