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            雲計算與雲計算機
            2011-05-25 08:54:43   作者:admin    点击:

            作者:林和安 王强 近年來,雲計算在公衆視野中頻現,引發公衆關注和探究雲計算和雲計算機的特別之處,在此筆者與大家共同探討雲計算和雲計算機的神秘之處及其未來發展。 一、雲計算與雲計算機 “云计算” ...

            作者:林和安 王强

            近年來,雲計算在公衆視野中頻現,引發公衆關注和探究雲計算和雲計算機的特別之處,在此筆者與大家共同探討雲計算和雲計算機的神秘之處及其未來發展。

            一、雲計算與雲計算機

            “雲計算”是Google提出的一種全新網絡應用模式。狹義上的雲計算是指通過網絡以按需、易擴展方式獲得所需資源的IT基礎設施交付和使用模式,而廣義上的雲計算是指服務的交付和使用模式,即通過網絡以按需、易擴展的方式獲得所需的服務。簡言之,透過具有超大規模、虛擬化、可靠安全等獨特功效的雲計算,網絡服務提供者可以在數秒之內,處理數以千萬計或億計的信息,達到和“超級計算機”同樣強大效能的網絡服務,如圖1所示。雲計算機並不是一個實體計算機,而是一種通過網格計算與網絡進行分布式的操作。就像BT下載一樣,將其所供下載的文件數據分布在各個聯接中,從而在形成種子檔時不會産生網絡瓶頸。雲計算機也是基于這個原理,把計算量分布到各個節點,再返回組裝所需結果的。

            雲計算與先前的網絡計算和效用計算不同,是將傳統計算機技術中的網格計算、分布式計算、並行計算、網絡存儲、虛擬化以及負載均衡等技術與網絡技術融合,核心是通過網絡把多個成本相對較低的計算實體整合成一個具有強大計算能力的完美系統或資源池,並借助SaaS(軟件即服務)、PaaS(平台即服務)、LaaS(基礎設施即服務)、MSP(管理服務供貨商)等先進商業模式把這強大的計算能力分布到終端用戶手中,進而減少用戶終端的處理負擔,最終使用戶終端簡化成一個單純的輸入輸出設備,並能按需享受“雲”的強大計算處理能力。

            图1 云计算

            二、雲計算技術及其特征

            1、 基本原理

            雲計算的基本原理是將用戶所需的計算分布在數量無限的分布式計算機上,而非本地計算機或遠程服務器中,使得企業數據中心的運行類似于互聯網,企業能夠將資源切換到需要的應用上,根據需求訪問計算機及其存儲系統。就像從古老的單台發電機模式轉向了電廠集中供電的模式,從而意味著計算能力透過互聯網來作爲一種商品進行流通,如同水電一樣,取用方便,費用低廉。

            目前,云计算有IaaS、PaaS和SaaS三种类型,不同的厂家提供不同的解决方案,但没有形成统一的技术体系架构。笔者综合不同厂家的方案,提出了一个如图2所示,供大家商榷的云计算体系架构。云计算技术体系架构可分为物理资源层、资源池层、管理中间件层和SOA构建层等4层。其中,物理资源层包括计算机、内存、网络设施、数据库和软件等。资源池层是将大量相同类型的资源构成同构或接近同构的资源池,如计算资源池、数据资源池等,资源池构建主要是物理资源的集成和管理工作。管理中间件层负责对云计算的资源进行管理,并对众多应用任务进行调度,使资源能够高效、安全地为应用提供服务。SOA构建层是将云计算能力封装成标准的Web Services服务,并纳入到SOA体系进行管理和使用,包括服务注册、查找、访问和构建服务工作流等。管理中间件层和资源池层是云计算技术的最关键部分,SOA构建层的功能更多依靠外部设施提供。

            图2 云计算技术体系架构

            根据上述体系结构,本文以IaaS云计算为例,阐述有关云计算的实现机制,如图3所示。用户首先通过交互接口以Web Services方式向应用方提供访问接口需求,获取用户响应。其次用户访问可获得服务清单的服务目录获得选择的服务内容。最后任务管理负责执行用户或应用提交的任务,包括完成用户任务映象(Image)的部署和管理、任务调度、任务执行、任务生命期管理等。系统管理模块负责管理和分配全部可用的资源,其核心是负载均衡。配置工具负责在分配的节点上准备任务运行环境。监视统计模块负责监视节点的运行状态,并完成用户使用节点情况的统计。

