云计算体系架构及其应用：核心服务、用户接口、服务管理

云计算可以按需提供弹性资源，它的表现形式是一系列服务的集合。结合当前云计算的应用与研究，其体系架构可分为核心服务、服务管理、用户访问接口三层，如图1-1所示。

核心服务层将硬件基础设施、软件运行环境、应用程序抽象成服务，这些服务具有可靠性强、可用性高、规模可伸缩等特点，满足多样化的应用需求。

服务管理层为核心服务提供支持，进一步确保核心服务的可靠性、可用性与安全性。

用户访问接口层实现端到云的访问。

1.核心服务层

云计算核心服务通常可以分为3 个子层：基础设施即服务层（IaaS，Infrastructure as a Service）、平台即服务层（PaaS，Platform as a Service）与软件即服务层（SaaS，Software as a Service）。

图1-1　云计算体系架构

IaaS提供硬件基础设施部署服务，为用户按需提供实体或虚拟的计算、存储和网络等资源。在使用IaaS层服务的过程中，用户需要向IaaS层服务提供商提供基础设施的配置信息，运行于基础设施的程序代码以及相关的用户数据。由于数据中心是IaaS层的基础，因此数据中心的管理和优化问题近年来成为研究热点。另外，为了优化硬件资源的分配，IaaS层引入了虚拟化技术。借助于KVM、Xen、VMware等虚拟化工具，可以提供可靠性高、可定制性强、规模可扩展的IaaS层服务。

PaaS是云计算应用程序运行环境，提供应用程序部署与管理服务。通过PaaS层的软件工具和开发语言，应用程序开发者只需上传程序代码和数据即可使用服务，而不必关注底层的网络、存储、操作系统的管理问题。由于目前互联网应用平台（如Facebook、Google、淘宝等）的数据量日趋庞大，PaaS层应当充分考虑对海量数据的存储与处理能力，并利用有效的资源管理与调度策略提高处理效率。(www.xing528.com)

SaaS是基于云计算基础平台所开发的应用程序。企业通过租用SaaS层服务解决企业信息化问题，如通过GMail建立属于该企业的电子邮件服务。该服务托管于Google的数据中心，企业不必考虑服务器的管理、维护问题。对于普通用户来讲，SaaS层服务将桌面应用程序迁移到互联网，实现应用程序的泛在访问。

2.服务管理层

服务管理层对核心服务层的可用性、可靠性和安全性提供保障。服务管理包括服务质量（QoS，Quality of Service）保证和安全管理等。云计算需要提供高可靠、高可用、低成本的个性化服务。然而云计算平台规模庞大且结构复杂，很难完全满足用户的QoS需求。为此，云计算服务提供商需要和用户进行协商，并制定服务水平协议（SLA，Service Level Agreement），使得双方对服务质量的需求达成一致。当服务提供商提供的服务未能达到SLA 的要求时，用户将得到补偿。此外，数据的安全性一直是用户较为关心的问题。云计算数据中心采用的资源集中式管理方式使得云计算平台存在单点失效问题。保存在数据中心的关键数据会因为突发事件（如地震、断电等）、病毒入侵、黑客攻击而丢失或泄露。根据云计算服务特点，研究云计算环境下的安全与隐私保护技术（如数据隔离、隐私保护、访问控制等）是保证云计算得以广泛应用的关键。

除了QoS保证、安全管理外，服务管理层还包括计费管理、资源监控等管理内容，这些管理措施对云计算的稳定运行同样起到重要作用。

3.用户访问接口层

用户访问接口实现了云计算服务的泛在访问，通常包括命令行、Web服务、Web门户等形式。命令行和Web服务的访问模式既可为终端设备提供应用程序开发接口，又便于多种服务的组合。Web门户是访问接口的另一种模式。通过Web门户，云计算将用户的桌面应用迁移到互联网，从而使用户随时随地通过浏览器就可以访问数据和程序，提高工作效率。虽然用户通过访问接口使用便利的云计算服务，但是由于不同云计算服务商提供接口标准不同，导致用户数据不能在不同服务商之间迁移。

为此，在Intel、Sun和Cisco等公司的倡导下，云计算互操作论坛（CCIF，Cloud Computing Interoperability Forum）宣告成立，并致力于开发统一的云计算接口（UCI，Unified Cloud Interface），以实现“全球环境下不同企业之间可利用云计算服务无缝协同工作”的目标。