云計算概念及主要解決方案

1、什么是云計算？什么是云計算？ 據(jù)說21位專家定義了21種云計算的概念NIST（美國國家標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)研究所）云計算定義（美國國家標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)研究所）云計算定義用戶可以方便的、按需通過網(wǎng)絡(luò)訪問共享計算資源池（網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、存儲、應(yīng)用和服務(wù)等），具有快速部署，最小的管理代價或最少的服務(wù)提供商干預(yù)的一種新型IT基礎(chǔ)運行模式。 5 個特征：按需自服務(wù)能力足夠的網(wǎng)絡(luò)訪問能力動態(tài)調(diào)整的共享資源池快速的彈性部署能力服務(wù)可計算能力 3 3種服務(wù)模式： SAAS（軟件即服務(wù)）,省去服務(wù)器和軟件授權(quán)上的開支；不需要管理任何架構(gòu)、軟件。直接訪問并使用云平臺提供商提供的服務(wù)（如CRM,Mail, etc.)PaaS（平臺即

2、服務(wù)）,PaaS 可描述為一個完整的虛擬平臺，它包括一個或多個服務(wù)器（在一組物理服務(wù)器上虛擬而成）、操作系統(tǒng)以及特定的應(yīng)用程序（例如用于基于 Web 的應(yīng)用程序的 Apache 和 MySQL）,用戶可以創(chuàng)建、部置自己的應(yīng)用，不需要管理架構(gòu)IaaS（架構(gòu)即服務(wù)）,IaaS 是以服務(wù)的形式交付計算機(jī)基礎(chǔ)設(shè)施。用戶可以部署和運行任意的軟件和應(yīng)用,具有完全控制自己資源的能力 4 種部署形式 私有云（單一組織私有） 社區(qū)云（多個組織或社區(qū)共享） 公共云（單一組織創(chuàng)建，服務(wù)公眾） 混合云（3種的任意組合）云計算與分布式計算云計算與分布式計算 (distributed computing) 分布式計算是指

3、在一個松散或嚴(yán)格約束條件下使用硬件和軟件系統(tǒng)處理任務(wù)， 這個系統(tǒng)包含多個處理器單元或存儲單元、多個并發(fā)的過程、多個程序。兩個或多個程序互相共享信息，同時在通過網(wǎng)絡(luò)連接起來的計算機(jī)上運行。分布式計算類似于并行計算， 但并行計算通常用于指一個程序的多個部分同時運行于某臺計算機(jī)上的多個處理器上。所以，分布式計算通常必須處理異構(gòu)環(huán)境、多樣化的網(wǎng)絡(luò)連接、不可預(yù)知的網(wǎng)絡(luò)或計算機(jī)錯誤。很顯然，云計算屬于分布式計算的范疇， 是以提供對外服務(wù)為導(dǎo)向的分布式計算形式。云計算把應(yīng)用和系統(tǒng)建立在大規(guī)模的廉價服務(wù)器集群之上， 通過基礎(chǔ)設(shè)施與上層應(yīng)用程序的協(xié)同構(gòu)建以達(dá)到最大效率利用硬件資源的目的以及通過軟件的方法容忍多個

4、節(jié)點的錯誤， 達(dá)到了分布式計算系統(tǒng)可擴(kuò)展性和可靠性兩個方面的目標(biāo)。云計算與網(wǎng)格計算云計算與網(wǎng)格計算(grid computing )如果單純根據(jù)有關(guān)網(wǎng)格的定義“網(wǎng)格將高速互聯(lián)網(wǎng)、高性能計算機(jī)、大型數(shù)據(jù)庫、傳感器、遠(yuǎn)程設(shè)備等融為一體，為用戶提供更多的資源、功能和服務(wù)”，云計算與網(wǎng)格計算之間就很難區(qū)別。但從目前一些成熟的云計算實例看，兩者又有很大的差異。網(wǎng)格計算強(qiáng)調(diào)的是一個由多機(jī)構(gòu)組成的虛擬組織， 多個機(jī)構(gòu)的不同服務(wù)器構(gòu)成一個虛擬組織為用戶提供一個強(qiáng)大的計算資源； 云計算主要運用虛擬機(jī)(虛擬服務(wù)器)進(jìn)行聚合而形成的同質(zhì)服務(wù)，更強(qiáng)調(diào)在某個機(jī)構(gòu)內(nèi)部的分布式計算資源的共享。在網(wǎng)格環(huán)境下無法將龐大的計算處