            雲計算的執行過程並不複雜,用戶交互接口允許用戶從目錄中選取並調用一個服務,將該請求傳遞給系統管理模塊後,將爲用戶分配恰當的資源,然後調用配置工具來爲用戶准備運行環境以及確保用戶使用雲計算的整體安全。

            图3 简化的IaaS实现机制

            2、主要特征與技術特點

            雲計算服務是由多組機群系統或一個類似網絡操作系統的用戶體驗所構成。用戶操作的響應完全由雲端多組不同用處的機群來承擔,用戶依托浏覽器所呈現的網絡操作系統來獲得一個親切、豐富的用戶體驗。

            (1)主要特征

            目前,云计算的主要特征可概括为6个方面。其一是自主计算,即“可自我管理的计算机系统”。其二是客户服务器模式,即客户端服务器计算主要通过引用分布式应用程序来区分服务提供者(服务器)和服务请求者(客户端)。其三是网格计算,即采用一种由集群网络化和松散耦合计算机的协同来构建可执行巨大任务的‘超级计算机及其虚拟” 。其四是大型主机,即面向海量信息处理,存储等的功能强大计算机及其应用程序。其五是效用计算,即依托类似公用事业计量服务的“计算资源”,如计算和存储系统。其六是P2P,即采用点对点(P2P)方式所组成的一个没有中心协调的分布式结构体系。

            (2)技術特點

            基于雲計算應用的現狀,雲計算的技術特點可歸納如下:

            ① 基于虚拟化技术快速资源部署或服务获取

            雲計算支持用戶在任意位置、使用各種終端來獲取應用服務,並依托服務器端的虛擬化技術來實現全部的計算工作。雲端的終端虛擬化、存儲虛擬化等技術代替用戶實際計算機的存儲設備和運算設備,數據運算將變成可共享的公共資源。

            ② 动态、可伸缩扩展,资源按需供给、按量付费,降低成本

            雲計算在客戶需要雲計算提供更多服務器支持,能夠按照用戶實際需要,擴展網絡規模和服務能力,動態調整有關服務器配置等資源來滿足用戶需求。雲計算可實現企業按需服務需求,只爲所使用服務付費。企業可隨需增減所需的處理器、內存、帶寬和存儲系統等,並可根據季度和周工作需求的變化來動態調整資源需求,從而降低成本。就如同水電使用按需而取,按量收費一樣,進而大幅降低中小企業設備建構與擴充增強的成本。

            ③ 通过互联网提供、面向海量信息处理、用户参与便利

            網絡服務提供者通過雲計算技術可在數秒內處理數以千萬計甚至億計的信息,達到與“超級計算機”同樣強大的網絡服務。用戶只要向服務提需求,擁有可上網終端,如手機、手持計算機等,就可從互聯網上獲得信息資源和信息能力,如帶寬、存儲空間、計算能力,就能夠隨時隨地、方便、低廉、快速地獲得信息、處理信息、交流信息和展示信息。

            ④ 高可靠性与低碳环保

            雲計算采用了數據多副本容錯、計算節點同構可互換等措施來保障服務的高可靠性,使用雲計算比使用本地計算機可靠性更高。通過雲廣計算不僅能夠有效利用服務器端資源,還能夠方便地對數據中心進行整合,大大降低了客戶端設備的能耗,加大了更新周期,符合社會低碳、環保的發展潮流。

            當然,雲計算在使用時,還存在一些亟待完善的不足。其一是雲計算的不穩定性,即在網絡無法使用時,企業的系統將嚴重癱瘓,造成嚴重損失。其二是雲計算依賴性,即企業將基礎設施建構在雲計算上,會對雲計算産生嚴重依賴,若未來雲服務提供商予取予求,企業就缺乏應對籌碼。其三是安全性,在技術不完備和法律保障不健全的環境下,企業將機密敏感數據存放于他人手中,泄漏機密的幾率較大,用戶如何應對。

            3、 云层次

            新興的雲計算作爲一種將巨大系統池連接在一起提供各種IT服務的共享基礎體系,可以替我們完成各種存儲和計算工作。整體上看,雲層次包括客戶端、雲服務、雲平台服務、基礎設施以及服務器等五大要件。

            (1)客戶端

            雲客戶端包括計算機硬件和軟件,通過與雲計算的應用交互來便利地獲取與使用所需的各項功能。在雲客戶端,只需要擁有一台具備與互聯網連接的計算機、手機或其它電子設備,擁有操作系統和浏覽器,就能夠方便的獲取和使用雲計算服務。

