《信息技术基础与应用》课件第11章

第十一章云 计 算 技 术11.1云计算的基本概念11.2云计算的核心技术`如今，IT技术行业正处于一个重要的转折阶段，虽然这一转折仍处于初期，但它将最终改变我们获取信息、分享内容和相互沟通的方式。这一全新的浪潮将由一种全新的计算模式所驱动：企业或个人将不再需要在电脑中安装大量套装软件，而是通过Web浏览器接入到一种大范围的、按需定制的服务——我们称之为“云服务”。当这种转变日趋加速时，IT行业将会在引领用户体验方面发生根本性的飞跃。什么是云计算呢？云计算(CloudComputing)是分布式计算技术的一种，其最基本的概念是，通过网络将庞大的计算处理程序自动分拆成无数个较小的子程序，再交由多部服务器所组成的庞大系统经搜寻、计算分析之后再将处理结果回传给用户。稍早之前的大规模分布式计算技术即为“云计算”的概念起源。

通过云计算技术，网络服务提供者可以在数秒之内处理数以千万计甚至亿计的信息，达到和“超级计算机”同样强大效能的网络服务。最简单的云计算技术在网络服务中已经随处可见，例如搜寻引擎、网络信箱等，使用者只要输入简单指令即能得到大量信息。11.1云计算的基本概念未来如手机、GPS等行动装置都可以通过云计算技术，发展出更多的应用服务。进一步的云计算不仅只做资料搜寻、分析的功能，未来如分析DNA结构、基因图谱定序、解析癌症细胞等，都可以通过这项技术轻易达成。

如果仅仅如此，那么云计算和其他计算如网格计算、分布式计算有何不同呢？云计算的应用并不止这些。网格计算是针对特定的需求，采用分布式计算的模式来处理用户请求，在短时间内做出响应，且结果不依赖于单个参与计算的计算机。而云计算是用户需要什么资源，在某个国家级的地点的云下经过协商、付费之后，相应地就能获得什么资源，来解决用户的“任何”请求，或者是公司的，或者是国家的。此时当请求数增多的时候，添加额外的付费即可获得额外的资源来处理用户的请求，即费用是和使用的资源成正比的。也就是说任何需要，云计算都可以为用户解决，小到需要使用特定软件，大到模拟卫星的周期轨道，以及数据的存储、公司的管理等。云计算所能提供的应用对人们生活方式的影响可以说包含了用户能想到的和想不到的。用户获得这些资源的方式很简单，只需要提供合理的费用即可。这就是云计算的威力！11.1.1网络技术发展概况

云计算技术是近几年才发展起来的，是伴随着网络技术的不断发展而发展起来的。由图11.1可以看出，从1936年图灵论文开始至2011年的75年间计算机与网络技术发生了翻天覆地的变革。1964年实现了包交换技术，1965年诞生了超文本技术，1969年美国军方广域网ARPANET诞生，1979年形成了网络协议TCP/IP，1984年互联网诞生，随之1989年出现了万维网，1993年互联网历史上第一个获得普遍使用的网页浏览器出现了，1995年IBM提出了电子商务，1999年首次提出语义Web，2000年出现了普适计算。之后2003年网格计算进入了人们的视线，到2007年云计算被正式提出。另外，在此期间网络地址IP从IPv4到IPv6，从Web1.0到Web3.0，并形成了WebService(网络服务)的理念。

图11.1网络技术发展示意图随着微电子技术的发展，网络传输的速率也从1970年的100kb/s发展到2010年的1Gb/s，如图11.2所示。通信技术与网络传输技术的发展也推动了FTTx系列技术的迅速发展，100Mb/s的端口速率能够传输1500余路传统话音(按照PCM编码速率计算)，此外无线接入技术也同样得到了迅速发展。如3G达2Mb/s，WiFi达11Mb/s，WiMax达34Mb/s，这些都为泛在的网络计算提供了基本的接入条件。

图11.2网络传输的速率发展示意图通信(尤其是光通信和移动通信)和网络科学(尤其是互联网)比可计算模型和软件理论发展快，且很快渗透到了人类生活中，加快了从图灵计算到网络计算的转变。通信发展的吉尔德速度是微电子发展的摩尔速度的2～3倍。11.1.2图灵命题