5、理程序分拆成無數(shù)個較小的子程序在多個機(jī)構(gòu)提供的資源之間進(jìn)行處理， 而在云計算環(huán)境下由于確保了用戶運行環(huán)境所需的資源， 將用戶提交的一個處理程序分解成較小的子程序在不同的資源上進(jìn)行處理就成為可能。在商業(yè)模式、作業(yè)調(diào)度、資源分配方式、是否提供服務(wù)及其形式等方面，兩者有比較明顯的差異。云計算與并行計算云計算與并行計算(parallel computing) 并行計算是相對于串行計算來說的，分為時間上的并行和空間上的并行。 時間上的并行就是指流水線技術(shù)，而空間上的并行則是指用多個處理器并發(fā)的執(zhí)行計算。 并行計算科學(xué)中主要研究的是空間上的并行問題。 空間上的并行導(dǎo)致了兩類并行機(jī)的產(chǎn)生：單指令流多數(shù)據(jù)流（

6、SIMD）和多指令流多數(shù)據(jù)流（MIMD）。常用的串行機(jī)也叫做單指令流單數(shù)據(jù)流（SISD）。與高性能計算(high performance computing)、超級計算(super computing)是同義詞， 因為任何高性能計算和超級計算總離不開并行技術(shù)。并行計算是在串行計算的基礎(chǔ)上演變而來，它努力仿真自然世界中，一個序列中含有眾多同時發(fā)生的、復(fù)雜且相關(guān)事件的事務(wù)狀態(tài)。近年來，隨著硬件技術(shù)和新型應(yīng)用的不斷發(fā)展， 并行計算也有了若干新的發(fā)展，如多核體系結(jié)構(gòu)、云計算、個人高性能計算機(jī)等。云計算是并行計算的一種形式，也屬于高性能計算、超級計算的形式之一。作為并行計算的最新發(fā)展計算模式，云計算意味

7、著對于服務(wù)器端的并行計算要求的增強(qiáng)， 因為數(shù)以萬計用戶的應(yīng)用都是通過互聯(lián)網(wǎng)在云端來實現(xiàn)的， 它在帶來用戶工作方式和商業(yè)模式的根本性改變的同時， 也對大規(guī)模并行計算的技術(shù)提出了新的要求。為什么要云計算？為什么要云計算？ 綠色、低碳、降低成本 私有云、企業(yè)云 市場驅(qū)動，新的服務(wù)模式和市場機(jī)會 公共云 規(guī)模產(chǎn)生效益 成為云計算供應(yīng)商的必要非充分條件是：必須已經(jīng)擁有非常大型的數(shù)據(jù)中心，大規(guī)模的基礎(chǔ)軟件和運維數(shù)據(jù)中心的高級人才 其他聲音其他聲音在技術(shù)論壇、學(xué)術(shù)會議甚至是雜志上，云計算已經(jīng)是一個廣泛談?wù)摰脑掝}。但是，到底什么是云計算？什么時候運用云計算會有效？這些問題仍然沒有得到明確的解決。Oracle的

8、CEO Larry Ellison對此保留了悲觀的態(tài)度。他表示：“我們只是通過云計算，把我們已經(jīng)實現(xiàn)的東西進(jìn)行了重新的定義我不明白，關(guān)于云計算，我們除了在廣告中的改變一些字詞，還要做什么?！盚P歐洲地區(qū)軟件銷售副總裁認(rèn)為：“很多人趕潮流式的談?wù)撛朴嬎?，但我從來沒有聽到兩個人談?wù)摰氖峭患虑椤ｊP(guān)于云，現(xiàn)在有太多的理解了。”自由軟件的倡導(dǎo)者Richard Stallman則認(rèn)為云計算是對于用戶的一個陷阱，如果用戶把他們的應(yīng)用和數(shù)據(jù)交給云計算供應(yīng)商管理，那么他們將依賴于專用系統(tǒng)。這樣他們的成本將上升或者他們會遭遇服務(wù)條款單方面改變的不利情況。他說：“這是愚蠢的，甚至比愚蠢更糟糕，這是一個市場營銷活

