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2006年谷歌推出了“Google 101計劃”，并正式提出“云”的概念和理論。隨后亞馬遜、微軟、惠普、雅虎、英特爾、IBM等公司都宣布了自己的“云計劃”，云安全、云存儲、內部云、外部云、公共云、私有云……一堆讓人眼花繚亂的概念在不斷沖擊人們的神經。那么到底什么是云計算技術呢？對云計算技術的產生、概念、原理、應用和前景又在哪里？

一、云計算思想的產生

傳統(tǒng)模式下，企業(yè)建立一套IT系統(tǒng)不僅僅需要購買硬件等基礎設施，還有買軟件的許可證，需要專門的人員維護。當企業(yè)的規(guī)模擴大時還要繼續(xù)升級各種軟硬件設施以滿足需要。對于企業(yè)來說，計算機等硬件和軟件本身并非他們真正需要的，它們僅僅是完成工作、提供效率的工具而已。對個人來說，我們想正常使用電腦需要安裝許多軟件，而許多軟件是收費的，對不經常使用該軟件的用戶來說購買是非常不劃算的�？刹豢梢杂羞@樣的服務，能夠提供我們需要的所有軟件供我們租用？這樣我們只需要在用時付少量“租金”即可“租用”到這些軟件服務，為我們節(jié)省許多購買軟硬件的資金。

我們每天都要用電，但我們不是每家自備發(fā)電機，它由電廠集中提供；我們每天都要用自來水，但我們不是每家都有井，它由自來水廠集中提供。這種模式極大得節(jié)約了資源，方便了我們的生活。面對計算機給我們帶來的困擾，我們可不可以像使用水和電一樣使用計算機資源？這些想法終導致了云計算的產生。

云計算的終目標是將計算、服務和應用作為一種公共設施提供給公眾，使人們能夠像使用水、電、煤氣和電話那樣使用計算機資源。

云計算模式即為電廠集中供電模式。在云計算模式下，用戶的計算機會變的十分簡單，或許不大的內存、不需要硬盤和各種應用軟件，就可以滿足我們的需求，因為用戶的計算機除了通過瀏覽器給“云”發(fā)送指令和接受數(shù)據(jù)外基本上什么都不用做便可以使用云服務提供商的計算資源、存儲空間和各種應用軟件。這就像連接“顯示器” 和“主機”的電線無限長，從而可以把顯示器放在使用者的面前，而主機放在遠到甚至計算機使用者本人也不知道的地方。云計算把連接“顯示器”和“主機”的電線變成了網(wǎng)絡，把“主機”變成云服務提供商的服務器集群。

在云計算環(huán)境下，用戶的使用觀念也會發(fā)生徹底的變化：從“購買產品”到“購買服務”轉變，因為他們直接面對的將不再是復雜的硬件和軟件，而是終的服務。用戶不需要擁有看得見、摸得著的硬件設施，也不需要為機房支付設備供電、空調制冷、專人維護等等費用，并且不需要等待漫長的供貨周期、項目實施等冗長的時間，只需要把錢匯給云計算服務提供商，我們將會馬上得到需要的服務。

二、云計算的概念

云計算（Cloud Computing）是由分布式計算（Distributed Computing）、并行處理（Parallel Computing）、網(wǎng)格計算（Grid Computing）發(fā)展來的，是一種新興的商業(yè)計算模型。目前，對于云計算的認識在不斷的發(fā)展變化，云計算沒仍沒有普遍一致的定義。

中國網(wǎng)格計算、云計算專家劉鵬給出如下定義：“云計算將計算任務分布在大量計算機構成的資源池上，使各種應用系統(tǒng)能夠根據(jù)需要獲取計算力、存儲空間和各種軟件服務”。

狹義的云計算指的是廠商通過分布式計算和虛擬化技術搭建數(shù)據(jù)中心或超級計算機，以免費或按需租用方式向技術開發(fā)者或者企業(yè)客戶提供數(shù)據(jù)存儲、分析以及科學計算等服務，比如亞馬遜數(shù)據(jù)倉庫出租生意。

廣義的云計算指廠商通過建立網(wǎng)絡服務器集群，向各種不同類型客戶提供在線軟件服務、硬件租借、數(shù)據(jù)存儲、計算分析等不同類型的服務。廣義的云計算包括了更多的廠商和服務類型，例如國內用友、金蝶等管理軟件廠商推出的在線財務軟件，谷歌發(fā)布的Google應用程序套裝等。

