云上科研创新十载攻克系统关键技术

云计算是继互联网、计算机之后又一新的革新,是信息时代的一个大飞跃,未来的时代可能是云计算时代。云计算在通用计算场景领域快速落地,已经成为新一代信息技术的基础设施。但云计算系统在理论、方法和技术上尚无法满足低时延应用场景的强烈诉求。针对云计算系统的时延3个主要来源,历经十余年的攻关,上海交通大学管海兵教授团队完成了《云计算系统的低时延关键技术》项目,荣获2019年度上海市技术发明奖一等奖。

如何理解云计算

“云”如同自来水厂,用户可以随时接水,且不限量。同时,按照自己家的用水量,用户付费给自来水厂。

“云”实质上就是一个网络。从狭义上讲,云计算就是一种提供资源的网络,使用者可以随时获取“云”上的资源,按需求量使用,并且可以看成是无限可扩展的,只要按使用量付费即可；从广义上说,云计算是与信息技术、软件、互联网相关的一种服务,这种计算资源共享池叫做“云”,云计算把许多计算资源集合起来,通过软件实现自动化管理,只需要很少的人参与,就能让资源被快速提供。也就是说,计算能力作为一种商品,可以在互联网上流通,就像水、电、煤气一样,可以方便地取用,且价格较为低廉。

总之,云计算不是一种全新的网络技术,而是一种全新的网络应用概念,云计算的核心概念就是以互联网为中心,在网站上提供快速且安全的云计算服务与数据存储,让每一个使用互联网的人都可以使用网络上的庞大计算资源与数据中心。可见,云计算具有很强的扩展性和需要性,可以为用户提供一种全新的体验,可以将很多的计算机资源协调在一起。因此,用户通过网络就可以获取到无限的资源,同时获取的资源不受时间和空间的限制。

云计算服务类型、关键技术及实现形式

通常,云计算服务类型分为三类:基础设施即服务(IaaS)、平台即服务(PaaS)和软件即服务(SaaS)。

云计算关键技术:体系结构、资源监控、自动化部署。

(1) 实现云计算需要创造一定的环境与条件,体系结构必须具备的关键特征:①系统必须智能化,具有自治能力,减少人工作业的前提下实现自动化处理平台智能响应要求,因此云系统应内嵌有自动化技术；②对云计算的架构有一定的敏捷要求,即面对变化信号或需求信号云系统要有敏捷的反应能力。与此同时,随着服务级别和增长速度的快速变化,云计算同样面临巨大挑战,而内嵌集群化技术与虚拟化技术能够应付此类变化。云计算平台的体系结构由用户界面、服务目录、管理系统、部署工具、监控和服务器集群组成。

(2) 云系统能够为动态信息进行有效部署,同时兼备资源监控功能,有利于对资源的负载、使用情况进行管理。其次,资源监控作为资源管理的“血液”,对整体系统性能起关键作用,一旦系统资源监管不到位,信息缺乏可靠性那么其他子系统引用了错误的信息,必然对系统资源的分配造成不利影响。资源监控过程中,只要在各个云服务器上部署Agent代理程序便可进行配置与监管活动,比如通过一个监视服务器连接各个云资源服务器,然后以周期为单位将资源的使用情况发送至数据库,由监视服务器综合数据库有效信息对所有资源进行分析,评估资源的可用性,最大限度提高资源信息的有效性。

(3) 基本上计算资源的可用状态逐渐转向自动化部署。对云资源进行自动化部署指的是基于脚本调节的基础上实现不同厂商对于设备工具的自动配置,用以减少人机交互比例、提高应变效率,避免超负荷人工操作等现象的发生,最终推进智能部署进程。计算中表现为能够划分、部署与安装虚拟资源池中的资源给用户提供各类应用于服务的过程,包括了存储、网络、软件以及硬件等。除此之外,对于数据模型的管理就是将具体的软硬件定义在数据模型当中即可；以提高智能化部署为目的,工作流引擎(指触发、调用工作流)善于将不同的脚本流程在较为集中与重复使用率高的工作流数据库当中应用,有利于减轻服务器工作量。

云计算是建立在先进互联网技术基础之上的,其实现形式众多,主要形式:软件即服务、网络服务、平台服务、互联网整合、商业服务平台、管理服务提供商等。

项目开发环境

项目按照提供云计算实验室环境和测试验证环境的要求,建设了云计算公共技术服务平台、个人云存储平台、高性能云计算平台、云计算评测服务平台等四类服务平台,集成了总计728台服务器,能耗指标PUE<1.5。提供IaaS、PaaS、SaaS平台云关键技术服务、个人云存储服务和高性能云计算服务。通过合作建设中国开源云联盟OpenStack联合实验室和云计算评测实验室,开展云测试认证服务。 项目在大规模绿色数据中心、海量异构数据的存储与数据挖掘、云计算标准与测试、虚拟化跨边界数据流安全策略、云计算可信体系、云计算环境访问控制策略等云计算共性技术方面进行创新。其中高性能SR-IOV进入主流开源软件KVM和Xen 4.0,虚拟机高可用方法COLO进入Xen 4.5。

文章来源：《上海交通大学学报》 网址: http://www.shjtdxxb.cn/qikandaodu/2021/0717/812.html