范平平

【摘 要】隨著互聯(lián)網技術和云計算技術的發(fā)展，應用引擎技術已經相當成熟，它是一種新的應用開發(fā)模式。這種開發(fā)模式避免了傳統(tǒng)開發(fā)模式技術門檻高、開發(fā)效率低、開發(fā)維護成本高等缺陷，可以大大提高開發(fā)者的工作效率和節(jié)省成本。本文詳細闡述了應用引擎技術的三個關鍵技術：應用托管運行技術、數(shù)據(jù)庫服務技術、開發(fā)測試服務技術。針對應用引擎的技術發(fā)展和成熟度進行了深入研究，提出了應用引擎的發(fā)展策略，具有很強的研究價值。

【關鍵詞】應用引擎；云計算；關鍵技術

1 技術概述

應用引擎是指基于網絡側的軟件資源構建的應用部署運行平臺，它整合了應用容器、中間件和數(shù)據(jù)庫等應用基礎軟件，向開發(fā)者提供應用開發(fā)、部署、運行和運維服務，與IaaS 托管技術相比，應用引擎從軟件底層架構層面解決了可擴展性、可靠性等問題，簡化了應用的部署和運維模型，讓開發(fā)者更專注于業(yè)務本身的實現(xiàn)。

2 云應用引擎涉及的主要關鍵技術

2.1 應用托管運行技術

應用托管運行技術基于IaaS 基礎資源構建云應用的托管運行環(huán)境，實現(xiàn)云應用快速部署、可靠運行、彈性擴展和安全隔離。從資源共享和隔離的角度看，應用托管運行環(huán)境可分為虛擬機容器、操作系統(tǒng)容器和中間件容器三種類型：虛擬機容器采用“虛擬機+OS+中間件容器+應用實例”的托管堆棧，每個虛擬機部署一個應用實例，多個應用實例共享同一個物理主機，以虛擬機為粒度進行資源隔離和資源調度，可嚴格控制每個應用實例的CPU、內存和磁盤配額，開發(fā)者可自主選擇和控制虛機容器中的操作系統(tǒng)和中間件，應用托管的靈活性和應用安全隔離度最高，而資源利用率和部署的效率最低。

操作系統(tǒng)容器采用“虛擬機+OS+系統(tǒng)容器+中間件容器+應用實例”的托管堆棧，基于Linux Container 等輕量級的系統(tǒng)容器，每個系統(tǒng)容器部署一個應用實例，多個應用實例共享同一個操作系統(tǒng)；通過kernel namespace 實現(xiàn)對用戶容器的進程、網絡、消息、文件系統(tǒng)、主機名等的隔離，使容器對外展現(xiàn)出獨立計算機的能力，從而實現(xiàn)容器在OS 層面的隔離；通過cgroups 實現(xiàn)以系統(tǒng)容器為粒度的資源調度和度量，可控制每個應用實例的CPU、內存、磁盤配額；基于AUFS等文件系統(tǒng)的分權、分層特性構建容器鏡像，實現(xiàn)應用實例的復制、移動和重建；開發(fā)者可自主選擇和控制系統(tǒng)容器中的中間件，既兼顧了部署的靈活性，又提升了資源利用率。

中間件容器采用“虛機+OS+中間件容器+應用沙箱+應用實例”的托管堆棧，多個應用實例共享同一個中間件容器，通過應用沙箱實現(xiàn)應用內存隔離和API控制，嚴格限制應用對本地I/O、線程等資源的調用，開發(fā)者不僅無法自主選擇中間件版本，還必須按照中間件容器的API 限制對應用進行適當?shù)母脑欤@種類型的容器其資源利用率和部署速度最高，而部署靈活性最差。

2.2 數(shù)據(jù)庫服務技術

數(shù)據(jù)庫服務為托管應用提供多租戶的關系或非關系數(shù)據(jù)庫服務，開發(fā)者以租賃的方式使用數(shù)據(jù)庫服務，無需關心數(shù)據(jù)庫的部署和維護。數(shù)據(jù)庫服務主要分為SQL 數(shù)據(jù)庫服務、NoSQL 數(shù)據(jù)庫服務兩種類型：

SQL 數(shù)據(jù)服務以傳統(tǒng)關系數(shù)據(jù)庫為基礎，為應用提供兼容傳統(tǒng)關系數(shù)據(jù)模型、支持ACID強一致性事務數(shù)據(jù)庫服務，如MysqlCat、PostGres+、Windows SQLAzure、Oracle Apex、Database.com等。

