《服务网格与云计算》教学课件

1、1本章内容3网格与网格计算云计算概述6.3云计算应用典型云计算平台介绍1.第1页，共56页。网格计算产生背景2022/8/32.第2页，共56页。网格计算产生背景2022/8/33.第3页，共56页。网格计算产生背景计算机性能已经提高了80亿倍，但应用的需求增长得更快；例如：没有任何单个的服务器或搜索引擎能有效地覆盖不断增长的web内容。Internet每年产生21018 bytes的信息，但每年只有31012 bytes信息可用(0.00015%)，Google也只能搜索1.3108个web页。因此，由于局部计算资源有限的计算能力，导致大量宝贵的信息资源白白浪费。人们建造越

2、来越大的超级计算机，但超级计算机造起来很麻烦；集群计算机很容易造，但它的规模也不能无限扩张；网格虚拟出空前的超级计算机，成为下一代Internet的发展方向。2022/8/34.第4页，共56页。网格计算的发展历程萌芽期20世纪90年代早期，主要是千兆网的实验床，以及一些元计算实验；实验期20世纪90年代中晚期，比如I-WAY项目，学术性研究Globus、Legion以及一些应用；发展期本世纪以来，出现了大量的计算服务网格研究和应用项目，出现了影响很大的组织全球网格论坛GGF（Global Grid Forum），致力于制定全球网格计算的标准和规范。同时，网格计算也不再仅仅局限于科学研究，工业

3、界与学术界联盟，正致力于网格计算在更广泛的科学、工程和商业领域的推广和应用。2022/8/35.第5页，共56页。网格计算一个解决计算密集、数据密集的大规模科学、工程和商业计算问题的平台；一种力图把整个Internet整合成一台巨大的超级虚拟计算机的新型通用基础支撑技术；下一代信息社会的基础设施 “广泛共享、有效聚合、充分释放”是网格计算的目标。2022/8/36.第6页，共56页。网格与网格计算2022/8/37.第7页，共56页。网格与网格计算什么是网格？网格就是一个集成的计算机环境，它能充分吸收各种计算资源，包括计算机、数据资料、仪器设备、网络通信能力以及人力资源等，并将他们转化成一种随

4、处可见、可靠的、标准而经济的计算能力什么是网格计算？网格计算就是将分布的各种计算资源统一组织起来协同解决科学和工程计算问题的技术网格的基本要求：可靠性、标准化、易访问性、价格低廉思想：资源共享和协同，强调统一和横向设计方法：建立广泛的资源共享标准和协议2022/8/38.第8页，共56页。网格与网格计算2022/8/39.第9页，共56页。网格的应用需求 电子科研（EScience） 电子教育（EEducation） 电子商务（EBusiness） 电子政务（EGovernment） 电子娱乐（EEntertainment）2022/8/310.第10页，共56页。网格的应用需求 E-Scie

5、nce大规模构造和挖掘大型的观测和模拟数据库开发计算机模拟和分析访问远程的特殊设备分布各地的合作研究人员近实时的交换信息E-Business企业计算是高度分布、异构、企业之间(B2B)企业计算需要大量计算和数据服务各种资源和服务的提供商出现，租赁业务是可行的2022/8/311.第11页，共56页。网格的应用需求 E-Government各个政府部门的信息互通和互操作部门之间资源和信息共享和整合EEntertainment大规模的视频点播：分布、海量在线游戏:成千上万人、交互、处理 E-Education教育信息化主动学习方法和交互式的教学方式网络上作模拟实验2022/8/312.第12页，共

6、56页。数据（信息）网格：数据的随需即取数据网格可以使一组分布、异构的数据成为一个单一的数据视图数据网格可以管理大量的、分布在不同领域的数据、存储和网络资源，兼顾本地和总体的安全策略，有效地安排资源的使用，高性能，同时兼顾速度和可靠性计算网格：处理能力的随需即取根据应用的需求和系统负载情况实时地分配服务器资源，优化系统效率为异构系统提供统一的界面，减少系统管理和配置的开销服务网格：应用和服务的随需即取基于Web服务（Web Services）标准，提供异构平台的应用访问和集成机制缩短应用开发和集成的开销和时间，带来更高的可重用性，灵活性，扩展性和可用性随着新Web服务标准的发布，网格计算和We