9、動。有人在說云計算，這是不可避免的, 但你聽到的大多數(shù)關(guān)于云計算的話，都只是市場營銷而已?！蔽④浽朴嬎憬鉀Q方案微軟云計算解決方案微軟與云計算微軟與云計算 微軟有40000名左右員工在構(gòu)建軟件，大概70%從事與云計算相關(guān)的事情 今后一年內(nèi)，會有90%從事基于云計算或受云計算啟發(fā)的項目 Windows Azure和SQL Azure始于云計算 Bing、Hotmail和Windows Live提供云服務(wù) Windows、Windows Phone和Xbox與云集成 Office、Exchange和SharePoint正在專注于云計算，比如Office的web版本，在企業(yè)內(nèi)部可以自己部署，利用瀏覽器

10、使用Office。 微軟云計算戰(zhàn)略的特點微軟云計算戰(zhàn)略的特點 微軟認(rèn)為，未來的互聯(lián)網(wǎng)世界將會是“云+端”的組合，在這個以“云”為中心的世界里，用戶可以便捷地使用各種終端設(shè)備訪問云中的數(shù)據(jù)和應(yīng)用，這些設(shè)備可以是電腦和手機(jī)，甚至是電視等大家熟悉的各種電子產(chǎn)品 用戶在使用各種設(shè)備訪問云中的服務(wù)時，得到的是完全相同的無縫體驗。微軟云計算參考架構(gòu) 微軟的云計算解決方案微軟的云計算解決方案 微軟的軟件微軟的軟件+服務(wù)一覽表服務(wù)一覽表IBMIBM云計算解決方案云計算解決方案IBM的云計算解決方案的云計算解決方案IBM “Blue Cloud”(藍(lán)云)解決方案是IBM云計算中心開發(fā)的基礎(chǔ)架構(gòu)管理平臺， 由以下

11、部分構(gòu)成：需要納入云計算中心的軟硬件資源。需要納入云計算中心的軟硬件資源。硬件可以包括x86或Power的服務(wù)器、存儲設(shè)備、交換機(jī)和路由器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。軟件可以包括各種操作系統(tǒng)、中間件、數(shù)據(jù)庫及應(yīng)用，如Aix、Linux、DB2、WebSphere、Lotus、Rational等。 “Blue Cloud” “Blue Cloud” 管理軟件及管理軟件及IBM TivoliIBM Tivoli管理軟件管理軟件。“藍(lán)云”管理軟件由IBM云計算中心開發(fā)，專門用于提供云計算服務(wù)?！癇lue Cloud”“Blue Cloud”咨詢服務(wù)、部署服務(wù)及客戶化服務(wù)咨詢服務(wù)、部署服務(wù)及客戶化服務(wù)?！八{(lán)云”解決方

12、案可以按照客戶的特定需求和應(yīng)用場景進(jìn)行二次開發(fā)，使云計算管理平臺與客戶已有軟件硬件進(jìn)行整合?？勺詣庸芾砗蛣討B(tài)分配、部署、配置、重新配置以及回收資源，也可以自動安裝軟件和應(yīng)用。藍(lán)云可以向用戶提供虛擬基礎(chǔ)架構(gòu)。用戶可以自己定義虛擬基礎(chǔ)架構(gòu)的構(gòu)成，如服務(wù)器配置、數(shù)量，存儲類型和大小，網(wǎng)絡(luò)配置等等。用戶通過服務(wù)界面提交請求，每個請求的生命周期由平臺維護(hù)?！癇lue Cloud”結(jié)構(gòu)圖Xen 是一個開放源代碼虛擬機(jī)監(jiān)視器，由劍橋大學(xué)開發(fā)。可在單個計算機(jī)上運行多達(dá)100個滿特征的操作系統(tǒng)。操作系統(tǒng)必須進(jìn)行顯式地修改（“移植”）以在Xen上運行（但是提供對用戶應(yīng)用的兼容性）。這使得Xen無需特殊硬件支持，就