NoSQL數(shù)據(jù)服務基于分布式非結構化數(shù)據(jù)庫提供多租戶非結構化數(shù)據(jù)的存儲、查詢和備份服務，具有良好的水平擴展能力，不支持ACID強事務一致性，只支持最終事務一致性，如Garantia Data、MongoDB。

2.3 開發(fā)測試服務技術

應用開發(fā)環(huán)境用于開發(fā)可部署在應用引擎上的云計算應用，它支持應用引擎特有的開發(fā)語言，提供開發(fā)云應用所需的類庫、組件、程序框架和調試工具，降低云應用的開發(fā)門檻。應用開發(fā)環(huán)境可分為本地集成開發(fā)環(huán)境和在線Web 開發(fā)環(huán)境兩類：本地開發(fā)環(huán)境通常是在傳統(tǒng)的IDE（如Eclipse、VisualStudio）上集成了開發(fā)云應用的專用插件，云應用在本地完成開發(fā)調試之后再打包部署到應用引擎上；在線Web 開發(fā)環(huán)境是基于瀏覽器的一種在線開發(fā)工具（如CloudIDE、Force.com），它集成了構建Web 應用所需的模板和控件，開發(fā)的應用可以直接加載到應用引擎上運行。

應用測試環(huán)境提供了用于測試和驗證云應用的工具和服務，包括仿真測試環(huán)境和真實測試環(huán)境：仿真測試環(huán)境是應用引擎的模擬器，可模擬應用引擎的接口、行為和功能，供開發(fā)者在本地對云應用進行測試；真實測試環(huán)境是可進行端到端真實測試的多租戶測試平臺，通常是全功能的應用引擎副本或生產環(huán)境的應用引擎測試去，真實測試環(huán)境擁有與應用引擎相同的功能，僅僅在平臺資源和訪問對象上受到一定限制。

3 云應用引擎技術的主要技術發(fā)展

（1）開源技術逐漸成為主流應用引擎的普遍選擇，最大的互聯(lián)網公有PaaS平臺Heroku 和最大的私有PaaS 平臺CloudFoundry 均完全采用開源的容器和數(shù)據(jù)庫，最大的企業(yè)PaaS 平臺Microsoft Azure 也開始引入開源的Hadoop、ode.JS。

（2）硬件資源池逐步向軟件資源池遷移，在IaaS 硬件資源的基礎上疊加中間件軟件資源池，提供IaaS+中間件服務已成為Amazon、Microsoft、阿里等諸多國內外云運營商的選擇。

（3）強化了移動應用的服務端支持，Azure、Heroku、AppFog、DotCloud、CloudFoundry、Parse 等主流應用引擎均提供了RESTFul 服務生成、JSON 消息處理和WebSocket 服務端框架以簡化移動應用服務端的開發(fā)。

（4）操作系統(tǒng)容器技術的發(fā)展， Docker的分層鏡像技術提供了輕量級、可移植、增量式的應用部署方案，有助于實現(xiàn)應用的自動化部署、增量升級和統(tǒng)一監(jiān)控管理。

（5）應用集群部署技術的發(fā)展，Cloudify 提供了基于腳本編排的應用集群部署技術，通過應用集群部署腳本快速完成大型應用集群的部署，包括應用容

器、數(shù)據(jù)庫、負載均衡的安裝、配置和激活。

（6）NewSql 數(shù)據(jù)庫技術的興起，NewSQL 數(shù)據(jù)庫在SQL 數(shù)據(jù)庫的基礎上引入了內存計算、透明分片和分布式事務機制，大大增強了SQL 數(shù)據(jù)庫的性能和容量擴展能力。

4 云應用引擎技術應用成熟度

（1）應用托管運行技術方面

基于虛擬機容器的應用托管技術已發(fā)展成熟，亞馬遜、Microsoft、IBM 等傳統(tǒng)IaaS 廠家都已在其公有或私有IaaS 平臺上推出IaaS+中間件形式的應用托管服務，開源的Cloudify 實現(xiàn)了基于虛機容器的應用集群自動化部署、調度和監(jiān)控，逐步在國內外的多個私有PaaS 項目中得到應用。

基于中間件容器的應用引擎如GAE164、HeroKu，雖然目前占據(jù)了最大的互聯(lián)網應用引擎市場份額，然而由于多應用共享中間件帶來的安全隔離度低、系統(tǒng)資源爭用沖突、應用遷移困難等問題仍然存在，導致這類應用引擎主要還是用于小微型互聯(lián)網應用托管。