7、b服务正在走向统一网格技术分类2022/8/313.第13页，共56页。专用法为用户提供一个专用的网格解决方案，不管底层用何种技术。这是目前最常用的方法。中间件法提供一个传统意义上的网格中间件，网格服务请求通过中间件访问网格资源。网络法将网格看成一个网络，使用Internet和Web的思路发展网格软件，重点在协议。这是Globus的主要思路之一。计算机系统法将网格看成一个计算机系统，使用计算机体系结构的思路发展网格软件和硬件，重点在地址空间、操作系统、进程和编程语言等体系结构的实体。这是中科院织女星网格系统平台的主要思路。网格计算技术路线2022/8/314.第14页，共56页。在过去几年中，

8、网格应用已经从早期的科研领域向主流市场迈进；在国际上，网格的关键概念和技术上已达成相当程度的共识；开放网格服务架构（OGSA）已经成为广泛采用的网格技术标准；产业界纷纷推出各自的网格产品，并成功地在各行业得到应用，例如美国军方GIG、北美Platform、英国e-Science、中国教育科研网格、织女星网格。发展现状2022/8/315.第15页，共56页。互联网服务提供方服务网格Virtualization of servicesDynamic service provisioningSelf-healing of servicesIntegratable with Enterprise a

9、pplications企业间及合作伙伴合作网格DOE, UK Grid & DoD协同共享公用的数据中心动态的提供资源企业内部time共享程度企业网格Toshiba, TI, GMCluster-to-cluster sharing managementReliable file transfer & stagingUser account mapping, Firewalls, Kerboros1996200020042008发展趋势2022/8/316.第16页，共56页。OGSA（Open Grid Services Architecture)面向服务的体系结构SOA以服务为中心的“服务

10、结构”一切都是服务商业应用分布企业计算，例如企业应用集成和B2B等Web Services和Grid技术融合的产物遵循Web Service标准，扩展它开放网格服务体系结构OGSA2022/8/317.第17页，共56页。2022/8/3西北工业大学软件与微电子学院18本章内容3网格与网格计算云计算概述6.3云计算应用典型云计算平台介绍18.第18页，共56页。云计算（Cloud Computing ）：是分布式处理(Distributed Computing)、并行处理(Parallel Computing)和网格计算(Grid Computing)的发展，或者说是这些计算

11、机科学概念的商业实现。是指基于互联网的超级计算模式-即把存储于个人电脑、移动电话和其他设备上的大量信息和处理器资源集中在一起，协同工作。在极大规模上可扩展的信息技术能力向外部客户作为服务来提供的一种计算方式。40多亿的移动电话一 2010年 数据来源: Nokia个人电脑和笔记本电脑企业电脑和服务器PDA云计算的定义2022/8/319.第19页，共56页。数据在云端：不怕丢失,不必备份,可以任意点的恢复 ；软件在云端：不必下载自动升级 ；无所不在的计算：在任何时间，任意地点，任何设备登录后就可以进行计算服务；无限强大的计算：具有无限空间的，无限速度。硬件为中心软件为中心 服务为中心 PCC/

12、S云计算云计算2022/8/320.第20页，共56页。2022/8/3西北工业大学软件与微电子学院21狭义：指IT基础设施的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需的资源（硬件、平台、软件）。提供资源的网络被称为“云”。“云”中的资源在使用者看来是可以无限扩展的，并且可以随时获取，按需使用，随时扩展，按使用付费。这种特性经常被称为“像水电一样使用IT基础设施”。广义：指服务的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需的服务。这种服务可以是IT和软件、互联网相关的，也可以是其他的任意服务。云计算的狭义和广义21.第21页，共56页。2022/8/3西北工业大学软件与微

13、电子学院221998年9月，24岁的布林和25岁的佩奇决定合伙开个公司，公司提供的唯一服务就是搜索引擎。在对商业计划一无所知的情况下，布林从一位斯坦福校友那里顺利地拿到了第一笔投资：10美元。依靠这10万美元，在朋友的一个车库里，布林和佩奇开始了开创Google的历程。穷学生当然没有办法买得起昂贵的商用服务器，于是他们就买淘汰的主板、过期的CPU、便宜的小容量硬盘，还有廉价的电源等最便宜的器件来攒服务器。但是这种廉价组装的服务器很容易坏、不稳定。好在这两个年轻人都拥有绝顶聪明的脑袋，他们决定靠写完善的容灾软件系统来克服这些毛病，利用软件的系统工程使得成百上千万并不可靠的硬件服务器组成一个非常可