13、能達(dá)到高性能的虛擬化。IBM Blue Cloud解決方案6+1應(yīng)用場景 IBM以6+1方式為客戶提供云計算解決方案，即適用于如下6個完整的應(yīng)用場景及1個可快速部署的云計算平臺： 軟件開發(fā)測試云 培訓(xùn)與教育云 創(chuàng)新協(xié)作云 高性能計算云 云計算IDC 企業(yè)云快速部署云 ,方案提供一個可快速部署的云計算平臺。云計算管理能力與被管理的資源被內(nèi)置在一組刀片中心中。通過使用內(nèi)置的云計算管理平臺，用戶可以把刀片中心變成一個小型的云，使之可以動態(tài)提供用戶所需的虛擬服務(wù)器。用戶可以使用大大超過物理機(jī)器數(shù)量的虛擬服務(wù)器。Blue Cloud解決方案VMware VMware 云計算解決方案云計算解決方案例如：E

14、SX Server依賴虛擬層內(nèi)核代理和幫助應(yīng)用的服務(wù)控制臺VMware 虛擬化架構(gòu)虛擬化架構(gòu)例如：GSX Server, VMware Server, Workstation依賴于主機(jī)操作系統(tǒng)對設(shè)備的支持和物理資源的管理安裝和運行應(yīng)用程序寄居架構(gòu)（Hosted Architecture）裸金屬架構(gòu) (“Bare Metal” Architecture)安全和集成安全和集成數(shù)據(jù)保護(hù)數(shù)據(jù)保護(hù)資源管理資源管理可用性可用性系統(tǒng)架構(gòu)服務(wù)系統(tǒng)架構(gòu)服務(wù)虛擬資源池虛擬資源池VMware云計算結(jié)構(gòu)云計算結(jié)構(gòu)VMware vSphere 云計算操作系統(tǒng)可擴(kuò)展性動態(tài)資源規(guī)模調(diào)整網(wǎng)絡(luò)管理vSphere 4.0防火墻防

15、病毒入侵防范入侵檢測安全性群集數(shù)據(jù)保護(hù)可用性vNetwork存儲管理和復(fù)制存儲虛擬工具vStorage硬件輔助增強(qiáng)的實時遷移兼容性vComputeRedHat RedHat 云計算解決方案云計算解決方案RedHat云計算解決方案RedHat云計算解決方案云計算解決方案KVM（ Kernel-based Virtual Machine）采用全虛擬化技術(shù)結(jié)構(gòu)簡單設(shè)備驅(qū)動 /dev/kvm針對模擬PC硬件的用戶空間組件2006年被合并到Linux內(nèi)核把linux轉(zhuǎn)換成一個Hypervisor.可以運行Windows,Linux和其它guests更小更安全虛擬化架構(gòu)KVM的架構(gòu)可以利用強(qiáng)大的Linux

16、的力量云計算基礎(chǔ)平臺Red Hat Cloud Computing 功能Red Hat 云計算包括四個子層 存儲云 系統(tǒng)云 元數(shù)據(jù)云 應(yīng)用云 Red Hat 云計算包括六個部分 存儲 服務(wù)器/操作系統(tǒng)/網(wǎng)絡(luò) 元數(shù)據(jù)庫 應(yīng)用 管理（云管理平臺、云軟件管理平臺和用戶自助服務(wù)平臺） 運營（帳單、認(rèn)證、用戶管理系統(tǒng)）Google 的云計算基礎(chǔ)設(shè)施Google 的云計算基礎(chǔ)設(shè)施Google 的云計算基礎(chǔ)設(shè)施是在最初為搜索應(yīng)用提供服務(wù)基礎(chǔ)的上逐步擴(kuò)展的， 主要由分布式文件系統(tǒng)Google File System (GFS) 、大規(guī)模分布式數(shù)據(jù)庫BigTable、程序設(shè)計模式MapReduce、分布式鎖機(jī)制

