面向服务体系架构的云计算框架模型研究

刘太甫

(黄冈职业技术学院电子信息学院，湖北黄冈438002)

随着互联网信息技术和高性能计算的发展，在产业界、学术界、IT界等各个领域产生的数据量，以前所未有的速度不断增长，海量数据的出现为人们提出新的挑战。为了有效满足面向互联网的复杂应用及对大规模计算能力、海量数据处理和信息服务的需求，必须有效地整合分散的计算资源。在这种情况下，“云计算”概念被提出来。

云计算是一种通过网络对IT基础设施的交付和使用模式，一种新型服务的计算模式，是用一种共享基础架构的方法，能够向各种互联网应用提供硬件服务、基础架构服务、平台服务、软件服务、存储服务的系统。它的核心是提供计算资源、数据存储和网络服务。

面向服务的体系结构(Service-Oriented Architecture，SOA)是指在Internet环境下为了解决业务集成的需要，通过连接完成特定任务的独立功能实体实现的一种软件体系结构［1］。它能实现服务的高可重用性、灵活性。云计算是一种能够动态提供虚拟化可扩展资源的计算模式，这些资源作为服务通过互联网向外发布。所以，云计算实际上是使用互联网资源的SOA，结合两者的优势。而为人们提供网络资源共享的便利。

1 云计算与SOA的特征

云计算借助易于扩展、维护升级便捷等特性已经不断被应用到互联网中，笔者通过介绍云计算与SOA的特征，使基于云上的SOA架构随着互联网的发展而不断应用到其中。

1.1 云计算的特点

云计算是把存储于个人电脑、服务器和其他设备的大量存储器容量和处理器资源集中在一起，统一管理并协同工作。它的原理是将计算或欲存储的数据分配到云环境中的各个节点，然后按需提供存储空间和信息服务。云计算通过网络访问、按需服务、资源共享、低成本等优势，表现出具有大规模、虚拟化、用户透明性、水平垂直可扩展性［2］、可靠安全性等特征。

云计算是一种部署架构，它的基本应用框架分为基础设施层、应用层、服务提供层(如图1)。处在最低层的是基础设施层，该层主要包括支撑云计算的软硬件资源，通过将软硬件资源有机的结合起来，能够有效地满足用户的需求。倒数第二层是应用层，这一层是云计算服务的核心层，它能够为应用开发人员提供建立应用时所需的基于云的服务，即云平台服务。开发人员就是云平台的直接用户，通过云平台可以将请求传递给应用，然后使得应用可以运行。最上面一层为服务提供层，用户的所有服务基本都是通过这一层与云计算服务提供方进行交互，并得到云计算的服务结果。这一层主要是和用户应用接口相关的软件，是云计算服务推向市场过程中最应该重视的层面，因为软件的界面是否友好、功能是否全面，将直接影响着用户使用云计算的基本框架。

图1 云计算的基本应用框架

1.2 SOA的特征

SOA是一个组件模型，是设计企业IT的架构方法，由一系列相互交互的服务组成，能够将不同类别、不同平台的服务结合在一起，动态地、实时地更新维护一个跨区域的多功能的应用实体。

SOA架构的系统具有以业务为中心、随需应变和统一标准的特点。其中，企业服务总线(ESB)是SOA基础架构的关键组件。SOA可以随需应变地适应业务的内容变化和发展。如图2所示，SOA通过标准化的机制，将这些服务注册于公共数据库之中，易被服务使用方发现，实现服务使用方和服务提供方之间的动态绑定和直接交互，从而完成企业应用中的一定逻辑功能［3］。从云计算模式角度分析，图2中的服务代理方和服务提供方都部署在云端，以云计算的形式为服务使用方提供服务。服务使用方既不关心也无需知道这些服务屏蔽的具体细节，只需关心需要什么服务即可。

图2 SOA体系结构图

2 云计算与SOA的融合

云计算是按照使用者的需求提供软件应用服务的业务模式，SOA可发挥其在系统和接口标准化等方面的优势，为云计算提供一个较好的技术平台。SOA在云计算的服务提供层而进行资源整合，云计算补充了底层硬件层面资源虚拟化和整合，两者的理念是相似的。

由于云内的应用需要标准化和规范化，它们需要一套完整的架构将其整合在一起形成一个完整的服务或服务流程，同时SOA也实现了对已有服务粒度的重定义，这在技术上使得云内的应用演变成了标准的云服务，并通过统一的服务治理策略来进行统一管理和维护。因此，云计算在其发展过程中与SOA必然会产生交集。

从上述对云计算和SOA的分析可以看出，云计算是一个面向服务的基础设施，它采用了SOA的架构原则并且把这个原则应用到了一个基础设施。SOA作为一个成熟的体系结构，能够为云计算引入成熟的工作流程。云计算利用SOA可以将基础设施作为一组服务提供给用户。SOA可以指导云计算更加有效地提供服务。云计算涉及的服务概念是SOA中服务的延伸。为此，SOA与云计算需要彼此融合，相互补充，促进彼此发展和能力完善，从而形成一种有竞争力的框架模型。不仅可以很好地契合企业信息化建设永无止境、不断创新的特点，同时也可兼顾企业应用的高稳定、高复用、易扩展、易维护、低成本策略，实现企业资源的共享与重用，满足企业快速发展的需要。