14、靠的系统来提供IT基础支撑服务。云计算的最早模式22.第22页，共56页。2022/8/3西北工业大学软件与微电子学院23这家小公司就这样顶着风雨发展起来，到2000年，他们已经有了几千台这样的服务器了。他们开始用网络把这些服务器连接起来，并通过软件系统的一整套新型计算模式来实现高性能计算，形成了现在所称的“云计算”的雏形。而车库里那些提供搜索的用网线连起来的破烂的几百台攒出来的计算机以及隔离它们的一些纸板就成为了最初的云计算系统。不值钱的硬件设施，加上容灾软件支持，能够支持快速的大规模的网页搜索服务，这就是“云计算”的最早模式。云计算的最早模式（续）23.第23页，共56页。2022/8/3

15、西北工业大学软件与微电子学院242006年，Sun公司推出了基于云计算理论的黑盒子计划，其数据中心内置了各种计算机硬件以及必要的供电和冷却设备，作为大中型企业的移动数据中心用于实现可移动的计算机系统。2007年11月，IBM在上海推出了“蓝云（Blue Cloud）”计划，充分利用云计算包括云应用的能力，通过基于SOA的Web服务，与现有的IT基础架构的集成。微软通过Windwos Live提供云计算服务，实现一般的设备存储转移到任何时间都可以存储的模式；2008年，推出Windows Azure云计算平台，将能够使企业使用其数据中心来运行网络应用程序和制作网络程序。Google在2006年推

16、出Google Apps的企业服务即为云计算服务的雏形。同时提供了在线文档处理、电子表格处理及电子邮件、日历、网页创建等服务，并能实现多人协同办公。目前Google的战略部署为开源浏览器Chrome。Google Docs、Google Desktop、Google Picasa等作为Google提供给个人网络用户的在线软件应用及云计算模式的初步体验。 云计算的发展24.第24页，共56页。2022/8/3西北工业大学软件与微电子学院25亚马逊提供弹性计算云，为独立开发人员及开发商提供云计算服务平台弹性计算云（Elastic Compute Cloud，EC2）。亚马逊将弹性计算云建立在大规模

17、集群计算的平台上，用户可以通过网络去操作在云计算平台上的各个实例，而用户根据自己的使用情况进行付费。 虚拟化技术先驱VMware于2008年宣布加入云计算研究和开发队伍，并宣布其云计算策略和技术路线图，并论证了构建私有云的关键要素。资料表明：越来越多的IT企业、软件开发团队、服务提供商卷入到云战争中，抢占云计算这一新型服务领域，近期国外已有专门定位于云计算应用的终端设备发布，被称为云计算计算机和云操作系统。 云计算的发展（续）25.第25页，共56页。SAAS（ Software as a Service ） PAAS（ Platform as a Service ） IAAS（ Infras

18、tructure as a Service ）云存储MSP商业服务平台 云计算六种服务方式2022/8/326.第26页，共56页。67.2%73.3%77.0%77.5%77.9%81.5%83.6%0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%系统和信息共享更容易支持、推行IT标准提供最新的技术和功能IT人员减少，费用降低每月花费低无多余的开支开发容易快速Q: 云计算能带来的好处的调查与评估 数据来源: IDC Enterprise Panel, August 2008 n=2442022/8/327.第27页，共56页。2022/8/3西北工业大学软件与微电子学院28更低成本

19、的用户电脑更高的性能更低的IT基础设施成本更少的维护问题更低的软件成本即时软件更新增强的计算能力无限的存储容量增强的数据安全改进操作系统之间的兼容性改进文件格式的兼容性更容易的群组协作对文档的普适访问最新版本的可用性消除对特定设备的依赖云计算的优势28.第28页，共56页。2022/8/3西北工业大学软件与微电子学院29需要持久的因特网连接低速连接效果差 可能是缓慢的 功能可能是有限的 存储的数据也许不安全 如果云弄丢了你的数据，那么你被“勒索”了 云计算的不足29.第29页，共56页。2022/8/3西北工业大学软件与微电子学院30协作者马路战士具有成本意识的用户具有成本意识的IT部门需求日

20、益增长的用户哪些人受益于云计算30.第30页，共56页。2022/8/3西北工业大学软件与微电子学院31因特网受限用户离线工作者有安全意识者绑定到已有应用的任何人哪些人不应该使用云计算31.第31页，共56页。2022/8/3西北工业大学软件与微电子学院32买外部服务实现模式技术模式商业模式人机界面传统方式云计算可扩展, 有弹性, 动态, 多用户 所用即所付通过Internet使用 (IP, HTML, HTTP) 买设备开发系统用户单一支付设备和劳动力费用 互联网/局域网云计算带来的变化32.第32页，共56页。2022/8/3西北工业大学软件与微电子学院33云计算带来的变化33.第33页，