17、Chubby 等幾個相互獨立又緊密結(jié)合的系統(tǒng)組成。GFS 是一個分布式文件系統(tǒng)，它能夠處理大規(guī)模的分布式數(shù)據(jù)， 系統(tǒng)中每個GFS 集群由一個主服務(wù)器和多個塊服務(wù)器組成，被多個客戶端訪問。主服務(wù)器負(fù)責(zé)管理元數(shù)據(jù)，存儲文件和塊的名空間、文件到塊之間的映射關(guān)系以及每一個塊副本的存儲位置塊服務(wù)器存儲塊數(shù)據(jù)，文件被分割成為固定尺寸(64 MB)的塊，塊服務(wù)器把塊作為Linux 文件保存在本地硬盤上。為了保證可靠性，每個塊被缺省保存3 個備份。主服務(wù)器通過客戶端向塊服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)請求，而塊服務(wù)器則將取得的數(shù)據(jù)直接返回給客戶端。GFS 的體系結(jié)構(gòu)Amazon 的彈性計算云Amazon 的彈性計算云Amazo

18、n 是最早提供云計算服務(wù)的公司之一，該公司的彈性計算云(elastic compute cloud，EC2)平臺建立在公司內(nèi)部的大規(guī)模服務(wù)器集群上，平臺為用戶提供網(wǎng)絡(luò)界面操作在“云端”運行的各個虛擬機(jī)實例(instance)。用戶只需為自己所使用的計算平臺實例付費， 運行結(jié)束后計費也隨之結(jié)束。彈性計算云用戶使用客戶端通過SOAP over HTTPS 協(xié)議與Amazon 彈性計算云內(nèi)部的實例進(jìn)行交互，彈性計算云平臺為用戶或者開發(fā)人員提供了一個虛擬的集群環(huán)境，在用戶具有充分靈活性的同時，也減輕了云計算平臺擁有者(Amazon 公司)的管理負(fù)擔(dān)。彈性計算云中的每一個實例代表一個運行中的虛擬機(jī)。用戶

19、對自己的虛擬機(jī)具有完整的訪問權(quán)限， 包括針對此虛擬機(jī)操作系統(tǒng)的管理員權(quán)限。虛擬機(jī)的收費也是根據(jù)虛擬機(jī)的能力進(jìn)行費用計算的，實際上，用戶租用的是虛擬的計算能力。彈性計算云示意圖SOAP（Simple Object Access Protocol）：簡單對象訪問協(xié)議是一種輕量的、簡單的、基于 XML的協(xié)議，它被設(shè)計成在 WEB 上交換結(jié)構(gòu)化的和固化的信息。 SOAP 可以和現(xiàn)存的許多因特網(wǎng)協(xié)議和格式結(jié)合使用，包括超文本傳輸協(xié)議（ HTTP），簡單郵件傳輸協(xié)議（SMTP），多用途網(wǎng)際郵件擴(kuò)充協(xié)議（MIME），支持從消息系統(tǒng)到遠(yuǎn)程過程調(diào)用（RPC）等解決方案比較Amazon Web ServicesG

20、oogle AppEngineMicrosoft AzureIBM BlueCloudVMwareRedHat計算模型(VM)通過Xen虛擬機(jī)實現(xiàn)的x86指令集架構(gòu)；彈性計算允許可擴(kuò)展，但需要用戶自行開發(fā)或第三方支持計算和存儲的自動伸縮；網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器容錯；預(yù)定義的應(yīng)用結(jié)構(gòu)和框架；程序員使用Python提供“指針”，持久變量寫入MegaStore微軟CLR運行環(huán)境機(jī)器通過定義描述進(jìn)行部署（如哪個角色可以被復(fù)制）；自動負(fù)載均衡Linux&XenPowerVM開源云計算平臺vCenter Server 4.0vSphere 4.0Enterprise Linux Server (集成kvm模塊）Virtualization ManagementKVM: Kernel-based Virtual Machine存儲模型從塊存儲(EBS)到簡單數(shù)據(jù)庫支持(SimpleDB)從無擴(kuò)展性到自動可擴(kuò)展均支持?jǐn)?shù)據(jù)一致性依據(jù)所用存儲模型的不同而不同API也不同MegaStore/BigTableSQL Data ServicesAzure存儲服務(wù)DB2及其他存儲服務(wù)vStorage通用SAN架構(gòu)，支持FCP、iSCSI、NFS、GFS等通用文件系統(tǒng)及協(xié)議主要特點EC2作為一種硬件虛擬機(jī)，用戶可以控制其核心以外的幾乎所