图灵(见图11.3)是英国著名的数学家和逻辑学家，被称为计算机科学之父、人工智能之父，是计算机逻辑的奠基者，提出了“图灵机”和“图灵测试”等重要概念。图灵于1936年所写的传世论文《论可计算数及其在判定问题中的应用》主要是回答德国大数学家希尔伯特在1900年提出的著名的“23个数学难题”之中的第10个，问题涉及逻辑的完备性，即是不是所有的数学问题在逻辑上都是可解的。这篇论文说，有些数学问题是不可解的。这篇论文还提出了自动计算机的理论模型，这种抽象模型可以把推理化作一系列简单的机械动作，也就是被称做图灵机的模型，它有许多等价描述。

图11.3图灵20世纪60年代，图灵机模型却转变成用来说明可计算能力的模型。为纪念该文发表30周年，1966年设立了“图灵奖”，以纪念这位计算机科学理论的奠基人。

图灵机模型(如图11.4所示)就是指一个抽象的机器，它有一条无限长的纸带，纸带分成了一个一个的小方格，每个方格有不同的颜色。有一个机器头在纸带上移来移去。机器头有一组内部状态，还有一些固定的程序。在每个时刻，机器头都要从当前纸带上读入一个方格信息，然后结合自己的内部状态查找程序表，根据程序输出信息到纸带方格上，并转换自己的内部状态，然后进行移动。

图11.4图灵机原型图灵机的控制器具有有限个状态。其中有两类特殊状态：开始状态和结束状态(或结束状态集合）。图灵机的带子分成格子，右端可无限延伸，每个格子上可以写一个符号，图灵机有有限个不同的符号。图灵机的读写头可以沿着带子左右移动，既可扫描符号，也可写下符号。

在计算过程的每一时刻，图灵机处于某个状态，通过读写头注视带子某一格子上的符号。根据当前时刻的状态和注视的符号，机器执行下列动作：转入新的状态；把被注视的符号换成新的符号；读写头向左或向右移动一格。这种由状态和符号对偶决定的动作组合称为指令。例如，指令q1ai│ajq2L表示当机器处在状态q1下注视符号ai时，将ai换成符号aj，转入新的状态q2，读写头左移一格。决定机器动作的所有指令表称为程序。结束状态或指令表中没有的状态、符号对偶，将导致停机。在每一时刻，机器所处状态、带子上已被写上符号的所有格子以及机器当前注视的格子位置，统称为机器的格局。图灵机从初始格局出发，按程序一步步把初始格局改造为格局的序列。此过程可能无限制继续下去，也可能遇到指令表中没有列出的状态、符号组合或进入结束状态而停机。在结束状态下停机所达到的格局是最终格局，此最终格局(如果存在)就包含机器的计算结果。

图灵论题：凡是可计算的函数都可以用图灵机计算。11.1.3冯·诺伊曼结构的计算机

冯·诺伊曼结构的计算机组成与工作原理如下：

(1)基本组成：计算机由控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备组成。

(2)工作原理：程序输入到计算机中后存储在内存储器中(存储原理)，在运行时，控制器按地址顺序取出存放在内存储器中的指令(按地址顺序访问指令)，然后分析指令，执行指令的功能，遇到转移指令时，则转移到转移地址，再按地址顺序访问指令(程序控制)。控制器按照程序顺序，逐条把指令和数据从存储器中取出并加以执行，自动完成由程序所描述的处理工作。11.1.4互联网之父及相关发展

互联网之父指的是RobertE.Kahn(1938—)和VintonG

.Cerf(1943—)(见图11.5)。RobertE.Kahn担任美国国家研究推进机构CNRI董事长，而VintonG

.Cerf则是Google公司副总裁兼首席互联网顾问。

RobertE.KahnVintonG.Cerf

图11.5互联网之父由于RobertE.Kahn和VintonG

.Cerf两人在TCP/IP协议方面所取得的杰出成就，使他们在2004年荣膺“图灵奖”，2005年获得美国总统颁发的总统自由勋章。

网络技术的发展不仅推动了计算技术的发展，更改变了人类的生活方式。比如“图灵奖”获得者吉姆·格雷(JimGray)说，网络环境下每18个月产生的数据量等于过去几千年的数据量之和。

