Toward higher level abstractions for cloud computing

Goscinski, Andrzej，Brock, Michael

Deakin University

ABSTRACT

The general idea of cloud computing is offering computational resources as scalable, on demand services accessible over the internet. However, this new realisation of on demand computing is hindered by the amount of user involvement. Currently, high level abstractions in cloud computing only exist in the form of services. In particular, there is no effective means to publish, discover and finally use required services in clouds. In response, we propose a user level abstraction on top of already available cloud abstraction layers, present its concept using the resources via web services (RVWS) framework and demonstrate its feasibility by simplifying the exposure and use of clusters, a commonly used resource in cloud computing.

KEYWORDS

COMPUTING AND MATHEMATICS Computing Science, Applications and SoftwareInternet and Web Services

1. Cloud Computing at a Higher Level

In many ways, cloud computing is simply a metaphor for the Internet, the increasing movement of compute and data resources onto the Web. But therersquo;s a difference: cloud computing represents a new tipping point for the value of network computing. It delivers higher efficiency, massive scalability, and faster, easier software development. Itrsquo;s about new programming models, new IT infrastructure, and the enabling of new business models.

For those developers and enterprises who want to embrace cloud computing, Sun is developing critical technologies to deliver enterprise scale and systemic qualities to this new paradigm:

(1) Interoperability — while most current clouds offer closed platforms and vendor lock-in, developers clamor for interoperability. Sunrsquo;s open-source product strategy and Javatrade; principles are focused on providing interoperability for large-scale computing resources. Think of the existing cloud “islands” merging into a new, interoperable “Intercloud” where applications can be moved to and operate across multiple platforms.

(2) High-density horizontal computing — Sun is pioneering high-power-density compute-node architectures and extreme-scale Infiniband fabrics as part of our top-tier HPC deployments. This high-density technology is being incorporated into our large-scale cloud designs.

(3)Data in the cloud — More than just compute utilities, cloud computing is increasingly about petascale data. Sunrsquo;s Open Storage products offer hybrid data servers with unprecedented efficiency and performance for the emerging data-intensive computing applications that will become a key part of the cloud.

These technology bets are focused on driving more efficient large-scale cloud deployments that can provide the infrastructure for next-generation business opportunities: social networks, algorithmic trading, continuous risk analysis, and so on.

2. Why Cloud Computing?

(1)Clouds: Much More Than Cheap Computing

Cloud computing brings a new level of efficiency and economy to delivering IT resources on demand — and in the process it opens up new business models and market opportunities.

While many people think of current cloud computing offerings as purely “pay by the drink” compute platforms, theyrsquo;re really a convergence of two major interdependent IT trends:

IT Efficiency — Minimize costs where companies are converting their IT costs from capital expenses to operating expenses through technologies such as virtualization. Cloud computing begins as a way to improve infrastructure resource deployment and utilization, but fully exploiting this infrastructure eventually leads to a new application development model.

Business Agility — Maximize return using IT as a competitive weapon through rapid time to market, integrated application stacks, instant machine image deployment, and petascale parallel programming. Cloud computing is embraced as a critical way to revolutionize time to service. But inevitably these services must be built on equally innovative rapid-deployment-infrastructure models.

To be sure, these trends have existed in the IT industry for years. However, the recent emergence of massive network bandwidth and virtualization technologies has enabled this transformation to a new services-oriented infrastructure.

Cloud computing enables IT organizations to increase hardware utilization rates dramatically, and to scale up to massive capacities in an instant — without constantly having to invest in new infrastructure, train new personnel, or license new software. It also creates new opportunities to build a better breed of network services, in less time, for less money.

IT Efficiency on a Whole New Scale

Cloud computing is all about efficiency. It provides a way to deploy and access everything from single systems to huge amounts of IT resources — on demand, in real time, at an affordable cost. It makes high-performance compute and high-capacity storage available to anyone with a credit card. And since the best cloud strategies build on concepts and tools that developers already know, clouds also have the potential to redefine the relationship between information technology and the developers and busine

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迈向更高层次的云计算

Goscinski, Andrzej，Brock, Michael

迪肯大学

摘要：

云计算的一般概念是提供计算资源，作为可通过互联网访问的可扩展的随需应变服务。 然而，这种随需应变计算的新实现受到用户参与量的阻碍。 目前，云计算中的高级抽象仅以服务的形式存在。 特别是，没有有效的方法来发布，发现并最终在云中使用所需的服务。 作为回应，我们在已经可用的云抽象层之上提出用户级抽象，通过Web服务（RVWS）框架使用资源呈现其概念，并通过简化集群的暴露和使用来演示其可行性，集群是云中常用的资源计算。

