云计算基本知识

在此输入文字标题云计算基础知识1讲授小组：赵圆圆

叶德旺

目录1.云计算的定义及内涵2.云计算的特点3.云计算的分类4.云计算与网格计算5云计算与物联网、移动互联网。云计算的定义及内涵云计算是一种能够通过网络以便利的按需付费的方式获取计算资源（包括网络、服务器、存储应用和服务等）并提高其可用性的模式，这些资源来自一个共享的、可配置的资源池，并能够以最省力和无人干预的方式获取和释放。（NIST：美国国家标准和技术研究院）NIST还提出云计算模式的5个关键功能、3种服务交付模式和4种部署方式。云计算是一种大规模的分布式计算机制，由规模经济效应驱动，可根据用户需求通过互联网提供抽象的、虚拟的、可动态伸缩的计算能力、存储容量、平台和服务。（网格计算之父IanFoster）1.1云计算的定义云计算是一种计算模式，在这种模式中，应用、数据和IT资源以服务的方式通过网络提供给用户使用；云计算也是一种基础架构管理的方法论，大量的计算资源组成IT资源池，用于动态创建高度虚拟化的资源以供用户使用。IBM将云计算看做一个虚拟化的计算机资源池。（IBM《“智慧的地球”——IBM云计算2.0》）“云”是大规模的便于获取和使用的虚拟化的资源池（如硬件、开发平台、服务等）；这些资源可根据需要重新动态配置，以实现有效负载和最优的资源利用；对云资源的利用通常按使用收费（pay-per-use），这种模式由基础设施服务商的SLA（ServiceLevelAgreement，服务品质协议）提供保障。（M.Luis等人在研究了众多专家对云计算的不同见解后提出的一种定义）综上所述，云计算的核心是可以自我维护和管理的虚拟计算资源，通常是一些大型服务器集群，包括计算机服务器、存储服务器和宽带资源等。云计算将计算资源集中起来，并通过专门软件实现自动管理，无需人为参与。用户可以动态申请部分资源，支持各种应用程序的运转，无需为烦琐的细节而烦恼，能够更加专注于自己的业务，有利于提高效率、降低成本和技术创新。云计算的定义及内涵云计算的提出和发展有赖于先前的IT技术，如网格计算、效用计算、面向服务的架构SOA、Web2.0、软件及服务等。同时，云计算又是一个飞跃，将对ICT行业带来革命性的突破。技术架构、商业模式以及ICT行业的竞争格局都会因云计算而重新洗牌。云计算的12种技术驱动力在于：虚拟化、分布式计算、自治系统技术、网格计算、效用计算、宽带网、Web2.0、SOA、开源软件、Web应用框架、浏览器的发展、服务品质协议（ServiceLevelAgreement，简称SLA）。1.2云计算的发展渊源云计算的定义及内涵云计算的基本原理利用非本地或远程服务器（集群）的分布式计算机为互联网用户提供服务（计算、存储、软硬件等服务）。这使得用户可以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。云计算可以把普通的服务器或者PC连接起来以获得超级计算机的计算和存储功能，但是成本更低。云计算真正实现了按需计算，从而有效的提高了对软硬件资源的利用效率。云计算的定义及内涵云计算综述数据在云端：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。（1）按需分配的自助服务。消费者可以在需要的时候，不必与服务提供商人员接触，单方面地自动提供计算能力，比如服务器时间、网络和存储。云计算的特点美国国家标准和技术研究院提出了云计算的五个基本特性：（3）资源池化。服务提供商的资源使用多租户模式，服务多个消费者，依据用户的需求，不同的物理和虚拟资源被动态的分配和再分配。同时还有位置无关的特性，用户通常不能掌控或者了解资源的具体物理位置，不过用户可以在更高层次的抽象层指定位置(国家、省，或者数据中心)。典型的资源包括存储、处理、内存和网络带宽。（2）宽带网络访问。用户通过基于网络的标准机制访问计算能力，这些机制提倡使用各种异构的胖/瘦客户端(移动电话、平板电脑、笔记本和个人工作站)（5）可评测的服务。通过利用与服务匹配的抽象层次的计量能力(比如存储、处理、带宽和活跃用户账号数)，云系统自动控制和优化资源的使用。资源使用可以被监视、控制和报告，提供透明度给服务提供商和服务使用者。（4）快速弹性。弹性的提供或者释放计算能力，以快速伸缩匹配等量的需求，在某些情况下，这种伸缩是自动的。对消费者来说，这种可分配的计算能力通常显得几乎无限，并且可以在任何时候自助任何数量。2.1云计算的五大基本特性云计算的特点（1）以用户为中心的界面。云计算的界面不需要用户改变他们的工作习惯和环境(编程语言、编译器、操作系统等);需要在本地安装的云计算客户端是轻量级的，比如NimbusCloudkit客户端只有15MB;云计算界面与地理位置无关，可通过Web服务框架和互联网浏览器等成熟界面访问。（2）按需配置服务。云计算根据用户的需求提供资源和服务，用户可配置个性化的计算环境。（3）服务质量(QualityofService，简称QoS)保障。