通俗的理解是，云計算的“云“就是存在于互聯(lián)網(wǎng)上的服務器集群上的資源，它包括硬件資源（服務器、存儲器、CPU等）和軟件資源（如應用軟件、集成開發(fā)環(huán)境等），本地計算機只需要通過互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送一個需求信息，遠端就會有成千上萬的計算機為你提供需要的資源并將結果返回到本地計算機，這樣，本地計算機幾乎不需要做什么，所有的處理都在云計算提供商所提供的計算機群來完成。

三、典型云計算平臺介紹

由于云計算技術范圍很廣，目前各大IT企業(yè)提供的云計算服務主要根據(jù)自身的特點和優(yōu)勢實現(xiàn)的。下面以Google、IBM、Amazon為例說明：

（1）Google 的云計算平臺

Google的硬件條件優(yōu)勢，大型的數(shù)據(jù)中心、搜索引擎的支柱應用，促進Google云計算迅速發(fā)展。Google的云計算主要由MapReduce、Google文件系統(tǒng)(GFS)、BigTable組成。它們是Google內部云計算基礎平臺的3個主要部分。Google 還構建其他云計算組件，包括一個領域描述語言以及分布式鎖服務機制等。Sawzall是一種建立在MapReduce基礎上的領域語言，專門用于大規(guī)模的信息處理。Chubby是一個高可用、分布式數(shù)據(jù)鎖服務，當有機器失效時，Chubby使用Paxos算法來保證備份。

（2）IBM“藍云”計算平臺

“藍云”解決方案是由IBM云計算中心開發(fā)的企業(yè)級云計算解決方案。該解決方案可以對企業(yè)現(xiàn)有的基礎架構進行整合，通過虛擬化技術和自動化技術，構建企業(yè)自己擁有的云計算中心，實現(xiàn)企業(yè)硬件資源和軟件資源的統(tǒng)一管理、統(tǒng)一分配、統(tǒng)一部署、統(tǒng)一監(jiān)控和統(tǒng)一備份，打破應用對資源的獨占，從而幫助企業(yè)實現(xiàn)云計算理念。

IBM 的“藍云”計算平臺是一套軟、硬件平臺，將Internet上使用的技術擴展到企業(yè)平臺上，使得數(shù)據(jù)中心使用類似于互聯(lián)網(wǎng)的計算環(huán)境。“藍云”大量使用了IBM先進的大規(guī)模計算技術，結合了IBM自身的軟、硬件系統(tǒng)以及服務技術，支持開放標準與開放源代碼軟件。

“藍云”基于IBM Almaden研究中心的云基礎架構，采用了Xen和PowerVM虛擬化軟件，Linux操作系統(tǒng)映像以及Hadoop軟件(Google File System以及MapReduce的開源實現(xiàn))。IBM已經正式推出了基于x86芯片服務器系統(tǒng)的“藍云”產品。下圖為IBM “藍云”的架構：

由圖可知，“藍云”計算平臺由一個數(shù)據(jù)中心、IBM Tivoli部署管理軟件(Tivoli provisioning manager)、IBM Tivoli監(jiān)控軟件(IBM Tivoli monitoring)、IBM WebSphere應用服務器、IBM DB2數(shù)據(jù)庫以及一些開源信息處理軟件和開源虛擬化軟件共同組成�！八{云”的硬件平臺環(huán)境與一般的x86服務器集群類似，使用刀片的方式增加了計算密度�！八{云”軟件平臺的特點主要體現(xiàn)在虛擬機以及對于大規(guī)模數(shù)據(jù)處理軟件Apache Hadoop的使用。

“藍云”平臺的一個重要特點是虛擬化技術的使用。虛擬化的方式在“藍云”中有兩個級別，一個是在硬件級別上實現(xiàn)虛擬化，另一個是通過開源軟件實現(xiàn)虛擬化。硬件級別的虛擬化可以使用IBM p系列的服務器，獲得硬件的邏輯分區(qū)LPAR(logic partition)。邏輯分區(qū)的CPU資源能夠通過IBM Enterprise Workload Manager來管理。通過這樣的方式加上在實際使用過程中的資源分配策略，能夠使相應的資源合理地分配到各個邏輯分區(qū)。p系列系統(tǒng)的邏輯分區(qū)小粒度是1/10顆CPU。Xen則是軟件級別上的虛擬化，能夠在Linux基礎上運行另外一個操作系統(tǒng)。

虛擬機是一類特殊的軟件，能夠完全模擬硬件的執(zhí)行，運行不經修改的完整的操作系統(tǒng)，保留了一整套運行環(huán)境語義。通過虛擬機的方式，在云計算平臺上獲得如下一些優(yōu)點：

