IaaS即基础设施即服务(图9.3),指把IT基础设施作为一种服务通过网络对外提供,并根据用户对资源的实际使用量或占用量进行计费的一种服务模式。在这种服务模型中,普通用户不用自己构建一个数据中心等硬件设施,而是通过租用的方式,利用Internet从IaaS服务提供商获得计算机基础设施服务,包括服务器、存储和网络等服务。在使用模式上,IaaS与传统的主机托管有相似之处,但是在服务的灵活性、扩展性和成本等方面IaaS具有很强的优势。

图9.3　IaaS

IaaS,最简单的云计算交付模式,它用虚拟化操作系统、工作负载管理软件、硬件、网络和存储服务的形式交付计算资源。它也可以包括操作系统和虚拟化技术到管理资源的交付。

IaaS能够按需提供计算能力和存储服务。不是在传统的数据中心中购买和安装所需的资源,而是根据公司需要,租用这些所需的资源。这种租赁模式可以部署在公司的防火墙之后或通过第三方服务提供商实现。

虚拟化经常作为云计算的基础。虚拟化从物理底层交付环境中分离资源和服务。通过这种方法,可以在单一的物理系统内创建多个虚拟系统。虚拟化的驱动因素来自服务器的合并,它可为组织提供效率和潜在成本的节约。

(1)IaaS的特点

1)租赁

当使用IaaS服务,购买服务器和存储资源时,可以获得需要资源的即时访问。然而,你不是租赁实际的服务器或其他基础设施。它不像租来一辆卡车开到你的办公室交付服务。该物理组件仍放在基础设施服务提供商的数据中心。在一个私有的IaaS内,租赁呈现出不同的重点。虽然可能不会对每个访问资源的用户收费,在该收费模式中,可以根据各个部门的使用情况,按一星期、一个月或者一年分配使用费用。由于IaaS模型的灵活性,较多资源的使用者应该比较少资源的使用者支付更多的费用。

2)自助服务

自助服务是IaaS的一个关键特性,能让用户通过一个自助服务门户获得资源,如服务器和网络,而无需依赖IT为他们提供这些资源。该门户类似于一台银行自动取款机(ATM)模型,通过一个自助服务界面,可以轻松处理多个重复性任务。

3)动态缩放

当资源能按照工作负载或任务需求自动伸展或收缩时,这就称为动态缩放。如果用户需求比预期的资源要多,就可以立即获得它们。这种IaaS的提供商或创建者通常优化了环境,这样的硬件、操作系统和自动化可以支持一个巨量的工作负载。

4)服务等级

许多消费者获得了按需模型的能力,而无需签署合同。在其他解决方案中,消费者要为特定的存储量和/或计算量签订一份合同。一个典型的IaaS合同有某个等级的服务保障。在低端市场中,供应商可能会声明:该公司会尽最大努力提供良好的服务。根据不同的服务和价格,可以承包99.999%的可用性。用户需要的服务等级取决于用户正在运行的工作负载。

5)许可

使用公共的IaaS运行用户希望的软件,已导致在许可(不是用户和云提供商之间的许可)和支付模式上的创新。例如,一些IaaS和软件供应商已经创造了自带许可(BYOL)计划,这样,就用一种方法,即可在传统环境中也可在云环境中,使用软件了。另一种选择是即用即付(PAYG)模式,它一般集成了软件许可和按需基础设施服务。

6)计量

计量确保用户能按照需要的资源和使用收费。这种计量按照对IaaS服务的评估收费,从实例的启动开始,到实例的终止结束。除了每个实例的基本费用,IaaS提供商还可以对存储、数据传输以及可选的服务(如增强安全性、技术支持或先进监视等)收费。

(2)IaaS的核心技术

1)虚拟化技术(www.daowen.com)

通常是指计算元件在虚拟的基础上而不是真实的基础上运行。虚拟化技术可以扩大硬件的容量,简化软件的重新配置过程。CPU的虚拟化技术可以单CPU模拟多CPU并行,允许一个平台同时运行多个操作系统,并且应用程序都可以在相互独立的空间内运行而互不影响,从而显著提高计算机的工作效率。

2)分布式存储技术

分布式存储,是将数据分散存储在多台独立的设备上。传统的网络存储系统采用集中的存储服务器存放所有数据,存储服务器成为系统性能的瓶颈,也是可靠性和安全性的焦点,不能满足大规模存储应用的需要。分布式网络存储系统采用可扩展的系统结构,利用多台存储服务器分担存储负荷,利用位置服务器定位存储信息,它不但提高了系统的可靠性、可用性和存取效率,还易于扩展。

3)高速网络技术

通常人们把4 Mbps以下的网络称为低速网,把10～16 Mbps的网络称为中速网,而把20 Mbps以上的网络称为高速网。智能理论和技术在高速网络的业务量控制、路由选择等方面有很好的应用前景。高速网络的业务量控制和路由选择是高速网络管理的关键问题,直接影响到网络的效率和性能。它们的最大特点是实时性要求很高,复杂耗时的解析算法是难以采用的。为了保证实时性,在选择控制算法时,主要以简单快速为目标。但过于一般的简单算法往往难以提高网络的利用率,因此人们希望用智能化的方法来解决这类问题。大量研究结果表明,采用神经网络、遗传算法、模糊控制等方法的确能够有效地提高控制的实时性和网络的利用率,可以预计,高速网的管理和控制将越来越多地采用智能化的方法。

4)超大规模资源管理技术

云计算需要对分布的、海量的数据进行处理、分析,因此,数据管理技术必需能够高效地管理大量的数据。云计算系统中的数据管理技术主要是Google的BigTable数据管理技术和Hadoop团队开发的开源数据管理模块HBase。由于云数据存储管理形式不同于传统的RDBMS数据管理方式,如何在规模巨大的分布式数据中找到特定的数据,也是云计算数据管理技术所必须解决的问题。同时,由于管理形式的不同造成传统的SQL数据库接口无法直接移植到云管理系统中来,研究关注在为云数据管理提供RDBMS和SQL的接口,如基于Hadoop子项目HBase和Hive等。另外,在云数据管理方面,如何保证数据安全性和数据访问高效性也是研究关注的重点问题之一。

5)云服务计费技术

云计费是使用一组预定义的计费策略从资源使用数据生成账单的过程。定义一种支持面向服务的体系结构的云计费服务模块,涵盖了功能要求(报价服务,转换功能和策略,支付方案和用户标识)以及非功能性但必不可少的要求,例如安全性、可扩展性、标准和容错能力。不同的云服务的计费策略是不同的。

(3)IaaS的优势

1)低成本

企业不需要购置硬件,省去了前期的资金投入;使用IaaS服务是按照实际使用量进行收费的,不会产生闲置浪费;IaaS可以满足突发性需求,企业不需要提前购买服务。

2)免维护

IT资源运行在IaaS服务中心,企业不需要进行维护,维护工作由云计算服务商承担。

3)伸缩性强

IaaS只需几分钟就可以给用户提供一个新的计算资源,而传统的企业数据中心则需要数天甚至更长时间才能完成;IaaS可以根据用户需求来调整资源的大小。

4)支持应用广泛

IaaS主要以虚拟机的形式为用户提供IT资源,可以支持各种类型的操作系统,因此IaaS可以支持的应用范围非常广泛。

5)灵活迁移

虽然很多IaaS服务平台都存在一些私有的功能,但是随着云计算技术标准的诞生,IaaS的跨平台性能将得到提高。运行在IaaS上的应用将可以灵活地在IaaS服务平台间进行迁移,不会被固定在某个企业的数据中心。