21、共56页。云计算的基本原理是通过使计算分布在大量的分布式计算机上，而非本地计算机或远程服务器中，企业数据中心的运行将更与互联网相似。这使得企业能够将资源切换到需要的应用上，根据需求访问计算机和存储系统。 云计算体系结构2022/8/334.第34页，共56页。用户互动 界面系统管理资源工具服务器服务目录监控和测定云计算体系逻辑结构2022/8/335.第35页，共56页。2022/8/3西北工业大学软件与微电子学院36云计算服务层次36.第36页，共56页。2022/8/3西北工业大学软件与微电子学院37云计算技术层次37.第37页，共56页。2022/8/3西北工业大学软件与微电子学院38本

22、章内容3网格与网格计算云计算概述6.3云计算应用典型云计算平台介绍38.第38页，共56页。IaaS（Infrastructure as a Service，基础设施即服务）：提供给消费者的服务是对所有设施的利用，包括处理、存储、网络和其它基本的计算资源，用户能够部署和运行任意软件，包括操作系统和应用程序。消费者不管理或控制任何云计算基础设施，但能控制操作系统的选择、储存空间、部署的应用，也有可能获得有限制的网络组件（例如防火墙，负载均衡器等）的控制。IaaS2022/8/339.第39页，共56页。优势节省费用/所付及所用即时升级安全可靠IaaS2022/8/340.第40

23、页，共56页。实例当你想运行成批的程序组，但是没有合适的软硬件环境，可使用Amazon的EC2当你想在网络上发布一个短期（几天到几个月）的网站，可使用FlexiscaleIaaS2022/8/341.第41页，共56页。AmazonInfrastructure web servicesEC2 (Elastic Compute Cloud) - now with Windows (99.95% availability!)S3 (Simple Storage Service)SimpleDBSQS (Simple Queue Service) Payments and BillingOn-dem

24、and workforce (Mechanical Turk) Fulfilment web serviceRackspaceIaaS2022/8/342.第42页，共56页。PaaS （Platform as a Service，平台即服务 ）：将软件研发的平台（计世资讯定义为业务基础平台）作为一种服务提交给用户。客户不需要管理或控制底层的云基础设施，包括网络、服务器、操作系统、存储等，但客户能控制部署的应用程序，也可能控制运行应用程序的托管环境配置；PaaS2022/8/343.第43页，共56页。流行的服务存储数据库扩展性PaaS2022/8/344.第44页，共56页。优势节省费用/所

25、付及所用即时升级安全可靠PaaS2022/8/345.第45页，共56页。实例当你想把一个大容量的文件上传到网络上，允许35000个用户使用2个月的时间，可使用Amazon的Cloud Front当你想在网络上存储大量的文档，但是你没有足够的存储空间，可使用Amazon的S3PaaS2022/8/346.第46页，共56页。Google AppsHerokuRuby on Rails hosted on EC2FApexBungee ConnectBungee Logic (a C-family language similar to C#)Microsoft!Azure - .NET hos

26、ted in MS datacentres市场上主要的PaaS服务2022/8/347.第47页，共56页。The Azure Services Platform (Azure) 主机位于微软的数据中心，是一个基于Internet的云服务平台。提供操作系统和一系列的开发服务,各种服务可进行自由组合PaaS-Microsoft Windows Azure2022/8/348.第48页，共56页。实现模式在中小企业盛行无需管理软硬件服务通过浏览器实现SaaS2022/8/349.第49页，共56页。优势无浪费费用即时扩展安全可靠SaaS2022/8/350.第50页，共56页。实例CRM财务计划H

27、R文字处理EmailSaaS2022/8/351.第51页，共56页。无浪费费用即时扩展安全可靠IaaS、PaaS & SaaS共性2022/8/352.第52页，共56页。Google公布的云计算技术主要由MapReduce、Google文件系统(GFS)、BigTable组成。Google 还构建其他云计算组件，包括一个领域描述语言以及分布式锁服务机制等。Sawzall是一种建立在 MapReduce基础上的领域语言，专门用于大规模的信息处理。Chubby是一个高可用、分布式数据锁服务，当有机器失效时，Chubby使用Paxos算法来保证备份 Google 的云计算平台 2022/8/353.第53页，共56页。 “蓝云”基于IBM Almaden研究中心的云基础架构，采用了X