3 面向服务架构的云计算框架模型

掌握SOA和云计算的各自适用范围、相互融合关系，理解SOA对云计算技术和应用需求的支撑，能更好地引导和规范SOA和云计算技术在实际应用中的实施。因此，笔者借鉴SOA与云计算的特点及相互融合过程，提出了面向服务架构的云计算框架模型如图3所示。

图3 面向服务架构的云计算框架模型

该云计算框架模型分为用户层、代理层、平台层，其中平台层中包括基础设施层与应用层。用户完成一次的访问过程是先访问用户层的业务系统，然后通过代理层将信息资源匹配到能满足用户条件的服务，建立用户层与平台层之间的映射关系，并提供相应的接口。下面对各层进行定义描述。

(1)平台层。平台层包括了云计算系统中的基础设施层与应用层。该层通过虚拟化技术将软硬件资源共享至虚拟资源池。由于单一的或复合的云资源可以组成云资源单元来提高资源的可管理性和稳定性，这些云单元被封装成标准的云服务，服务之间是对等的。云服务主要实现单个服务的共享，为服务构造层的云计算服务提供注册功能。最后通过SOA的企业总线(ESB)对云服务进行统一管理、分类、组合而成的具有相同功能的云计算服务集合，即虚拟服务。云计算和虚拟服务的分离实现了服务的虚拟化，有利于进一步资源共享。

(2)代理层。该层主要是面向多种服务的共享，通过虚拟服务信息汇聚到代理层，用户可以根据这些信息进行资源发现和高度。另外，该层提供消息、用户管理、系统的进行监控等辅助功能。

(3)用户层。用户层是面向最终用户的系统视图，它主要包括任务管理功能、服务调度功能。任务管理是以项目管理的方式管理用户的应用任务，通过服务调度功能的信息资源发现，选择匹配的信息。

依据图3，SOA解决业务需求到技术实现的分离，使业务系统灵活应对业务需求的变化。而云计算更多解决技术实现到平台层的基础设施单元的分享，使软硬件环境灵活响应业务系统。通过SOA的ESB总线可以实现面向服务架构的云计算框架模型中各层之间的总线式集成，其次，对于该模型中平台层，它既是一个在线开发环境，也是一个在线执行环境，而不管是对于开发和执行，在用户层中的数据服务、业务服务、流程服务、展现服务等都可以作为平台层在线开发时的能力单元。而这些能力单元在线进行服务编排和组装时又可以借助SOA本身已有的流程引擎和规则引擎来完成。只是SOA中间件本身的很多能力都云化了，而不再是为单个应用提供服务。另一方面，SOA平台也需要基础设施支撑，这些基础设施可以直接使用云计算平台基础设施层的计算能力单元和存储能力单元，这些单元也可以服务的方式接入到ESB总线上。

由于企业中绝大部分用户仅使用业务服务系统而不直接使用平台层的基础设施支撑环境，其云平台的服务单元功能适度且隐蔽了各自功能的具体细节，仅面向接口实现与调用，并与代理层在云端完成。因此可以提高开发人员的生产效率，实现灵活配置、少量的开发和大量的利用，敏捷定制各种企业应用，从而满足企业快速发展的需要。

4 评估与结论

为了证明面向服务架构的云计算框架模型的切实可行性，笔者利用多台计算机，借助云计算进行实验。首先将每台计算机分别提供不同的服务，然后选需任意一个用户访问到本机不存在的多种服务，同时云计算服务器在对外提供服务时，还可充分利用网络中的每台计算机的可用资源，为单一的用户提供云计算环境，并能完成同样的复杂任务。从而证明此模型是可行的，而且可以优化企业现有资源，提高服务效率，降低工作成本。

云计算作为一种新型服务计算模式，在向外推出服务方面是对面向服务的体系结构的继承与发展。目前，关于云计算的体系结构还没有统一标准，各界都在积极以求制定一个合理、标准的云计算体系结构。笔者提出面向服务架构的云计算框架模型，分析用户与云计算服务交互过程，并经实践证明，该模型是可行、简单、实用，各层的特征及功能也较为完善，能有效地实现资源的优化调度。面向服务架构的云计算框架模型将会是未来一段时间企业信息化建设的一种发展趋势，并对整体理解和研究云计算具有一定的意义。

［1］柴晓路，梁宇奇.Web Services技术、架构和应用［J］.北京:电子工业出版社，2003.

［2］王龙，万振凯.基于服务架构的云计算研究及其实现［J］.计算机与数字工程，2009(07):89.

［3］张明宝，夏安邦.基于面向服务体系架构的敏捷虚拟企业信息系统框架［J］.计算机集成制造系统，2004，10(08):986.