云计算可为用户提供QoS保障，用户可与服务商签订SLAo（4）自主系统。云计算系统是一种自主系统，对用户是透明的，系统中的硬件、软件和数据都可自动配置、安排、强化，并作为统一的资源提供给用户。2.2云计算的优点（与网格计算等相比）（5）可伸缩性与灵活性。可伸缩性与灵活性是云计算最重要的特征，可以从地理位置、硬件性能、软件配置等多方面伸缩云计算服务与平台。云计算平台应该具有足够的灵活性，以满足大量用户的不同需求。（3）降低了用户对于IT专业知识的依赖。（2）减少用户终端的处理负担。（1）基于虚拟化技术快速部署资源或获得服务，云计算支持用户在任何位置、使用各种终端获取能力超强的服务。2.3IT业，云计算的公认优势私有云社区云公有云混合云基于部署方式的云计算分类云设施为一家单独的组织所独享，组织内部可能有多个消费者(比如不同的业务部门)。此类云可以由此组织或者第三方，或者两者的联合体所拥有、管理和运行.此类云可以物理部署在该组织的房产中，也可以不在其中。云设施向公共开发使用。它可能由商业机构、学术机构、政府机构，或者它们的联合体所拥有、管理和运行。云设施由一个特性的社区所独享，该社区由一群有共同考量(比如共同目标、安全要求、政策考量和行规性考量)的组织组成。社区云可以由社区中的一个或者多个组织，或者第三方，或者它们的混合体所拥有、管理和运行。此类云可以物理部署在该社区的房产中，也可以不在其中。云设施是一个上述两种或多种不同云设施(私有云、社区云和公有云)的混合体。这类云中云分别保持独立，但是借助于标准的或者私有的技术，云中的数据和应用程序可以在其间迁移[比如在不同云之间做负载均衡，形成云爆裂(CloudBursting)]。3.1云计算分类介绍云计算的基本架构云计算的服务类型可以将云分为3层，这三种基本类型经常被称为“SPI”模型，SPI分别代表：软件即服务（SaaS）平台即服务（PaaS）基础设施即服务（IaaS）3.2云计算的服务层次网格与互联网的演化一样，都是为了应对大型计算的需求。互联网是为了满足各大型计算中心之间的普通通信需求而开发的。这些通信连接不仅实现了计算中心之间的资源和信息共享，并最终为额外用户提供了访问。云计算与网格计算网格计算的概念反映的是一种理念框架，而不是指一个物理上存在的资源。网格所采用的方法是，利用位于分散管理域内的资源完成计算任务。网格技术的焦点在于对超出本地管理域的计算资源需求的灵活提供。网格技术可以被看做是互联网框架的扩展，目的是为了创建一个更为通用的资源共享。网格环境的创建是为了满足资源共享的需求，而各种资源(例如:CPU周期、磁盘存储空间、数据、软件程序、外围设备等)取决于该资源在本地管理域之外是否可用。这种“外部提供”的方法的不足使我们迫切需要创建一个新的管理域:虚拟组织。每个虚拟组织有各自独立和分离的管理政策(本地管理政策+外部资源管理=虚拟组织管理政策)。“任务执行”所需要的环境是根据该任务在本地管理域之外执行时的需求所区分的。网格技术是用来规范化的，以保证应用程序执行时所关联的网格环境具有统一的规范并且遵守之。网格计算通过利用大量异构计算机(通常为桌面)的未用资源(CPU周期和磁盘存储)，将其作为嵌人在分布式电信基础设施中的一个虚拟的计算机集群，为解决大规模的计算问题提供了一个模型。区别于传统的计算机集群或分布式计算，网格计算侧重于支持跨管理域计算的能力。SETI@home是第一个非营利性的科学项目，其目的是为了对空闲的CPU周期加以回收利用。该项目所设计的程序通常是在计算机没有被用户使用或是使用极少的情况下在后台运行或作为屏幕保护程序。其后的同类项目致力于增加投人控制和返回结果延迟。

欧洲核子研究组织(CERN)把网格计算定义为:“通过互联网来共享强大的计算能力和数据储存能力。”4.1网格计算概念云计算与网格计算（1）解决对于任何单一的超级计算机来说，仍然大得难以解决的问题，并同时保持解决多个较小问题的灵活性。这样，网格计算就提供了一个多用户环境.（2）更好地利用可用计算力，迎合大型计算练习的断断续续的需求。网格计算包括共享异构资源(基于不同平台、硬件/软件体系结构，以及计算机语言)，这些资源位于不同的地理位置，属于一个使用公开标准的网络上的不同的管理域，即虚拟化计算资源。4.2网格计算的两个目标从这些实际的例子可以看出，这些项目都很庞大，需要惊人的计算量，仅仅由单个的电脑或是个人在一个能让人接受的时间内计算完成是决不可能的。网格计算的目的是，通过任何一台计算机都可以提供无限的计算能力，可以接入浩如烟海的信息。这种环境将能够使各企业解决以前难以处理的问题，最有效地使用他们的系统，满足客户要求并降低他们计算机资源的拥有和管理总成本。云计算与网格计算1.解决较为复杂的数学问题，例如：GIMPS（寻找最大的梅森素数）。2.研究寻找最为安全的密码系统，如：RC-72（密码破解）。3.生物病理研究，如：Folding@home（研究蛋白质折叠，误解，聚合及由此引起的相关疾病）。4.各种各样疾病的药物研究，如：UnitedDevices（寻找对抗癌症的有效的药物）。5.信号处理，例如：SETI@Home（在家寻找地外文明）。提高或拓展型企业内所有计算资源的效率和利用率，满足最终用户的需求，同时能够解决以前由于计算、数据或存储资源的短缺而无法解决的问题。建立虚拟组织，通过让他们共享应用和数据来对公共问题进行合作。整合计算能力、存储和其他资源，能使得需要大量计算资源的巨大问题求解成为可能。通过对这些资源进行共享、有效优化和整体管理，能够降低计算的总成本。网格环境的最终目的是，从简单的资源集中发展到数据共享，最后发展到协作处理和有质量的服务(QualityofService)。资源集中——使公司用户能够将公司的整个IT基础设施看作是一台计算机，能够根据他们的需要找到尚未被利用的资源。

