【云深知處】NFV理論與實(shí)踐（4）-CloudOS云操作系統(tǒng)

在NFV的架構(gòu)中，云操作系統(tǒng)起著至關(guān)重要的“承上啟下”的作用。

在詳細(xì)了解云操作系統(tǒng)之前，讓我們先來回顧一下傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)：

An operating system (OS) is system software that manages computer hardware and software resources and provides common services for computer programs.（來自維基百科）

操作系統(tǒng)是管理計(jì)算機(jī)硬件和軟件資源，為計(jì)算機(jī)程序提供通用服務(wù)的系統(tǒng)軟件。

操作系統(tǒng)通過硬件驅(qū)動和庫文件來對硬件進(jìn)行抽象，屏蔽硬件的差異，為軟件提供標(biāo)準(zhǔn)的接口和服務(wù)，使得應(yīng)用軟件能夠運(yùn)行在一個穩(wěn)定的平臺上。操作系統(tǒng)對硬件的抽象，使得應(yīng)用程序開發(fā)人員可以專注軟件功能，而不必關(guān)心硬件差異。操作系統(tǒng)同時(shí)也提供豐富的輸入和輸出，以及系統(tǒng)軟硬件狀態(tài)的監(jiān)控功能。

同樣作為操作系統(tǒng)的云操作系統(tǒng)，也需具備傳統(tǒng)操作系統(tǒng)的功能。除此之外，云操作系統(tǒng)還必須具備“云”的能力：共享、彈性、快速部署和回收、可監(jiān)控和測量是云操作系統(tǒng)必須提供的能力。

A cloud operating system is a type of operating system designed to operate within cloud computing and virtualization environments. A cloud operating system manages the operation, execution and processes of virtual machines, virtual servers and virtual infrastructure, as well as the back-end hardware and software resources. （來自techopedia.com）

正如上述文字對云操作系統(tǒng)的定義，云操作系統(tǒng)的共享、彈性、快速部署和回收、可監(jiān)控和測量能力均借助虛擬機(jī)的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。

云操作系統(tǒng)結(jié)合了虛擬化和云化的技術(shù)，使得硬件資源可以被虛擬化，結(jié)合成一個個VM，一個VM也可以依托處在不同位置的硬件來實(shí)現(xiàn)。

所以，CloudOS首先必須具備虛擬化的功能，能夠?qū)⒂布挠?jì)算、存儲和網(wǎng)絡(luò)資源通過虛擬化的方式劃分成更小的粒度；再利用其云化功能將小粒度的計(jì)算、存儲和網(wǎng)絡(luò)資源組合成VM，提供給上層應(yīng)用。

所以Hypervisor是CloudOS的核心組件。除Hypervisor外，CloudOS另外一個重要的部分是管理模塊。

云的技術(shù)本質(zhì)是靈活的資源調(diào)度，能夠?qū)崿F(xiàn)資源的遷移、Scale-in和Scale-out，從而實(shí)現(xiàn)能力的擴(kuò)容和縮容、保證業(yè)務(wù)系統(tǒng)的可靠性。

這部分能力靠“云化”能力來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)架構(gòu)設(shè)計(jì)的目標(biāo)，CloudOS能夠?qū)碜圆煌布踔敛煌瑪?shù)據(jù)中心（DC，Data Center）虛擬化之后的資源組合成一個VM，去承載上層的應(yīng)用。通過這種方式，應(yīng)用架構(gòu)在不同的硬件能力上。這些硬件能力來自不同的物理單板、主機(jī)，甚至數(shù)據(jù)中心。CloudOS的管理模塊就實(shí)現(xiàn)了資源組合的功能。除了組合虛擬資源，也就是虛擬機(jī)的創(chuàng)建外，CloudOS的管理模塊還能提供虛擬機(jī)的動態(tài)擴(kuò)縮容、虛擬機(jī)的刪除（銷毀）的能力，并且提供虛擬資源的監(jiān)控、管理等所需要的狀態(tài)信息。

在這種架構(gòu)下，虛擬化是云化的前提。組合成VM的資源均來自虛擬資源。云化與虛擬化并不是100%的依賴關(guān)系。在一些場景下，CloudOS的管理組件也可以直接管理物理硬件，將某些特殊應(yīng)用直接架構(gòu)在物理設(shè)備上，而不再通過虛擬層。

但在目前的云化架構(gòu)下，VM的資源均來自虛擬資源。所以，CloudOS離不開Hypervisor，但Hypervisor可以不依賴CloudOS獨(dú)自生存。

云的商業(yè)本質(zhì)是資源遠(yuǎn)程、定制和共享。遠(yuǎn)程要求云服務(wù)能提供基于網(wǎng)絡(luò)的訪問，在I層、P層、S層提供相應(yīng)的訪問界面；“定制”要求資源的伸縮、不同層級均可作為服務(wù)進(jìn)行開放。這部分通過虛擬資源調(diào)度實(shí)現(xiàn)，與技術(shù)本質(zhì)一致；“共享”要求云服務(wù)能夠隔離不同用戶，提供不同層級資源以及管理對應(yīng)層級資源的賬號和權(quán)限。

管理單元和虛擬化單元Hypervisor共同構(gòu)成的CloudOS。

CloudOS通過Hypervisor進(jìn)行虛擬和抽象，通過管理組件對虛擬化之后的資源進(jìn)行組合和管理，組成虛擬機(jī)資源提供給上層Guest OS。

各廠家都基于開源和閉源的Hypervisor和管理組件推出了自己的CloudOS。云計(jì)算發(fā)展到今天，各廠家都聲稱支持各種管理單元和Hypervisor的組合。下圖是對各廠家主打的CloudOS組合結(jié)構(gòu)進(jìn)行了總結(jié)。NFV領(lǐng)域是一個急速變化的領(lǐng)域，新概念層出不窮、應(yīng)接不暇，各廠商產(chǎn)品結(jié)構(gòu)也在不斷調(diào)整。

下節(jié)，我們以最流行的管理組件OpenStack為例講解CloudOS需要具備的基本素質(zhì)。

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