关键字：计算与数学计算科学，应用与软件互联网与Web服务

1更高层次的云计算

在很多情况下，云计算仅仅是互联网的一个隐喻，也就是网络上运算和数据资源日益增加的一个隐喻。但是，还是存在差别的：云计算代表着一个网络运算价值的新的临界点。它提供更高的效率、更大的可扩展性和更快、更容易的软件开发。它是关于新的编程模型、新的信息技术基础设施和实现新的商业模型。

对于那些想拥有云计算的开发者和企业来说，Sun正在开发一些重要的技术，以便为开发者和用户提供这种新模式的企业级和更加系统话得品质服务。

（1）互操作性——当现有的多数云提供封闭式平台和供应商锁定时，许多开发者呼吁互操作。Sun 公司的开源产品策略和 Javatrade; 原则的集中于为海量计算资源提供互操作性。想象一下把现有的云“岛”融于一个新的可互操作“Intercloud”，其中可以在多个平台之间迁移应用程序并实现互操作。

（2）高密度水平计算——Sun公司正在首创高功率密度计算节点架构以及规模超大的无线带宽技术作为顶层 HPC 部署的组成部分。这种高密度技术正在融入我们大规模云的设计中。

（3）云中数据——云计算不仅仅是普通实用程序，而是逐渐成为处理千万亿次级数据的云计算。Sun公司的开放式存储产品为混合式数据服务器提供前所未有的效率和性能，以适应新兴数据密集型计算应用程序，而这些应用程序将成为云的一个关键组成部分。

这些技术集中于促进更高效更大规模的云部署，这些部署可以为下一代商业机会提供基础措施：社交网络，算法交易，持续风险分析等。

2为什么需要云计算？

2.1云：远远超过便宜计算

云计算根据需要提供IT资源并带来新层次的效率和经济，在这个过程中，云计算开创出新的商业模式和市场机会。

尽管许多人都把目前的云计算产品和服务视为纯粹的“pay by the drink”的计算平台，但他们确实是两种相互依存的主流IT趋势的集合：

IT效率——最大限度地降低成本: 公司正在通过像虚拟化这样的技术将其 IT成本从资本费用转变为经营费用。云计算起初作为一种改进基础设施资源部署和利用率的方法，但在充分利用此基础设施中最终产生一种新的开发模式。

商业敏捷性——最大限度地增加回报: 通过快速面市、集成化应用程序堆栈、即时机器映像部署和千万亿次级并行编程，使IT成为一种竞争利器。云计算被利用为一种使投入服务时间发生革命性变革的重要方法。但是，不可避免的是，这些服务必须建立在同样具有创新性的快速部署基础设施模型之上。

可以肯定地说，这些趋势已经在IT行业中存在很多年。然而，最近大规模网络贷款和虚拟化技术的出现使这种变革促成一种新的面向服务的基础设施。

云计算使IT机构能够极大地提高硬件利用率，并能够在极短时间内按比例提升到巨大容量，而不必时常地投资新的基础设施、培训新员工或发布新的软件许可证。云计算还创造出新的机会，能够在更少时间和使用更少的金钱构建一种更高级的网络服务。

2.2在全新规模上的IT效率

云计算是关于效率的计算。它提供一种以承担得起的成本实时按需部署和访问从单个系统到巨量 IT资源的方法。它使持有信用卡的任何人均能利用高性能计算和高容量存储。而且，由于最佳的云策略建立在开发人员已经知道的概念和工具基础之上，云还具有重新定义IT与开发人员以及开发人员所依赖的业务单元之间的关系的潜力。

减少资本支出——云计算使公司可以通过像虚拟化这样的技术将IT 成本从资本支出转变为运营费用。

降低资料处理中心运营成本——云计算提高基础设施利用率并简化资源管理。例如，云允许通过API进行自助服务，使数据中心实现更高水平的自动化和降低管理成本。

消除了过量配置——云计算按需提供扩展规模，把这一特性与公用设施定价结合在一起，消除了为满足需求而过量配置。利用云计算，公司可以在极短时间内立刻扩展到巨大容量。

对于那些认为云计算只是无价值的东西的人来说，请仔细看看已经可以使用的云产品。像Amazon.com、Google 等其他大型互联网提供商都在利用其基础设施投资“分享”大规模经济效益。Amazon Web服务 (AWS) 使用的带宽已经超过与其核心电子零售服务关联的带宽。各种具有远见的企业 (从 Web 2.0新创企业到国际化企业) 正在采用云计算来降低基础设施成本。