1)云計算的管理平臺能夠動態(tài)地將計算平臺定位到所需要的物理節(jié)點上，而無須停止運行在虛擬機平臺上的應用程序，進程遷移方法更加靈活；

2)降低集群電能消耗，將多個負載不是很重的虛擬機計算節(jié)點合并到同一個物理節(jié)點上，從而能夠關閉空閑的物理節(jié)點，達到節(jié)約電能的目的；

3)通過虛擬機在不同物理節(jié)點上的動態(tài)遷移，遷移了整體的虛擬運行環(huán)境，能夠獲得與應用無關的負載平衡性能；

4)在部署上也更加靈活，即可以將虛擬機直接部署到物理計算平臺上，而虛擬機本身就包括了相應的操作系統(tǒng)以及相應的應用軟件，直接將大量的虛擬機映像復制到對應的物理節(jié)點即可。

“藍云”計算平臺中的存儲體系結構：“藍云”計算平臺中的存儲體系結構對于云計算來說也是非常重要的，無論是操作系統(tǒng)、服務程序還是用戶的應用程序的數(shù)據(jù)都保存在存儲體系中�！八{云”存儲體系結構包含類似于Google File System 的集群文件系統(tǒng)以及基于塊設備方式的存儲區(qū)域網(wǎng)絡SAN。

在設計云計算平臺的存儲體系結構時，可以通過組合多個磁盤獲得很大的磁盤容量。相對于磁盤的容量，在云計算平臺的存儲中，磁盤數(shù)據(jù)的讀寫速度是一個更重要的問題，因此需要對多個磁盤進行同時讀寫。這種方式要求將數(shù)據(jù)分配到多個節(jié)點的多個磁盤當中。為達到這一目的，存儲技術有兩個選擇，一個是使用類似于Google File System的集群文件系統(tǒng)，另一個是基于塊設備的存儲區(qū)域網(wǎng)絡SAN系統(tǒng)。

在藍云計算平臺上，SAN 系統(tǒng)與分布式文件系統(tǒng)(例如Google File System)并不是相互對立的系統(tǒng)，SAN提供的是塊設備接口，需要在此基礎上構建文件系統(tǒng)，才能被上層應用程序所使用。而Google File System正好是一個分布式的文件系統(tǒng)，能夠建立在SAN之上。兩者都能提供可靠性、可擴展性，至于如何使用還需要由建立在云計算平臺上的應用程序來決定，這也體現(xiàn)了計算平臺與上層應用相互協(xié)作的關系。

（3）Amazon的彈性計算云

Amazon是互聯(lián)網(wǎng)上大的在線零售商，為了應付交易高峰，不得不購買了大量的服務器。而在大多數(shù)時間，大部分服務器閑置，造成了很大的浪費，為了合理利用空閑服務器，Amazon建立了自己的云計算平臺彈性計算云EC2（elastic compute cloud），并且是第一家將基礎設施作為服務出售的公司。

Amazon將自己的彈性計算云建立在公司內部的大規(guī)模集群計算的平臺上，而用戶可以通過彈性計算云的網(wǎng)絡界面去操作在云計算平臺上運行的各個實例(instance)。用戶使用實例的付費方式由用戶的使用狀況決定，即用戶只需為自己所使用的計算平臺實例付費，運行結束后計費也隨之結束。這里所說的實例即是由用戶控制的完整的虛擬機運行實例。通過這種方式，用戶不必自己去建立云計算平臺，節(jié)省了設備與維護費用。

上圖為EC2系統(tǒng)的使用模式。從圖中可以看出，彈性計算云用戶使用客戶端通過SOAP over HTTPS協(xié)議與Amazon彈性計算云內部的實例進行交互。這樣，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)的管理負擔。彈性計算云中的每一個實例代表一個運行中的虛擬機。用戶對自己的虛擬機具有完整的訪問權限，包括針對此虛擬機操作系統(tǒng)的管理員權限。虛擬機的收費也是根據(jù)虛擬機的能力進行費用計算的，實際上，用戶租用的是虛擬的計算能力。

總而言之，Amazon通過提供彈性計算云，滿足了小規(guī)模軟件開發(fā)人員對集群系統(tǒng)的需求，減小了維護負擔。其收費方式相對簡單明了：用戶使用多少資源，只需為這一部分資源付費即可。

為了彈性計算云的進一步發(fā)展，Amazon規(guī)劃了如何在云計算平臺基礎上幫助用戶開發(fā)網(wǎng)絡化的應用程序。除了網(wǎng)絡零售業(yè)務以外，云計算也是Amazon公司的核心價值所在。Amazon將來會在彈性計算云的平臺基礎上添加更多的網(wǎng)絡服務組件模塊，為用戶構建云計算應用提供方便。

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