随着计算机技术的应用和推广，在近十年里计算机应用领域已经渗透到各行各业，计算机硬件和软件也得到了迅猛的发展，但随之而来的负面影响也不断扩大。图11.6给出了Windows操作系统的演化示意图，由此可以看出Windows操作系统不仅面向公众，还面向很多的企业，从而成为“千人一面”的计算机操作系统，软件规模也越来越大。

图11.6Windows操作系统演化的示意图实际上，由于Windows操作系统绑定了大量与网络相关的软件，从而使得其规模越来越大，如图11.7所示。

与此同时，软件功能的拓展也加大了硬件的扩张，图11.8给出了操作系统的升级而对硬件配置的要求变化的示意图。

图11.7Windows操作系统版本与系统功能增加的示意图

图11.8Windows操作系统的升级而对硬件配置的要求变化的示意图其实，软件功能提升造成的硬件配置升级，也是使电脑耗能提升，从而造成全球气候变暖的祸首之一。

由此可见，计算机软硬件发展过程中的不足催生和推动了网络技术的发展。

网络技术的飞速发展，不仅促进了自身的发展，同时也推动了相关产业与技术的深化与进步。图11.9给出了从电子邮件变迁看软件由制造业到服务业的发展趋势，这些发展趋势与网络技术的发展有着紧密的联系。用户不再关心邮件管理软件自身，在同一个账户下，用户可使用网络日历、文档处理、照片存储和协同等多种服务。想要实现这种新模式的所有潜能，IT技术行业就需要以云计算为平台，在其基础上去创造那些我们曾经畅想过的新

图11.9从电子邮件变迁看软件由制造业到服务业的发展趋势示意图服务和新体验。这就需要有一种新型的核心构建模块来交付这种新服务内容。特别要指出的是，我们需要更先进的设备和更加智能化的网络。软件将会成为支持这些新型服务及决定用户体验品质的关键因素。

目前，很多人的注意力集中于一种模式——“软件即服务”。这是一种业经验证的、通过互联网实现软件按需应用的模式。通过这种方式可以为用户提供众多的软件产品，主要是因为这种模式免除了客户在本地安装、维护应用的费用和麻烦。未来的趋势是：从用户的工作生活到娱乐再到不同的社区，无论在哪里，无论接触到的是什么，一切事务都能以一种“服务”的形态展现在用户面前。我们把这种模式称为“一切皆服务(everythingasaservice)”，我们相信这将是世界科技发展的趋势。个人用户可以根据生活方式去寻求个性化的云服务；那些大型的跨国公司，也会不断采用基于动态云服务的产品，以满足他们最苛刻的按需计算的需求。

当用户和用户的智能手机、笔记本电脑、电视以及网络进行持续互动的时候，云计算的真实能力将得以展现，所有这些设备将联合起来共同为用户提供服务。举个简单的例子：现在是下午2点，您的行程表上显示您将在下午6点登上去往多伦多的班机，此时您的智能设备将分析出您本次旅行所需要的所有信息，并提前把它们汇总后汇报给您——多伦多地区的天气预报、您所乘坐航班的最新情况、基于最新路况推荐的去机场的最佳路线，等等。显然，这个例子说明，云服务的本质就是广泛、主动、高度个性化。这是一个巨大的进步。

很多人可能会说，他们在20世纪90年代，即互联网泡沫时代曾听过这样的说法，但不同的是，那时的Internet速度慢得让人痛苦，互联网能带给我们的仅限于静态页面。而今天，全球都进入了宽带接入和移动化的时代，我们有机会实现从访问静态网页到获得动态服务的转变。只有当IT完全准备好之后，这个转变才能彻底实现。这个转变的完成需要我们的网络、设备以及软件都达到更高的智能水平。云计算会大幅度减少信息技术的成本，但我们非常清楚——这个特殊转变的意义将远不止于成本节省。未来几年中最大的挑战是，能否彻底、大幅提升用户体验，只有做到这点，我们才能为技术行业创造新的增长点。11.1.5互联网与社区