2.3更快、更灵活的编程

云计算不仅仅是关于硬件，它还是一场编程革命。敏捷、易于访问和轻量级的Web协议——与很普及的水平扩展架构相结合——可以加快新应用程序和服务的开发周期和面市时间。新的业务功能现在只需一个脚本就可解决问题。

加快周期——云计算模式提供了一种快速和更高效的方式去开发新一代的应用程序和服务。更快的开发和测试周期意味着企业可以用几个小时时间就能完成过去通常需要数天、数周甚至数月时间完成的工作。

提高敏捷性——云计算比任何其他模式更能适应变化。例如，Animoto Productions聚合工具制作商，这种工具可以从图像和音乐创建视频，使用云计算仅仅用三天时间从 50台服务器扩展到3,500台服务器。云计算还可以提供一个更大的选择更轻量级和敏捷的开发工具的范围，简化并加快了开发过程。

其效果立竿见影，创建服务有了前所未有的灵活性，加快了开发周期。但是，同时，如果这些工具没有真正实现开放性，开发灵活性就会受到API的限制。云计算可以为开发人员带来一个生产率新时代，如果他们建立在可以联合而非集中的平台之上。但在编程文化即将要在云中使用的语言里正在发生着一场重大变革。

今天，经过集成化和优化的开放源 Apache、MySQL、PHP/Perl/Python (AMP) 栈已成为构建和部署新型Web应用程序和服务的首选平台。云计算将会成为采用一系列甚至更新、更轻便、更敏捷的工具的催化剂，就如lighttpd (一种开源Web服务器) 、Hadoop (支持数据密集型分布式应用程序的免费 Java软件框架)、MogileFS(一种能够在任意数量机器之间实现水平扩展的文件系统)。

2.4把握新的机会: 云生态系统

但是，云计算不只是关于在少数基础设施供应商的产品上繁殖 Xen 映像栈。它还涉及一个新兴互补服务的生态系统，其中包含提供像用于云抽象的 On-ramp 这样的计算资源的辅助服务、帮助部署的专业服务、像分布式数据库这样的专用应用程序组件，以及用于全部IT提供商和消费者的虚拟私有专用数据资料处理中心。

这些服务可满足从单个开发人员和小型新创企业到大型企业不等的客户的要求。而且它们还在继续扩大虚拟化水平，而虚拟化是云中一个提供更高水平基本服务抽象的关键架构组件。

2.5云计算是怎么样开始的？

在基本水平上，云计算只是一种把IT资源当作服务来提供的手段。几乎所有IT资源都可以作为云服务来提供：应用程序、计算能力、存储容量、网络、编程工具，以至于通信服务和协同工具。

云计算最早为Google、Amazon等其他构建基础设施的大型互联网服务提供商所采用。于是产生一种架构：大规模扩展、水平分布的系统资源，抽象为虚拟 IT 服务，并作为持续配置、合用的资源进行管理。这种架构模式被 George Gilder 在其 2006 年10月在Wired 杂志上发表的文章(标题为 “信息工厂”)中进行了详细介绍。Gilder 所描写的服务器庄园在架构上与网格计算相似，但其中网格用于松散结合的技术计算应用程序，而这种新的云模式则应用于互联网服务。

云和网格都被设计为可非常高效地进行水平扩展。二者都能经受得起个别元素或节点的失败。二者都按使用情况收费。然而网格通常处理批作业，并且有明确的起点和终点，而云服务却可以持续运行。并且，云扩大了可用资源的类型 (文件存储、数据库和 Web 服务)，并且将适应范围延伸至 Web 和企业应用程序。

与此同时，实用计算的概念成为 IT 设计和运营的一个焦点。就像Nick Carr 在其《大转换》一书中所指出的那样，计算服务基础设施开始与作为公用设施的电的发展相似。如果您可以在需要时以按需付费形式购买计算资源，那不是非常好吗?