数据共享

——使各公司接入远程数据。这对某些生命科学项目尤其有用，因为在这些项目中，各公司需要和其他公司共享人类基因数据。通过网格计算来合作——使广泛分散在各地的组织能够在一定的项目上进行合作，整合业务流程，共享从工程蓝图到软件应用程序等所有信息，协同处理项目中的问题。

有质量的服务(QoS)——是指能针对不同用户或者不同数据流采用相应不同的优先级，或者是根据应用程序的要求，保证数据流的性能达到一定的水准。为同一网络中的各结点提供质量有保障的服务。4.3网格计算案例网格计算异构资源不同机构虚拟组织科学计算为主高性能计算机紧耦合问题免费标准化科学界云计算同构资源单一机构虚拟机数据处理为主服务器/PC松耦合问题按量计费尚无标准商业社会网格计算与云计算的比较云计算与网格计算刘鹏分析了云计算与网格技术的互补关系:云计算主要解决计算力和存储空间的集中共享使用问题；而网格技术主要解决分布在不同机构的各种信息资源的共享问题。提出两者终将融为一体，并将云计算的未来定义为云格。4.4云计算与网格技术的互补关系（1）从平台统一角度看，目前云计算还没有统一的标准，不同厂商的解决方案风格迥异、互不兼容，未来一定会朝着形成统一平台的方向发展;而网格技术生来就是为了解决跨平台、跨系统、跨地域的异构资源动态集成与共享的，而且国际网格界已经形成了统一的标准体系并成功应用。网格技术能够在云计算平台之间实现互操作，从而达成云计算设施的一体化，使得未来的云计算不再以厂商为单位提供，而构成一个统一的虚拟平台。因而，云和云之间的协同共享离不开网格的支持。（2）从计算角度看，云计算管理的是由PC和服务器构成的廉价计算资源池，主要针对松耦合型的数据处理应用，对于不容易分解成众多相互独立子任务的紧耦合型计算任务，采用云计算模式来处理效率很低，因为节点之间存在频繁的通信;网格技术能够集成分布在不同机构的高性能计算机，它们比较擅长处理紧耦合型应用，而有许多应用都属于紧藕合应用，如数值天气预报、汽车模拟碰撞试验、高楼受力分析等。这类应用并不是云计算所擅长的，如果云计算与网格技术能够一体化，则可以充分发挥各自特点。（3）从数据角度看，云计算主要管理和分析商业数据;网格技术已经集成了海量的科学数据，如物种基因数据、天文观测数据、地球遥感数据、气象数据、海洋数据、药物数据、人口统计数据等。如果将云计算与网格技术集成在一起，则可以大大扩大云计算的应用范畴。目前Amazon在不断征集供公众共享使用的数据集，包括人类基因数据、化学数据、经济数据、交通数据等，这充分说明计算对于这些数据集的需求，同时也反映出这种征集的方法过于原始。（5）从信息安全角度看，许多用户担心将自己宝贵的数据托管到云计算中心，就相当于丧失了对数据的绝对控制权，存在被第三方窥看、非法利用或丢失的可能，从而不敢采用云计算技术，而在网格环境中，数据可以仍然保存在原来的数据中心，仍然由其所有者管控，但对外界提供数据访问服务，是一种“可以用，但不能全部拿走”的模式，不会丧失数据的所有权，但数据资源的使用范围扩大了、利用率提高了。由于数据源头分别有不同所有者控制，他们可以决定每一种数据是否共享和在什么范围共享，较之将所有数据都放进云计算数据中心进行共享更有利于避免敏感数据的扩散。（4）从资源集成角度，要使用云计算，就必须将各种数据、系统、应用集中到云计算数据中心，而很多现有信息系统要改变运行模式、迁移到云计算平台上的难度和成本是很高的。还有些系统的数据源与数据中心可能距离较远，且数据源的数据是不断更新的(物联网就具有此种特性)，如果要求随时随刻将这些数据传送到云计算中心，则对网络宽带的消耗是不经济的。因此还会有大