            (2)雲服務

            雲服務SaaS是由軟件提供的,是一種客戶按使用時間或使用量付費的應用軟件新銷售方式。對用戶來說,他們不再需要關心軟件的安裝和升級,也不需要一次性購買軟件許可證,而是根據租用服務的實際情況按需付費。從而爲用戶提供了更廣闊的增值機會和創新途徑,降低了軟件應用和服務的成本。

            (3)雲平台服務

            云平台服务PaaS是指将服务器平台作为一种服务提供的新商业模式。与通过网络进行程序提供服务的SaaS不同, PaaS实际上是一种将相应服务器平台或者开发环境作为服务软件研发的平台服务,最终产品以SaaS模式提交给用户。因此,PaaS也是SaaS的一种模式。

            (4)基礎設施

            雲計算的基礎設施即IaaS,是指將經過虛擬化的硬件資源和相關管理功能集合,亦指用于支持操作的外包設備,包括存儲、硬件、服務器和網絡組件等。這種服務通常是通過一個公用計算基礎計費和資源消耗數量計費來收費,並給予相應的服務提供支持。

            (5)服務器

            服務器層包括服務器的計算機硬件和軟件,以及專門爲雲端服務器設計的産品交互,多內核處理器連接,雲特定的操作系統的指定等。雲端服務器通過數量可無限擴展的網間服務器關聯來完成用戶多元化需求的滿足和定制。

            4、雲計算和其它計算的比較

            由于雲計算的發展迅猛,時下公衆常常會將雲計算與網格計算、效用計算、自主計算相混淆。事實上,雲計算是以計算機集群爲基礎的,也吸收了自主計算和效用計算的優勢,但在網絡的組成、體系機構、目的、工作方式卻大相徑庭。其與其它計算的比較分述如下:

            雲計算與叢集計算相比,盡管雲計算部分底層是由叢集計算所構成,像負載平衡或備援技術,但雲計算重在提供服務,而叢集計算則更注重高效能以及串連各種CPU的計算能力,昂貴的建置成本,大多數用戶是無法承受的。

            雲計算與網格計算相比,雲計算強調專有,任何人都可獲取自己的專有資源,並且這些資源是由外部提供,用戶無需貢獻自己的資源。在雲計算中,計算資源被轉換成適應工作負載的形式,既支持網格類型的應用環境,也支持非網格環境。雲計算還注重事務性應用,大量的單獨請求,可自動或半自動地實現擴展。而網格計算強調資源共享,任何人都可以作爲請求者使用其它節點的資源,任何人都需要貢獻一定資源給其它節點。網格計算強調將工作量轉移到遠程可用的計算資源上,注重並行的計算集中性需求,要麽在分布式的計算資源支持下作爲服務被提供在線計算或存儲,要麽在一個松散連接的計算機網絡所構成的一個虛擬超級計算機上執行大規模任務,並且難以自動擴展。此外雲計算與網格計算的最大差異在于計算量,雲計算大都以單一主機服務用戶,偏向量少而次多的計算。而網格計算是以多主機來做計算支持,在次少而量大的計算時更有效率,網格計算域內的計算機資源可互相支持,不會有資源用盡的疑慮。

            三、未來展望

            云计算历经数年的持续积淀和探索,正在成为一种全球IT产业的潮流,即将进入蓬勃发展期。根据IDC的最新资料及预测,2013年云计算服务将达到IT整体消费的10%, 5年内云计算服务的年均增幅26%,将是传统IT行业增长速度的6倍。

            在可見的未來,雲服務將能夠提供應用程序、計算能力、存儲容量、聯網、編程工具,甚至是通信服務和協作工具等幾乎全部IT資源。擁有一台手機或計算機的用戶,不需要安裝任何操作系統和軟件,只需要一個浏覽器,通過雲計算就可獲得所需的一切網絡資源和IT服務,實現90%以上功能,甚至包括超級計算等複雜任務。用戶也不再擔心數據丟失、病毒入侵、硬件設施升級以及支付供電、空調以及維護等費用,也無需等待漫長的供貨周期和項目實施時間,這一切都將有雲計算來全面實現。真可謂有了“雲計算”神馬都不是浮雲。

            本文來自世界網絡 http://www.linkwan.com/gb/tech/htm/1490.htm

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