就最终用户来说，云计算意味着没有硬件购置成本、没有软件许可证或升级的管理、不需要雇佣新的员工或咨询人员、不需要租赁设施、没有任何种类的基建投资，而且还没有隐性成本。只是一种用仪表测量出来的、根据使用情况支付的订购费或固定的订购费。只是用您所需的量，而且只按使用量付费。

云计算实际上把实用模式推到了新的水平。它是一种新颖和进化的实用计算形式，其中许多不同类型的资源(硬件、软件、存储、通信等)可即时合并和再合并成为客户所要求的特定能力或服务。从用于HPC项目的CPU周期到用于企业级备份的存储容量，再到用于软件开发的完整IDE，云计算都可以实时提供几乎任何IT能力。在许多情况下，各种各样的机构和个人都喜欢作为一种服务来购买 “计算”，而且那些已经在建超级分布式数据中心的公司毫无例外地会选择作为一种服务来提供这种基础设施。

2.6利用云计算

那么个人或企业如何利用云计算趋势? 这不仅仅是把包含您整个软件栈的机器映像加载到一个公用云(如 AWS)上的问题，因为还可以通过多种不同方法来利用此基础设施并探索新商业模式的生态系统。

2.6.1使用云

基于公用的商业化云的服务产品的数量和质量增长的非常快速。使用云对于新创企业、研究项目、Web 2.0开发人员或想要“加载并执行”的特定用户来说都是最佳选择。如果您现在是一个新创的互联网企业，您的投资者就会要求您最大限度地减少IT支出。这当然不是云的目的所在。

2.6.2掌控云

一般来说，企业使用公用云来执行特定功能或工作负载。云对于下面几项任务来说是一个非常具有吸引力的替代选择：

开发和测试——这也许是对于企业 (不只是新创企业的开发人员)最容易的云使用案例。如果您还不知道项目是否通过概念证明，为何要等着给服务器发出指令呢?

功能卸载——您可以将云用于特定工作负载。例如，SmugMug 在云中作为一项批作业执行其映像微缩功能。

增加——云为您提供一个在需要服务时处理峰值负载或预期波峰的新选项。这对于企业来说是一个非常具有吸引力的选择，但也可能是最困难的使用案例之一。成功取决于应用程序有状态性以及与可能需要在两个站点之间复制和均衡负载的其他数据集的相关性。

实验——为什么要下载新软件的演示版，然后安装、许可和测试呢？将来，软件测评可以在需要购买许可证或支持之前在云中进行。

2.6.3构建云

许多大型企业了解云计算的经济效益，但希望确保严格执行安全策略。因此，他们正在首先试验“专用”云，长远的选择是将成熟的企业应用程序迁移到一个能够提供恰当服务水平的云中。

其他公司可能只想构建专用云来利用资源池的经济效益，并标准化其开发和部署过程。

2.6.4成为云

这个类别同时包括云计算服务提供商和云整合商——提供多种类型云服务的公司。

随着企业和服务提供商获得云架构模式方面的经验，并在可用的安全和访问控制技术方面产生信心，其中大部分将会决定部署外向型云服务。现在，某些现有的公用云的高增长率无疑会加速推进这一势头。Amazon的EC2只是在两年前推出的2008 年10月才正式从Beta 版升级到普遍上市。

云服务提供商可以：

为新创企业和 Web 2.0 应用程序开发人员提供进入市场的新路径；提供新的增值功能，例如，分析；通过企业级 SLA创造竞争优势；帮助企业客户开发自己的云。

如果您目前正在构建大型数据中心，您很可能应该考虑是否打算提供云服务。

3公用云、专用云和混合云

一个公司可以选择使用某个服务提供商的云或者构建其自己的云，但是否始终都是要么拥有一切要么什么也没有? Sun公司看到一个把两个基本选项的优势调和起来的机会。

公用云由第三方运行，而且可以把来自许多不同客户的作业在云内的服务器、存储系统和其它基础设施上混合在一起。最终用户不知道运行其作业的同一台服务器、网络或磁盘上还有哪些用户。

专用云是处理数据保护和服务级问题的公司的良好选项。专用云是由单个客户所拥有的按需提供基础设施，该客户控制哪些应用程序在哪里运行。它们拥有服务器、网络和磁盘，并且可以决定允许哪些用户使用基础设施。

但是，即使是感到构建专用云时间紧迫的人士都有可能希望同时在私有基础设施和公用云空间里运行应用程序。这就产生了混合云这一概念。

混合云把公用云模式与专用云模式结合在一起。您部分拥有，部分与他人共享，不过是通过一种可控的方式。混合云提供根据需要且在外部预配置的扩展规模的承诺，但增加了确定如何在这些不同环境之间分配应用程序的复杂性。尽管企业可能会为混合云承诺所吸引，但此选项至少在最初可能会保留给不需要复杂数据库或同步的简单的有状态应用程序。

4云计算的定义

4.1基础性技术

尽管云计算的基本技术(如水平扩展分布式计算节点)已经应用一段时间了，但虚

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