（2）數(shù)據(jù)庫服務技術方面

SQL 關系數(shù)據(jù)庫服務技術已基本成熟，業(yè)界已出現(xiàn)多種商用級SQL 數(shù)據(jù)庫服務產品，主流的互聯(lián)網公有云服務提供商大多提供基于Mysql 或PostgreSQL的開源SQL 數(shù)據(jù)庫服務。高性能的NewSql 數(shù)據(jù)庫產品也開始出現(xiàn)，號稱全球最快的SQL 數(shù)據(jù)庫MemSQL 能達到150 萬TPS，Google 也逐步將廣告等核心業(yè)務從Mysql 分片集群中遷移到支持PB 級數(shù)據(jù)量、提供全局事務一致性和跨數(shù)據(jù)中心可靠性的Spanner/F1 數(shù)據(jù)庫上。

分布式數(shù)據(jù)庫服務仍在不斷發(fā)展之中，目前最成熟的NoSQL數(shù)據(jù)庫是MongoDB，已經在GAE、Azure 等應用引擎中商用。

（3）開發(fā)測試服務技術方面

主流的云應用開發(fā)環(huán)境仍以基于離線IDE 提供云能力組件和插件的形式為主，在線開發(fā)環(huán)境仍然不夠成熟，多用于腳本式、配置式的后臺應用開發(fā)或者終端應用開發(fā)。

（4）運營商應用進展

國外運營商方面，AT&T 推出了IaaS+中間件的通用應用托管環(huán)境和基于LongJump的SaaS應用托管環(huán)境。

國內運營商主要將應用引擎用于移動互聯(lián)網應用托管和企業(yè)IT 系統(tǒng)架構轉型，中國移動南方基地推出了MM 應用引擎，面向移動互聯(lián)網應用提供Java 和PHP 應用托管運行環(huán)境以及Mysql 和Memcache 數(shù)據(jù)服務，中國聯(lián)通通過ITPaaS 平臺整合了IaaS 云資源、中間件/數(shù)據(jù)庫資源池、技術組件庫和業(yè)務組件庫，初步實現(xiàn)集團IT 系統(tǒng)架構的標準化，采用標準化開源技術重構了MSS 等集團級IT 系統(tǒng)，取得了IT 系統(tǒng)架構轉型的階段性進展。

（5）云應用引擎標準化進展

云應用引擎標準化方面，目前得到業(yè)界較為認可的標準是OASIS 的CAMP和TOSCA兩項標準。TOSCA定義了一種標準化語言用來描述基于云計算的web 服務拓撲、包含的組件、組件之間的關系以及管理這些web 服務的創(chuàng)建和修改流程；CAMP 定義了一套云應用引擎組件和API 從而能夠實現(xiàn)云計算環(huán)境中管理應用的構建、運行、監(jiān)控、運維、補丁等操作。

中國電信在從2010年開始PaaS試點和大型平臺云化工作，在虛機單平臺應用引擎、大型平臺云化遷移、傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫云化遷移等方面有較多的積累，而在多平臺應用引擎、分布式數(shù)據(jù)庫服務、私有PaaS 平臺、開源基礎軟件池化、業(yè)務平臺架構轉型等方面與業(yè)界的差距較大。

5 云應用引擎技術發(fā)展策略

（1）以合作伙伴需求為導向， 依托企業(yè)優(yōu)勢能力資源，借鑒互聯(lián)網業(yè)界最佳實踐，基于成熟的開源應用引擎、云數(shù)據(jù)庫和云應用開發(fā)框架，打造業(yè)務網絡和IT 系統(tǒng)的軟件定義平臺（Software Defined Platform），推進中國業(yè)務平臺架構轉型，實現(xiàn)業(yè)務平臺架構標準化、部署自動化、運維智能化。

（2）積極推進IaaS+中間件模式，重點研究中間件/數(shù)據(jù)庫池化、標準化技術，適時在IaaS 資源池的基礎上引入成熟的商用或開源的中間件、數(shù)據(jù)庫，提供優(yōu)質的基礎軟件租賃服務。

（3）基于PaaS 應用引擎推進業(yè)務平臺軟件技術標準化體系，實現(xiàn)業(yè)務平臺的架構和技術標準化，規(guī)范新興業(yè)務平臺的開發(fā)、部署和運維流程。

（4）以重點行業(yè)為切入點，提供行業(yè)共性應用框架和應用模版，實現(xiàn)行業(yè)應用快速定制，推進行業(yè)應用孵化創(chuàng)新。

6 結束語

論文對應用引擎技術三種關鍵技術進行了深入分析，可以看出應用引擎技術已經相當完善。通過其技術發(fā)展和技術成熟度的分析可以看出應用引擎是公司云戰(zhàn)略的重要組成部分。因此應用引擎技術具有重要的理論價值和現(xiàn)實意義。

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