互联网成为人感知和认知不可或缺的装备，使得人的感知能力和认知能力挣脱了时间和距离的束缚，从而得到了极大的延伸；互联网成为人与人之间沟通的不可或缺的装备，使得人与人之间、人与社会之间的沟通质量和效率得到极大的提升；同时，互联网正在向物联网渗透。互联网突破了图灵机的范畴，互联网上的计算以交互为中心，此计算机可以影响彼计算机的运行状态，和物理距离几乎无关；CPU只是网络上一个个自治节点中的可计算部分；节点可以是异构的；节点之间可存在弱耦合的关系；集中统一的调度，顺序的、确定的输入。这些都不能描述互联网的工作机理和交互机理。互联网不等同于一台虚拟的图灵机模型。

互联网所提供的一系列平台使许多人成功实现了自我价值，例如：

·博客(Blog)成为面向公众的个人信息发布系统，还衍生出移动博客、图片博客、微博客等。

·播客(Podcast)成为个人网络广播站；闪客指用Flash软件做动画的人；拍客在摄影论坛张贴自己的作品，加入摄影讨论；黑客(Hacker)进入别人的系统，寻找漏洞，利用漏洞。

·威客(Witkey)是网上“我帮人人、人人帮我”的一群人，威客在网站上公开自己的知识、经验、能力及能够提供的服务，或者提出问题，寻求服务。

社区成为了网上从事某种专项事物的人群，或者从事某种专项服务的领域的代名词。社区规模可大可小，社区主题可粗可细，社区门槛可高可低，社区划分无穷无尽。社区的出现巧妙地解决了人工智能中无法解决的常识知识的界定和表达问题。在信息时代，人人都在社区之中，人人都在有差异的多个社区之中。11.1.6对互联网新的认识

互联网不是交响乐，没有总指挥，没有人为它规定开始、中间和结尾，在互联网发展过程中有协议或规范来定义它的架构，但这一架构从来没有完整的规划，没有所谓的顶层设计，要有那就是演化。网络科学告诉我们，互联网、万维网等现实世界中的网络具有下列特性：

·小世界现象；

·无标度：二八定律和长尾分布；

·不均匀性(高集聚性)；

·脆弱性和鲁棒性并存；

·级联失效和连锁崩溃。

任何人，作为网络的端用户，其端机上的资源(计算资源、存储资源、软件资源和信息资源等)和网络上的资源相比，都变得微不足道。无论用户是在进行网格计算、对等计算还是信息搜索，哪些事情由端机承担、哪些事情由边缘网络承担、哪些事情由核心网络承担，这是一个资源规划问题。网络资源对一个特定的在线端用户而言如何表示？整个网络资源分可为三个层次，由图11.10可见，最上面的是计算资源，即分布在世界各地的大大小小的计算机；中间是网络的传输与交换层，即数据传输的通道；最下面一层是数据存储层，即各地的数据库，它存储着大量我们需要的信息资源。所以，我们需要解决的核心问题就是为信息栅格上的用户提供如何发现自己和快速索取所需信息资源的支撑环境和平台组件。

图11.10资源规划示意图在网络上存在以下两个极端状况：

(1)网络上没有任何信息资源，网络仅仅实现即时的交换，回到传统通信的交换时代。所有信息资源都在主计算机(虚拟机)上，端机仅仅是人机即时交互，回到传统的主机/终端模式。

(2)网格计算：依托专网或互联网，将处于不同地域、不同领域的多个闲散计算机资源组织起来，统一调度，组成一台虚拟的“超级计算机”，完成一个共同的任务，如一个需要大量计算处理周期和大量数据的科学计算问题。

网格计算的结构如图11.11所示。由该图可以看出，网格系统主要分为四大部分。第一部分称为系统用户，它主要是由科学家、工程师、技术人员和普通应用人员构成的，其实就是网格计算用户，如图中左侧像电脑的部分。第二部分是智能接口部分，它是连接用户和网格之间的桥梁，如图中左侧的“喇叭”部分。第三部分我们称之为“中间件”，中间件是软件工具的一种，它主要完成用户、应用商和系统资源之间的信息交换，如图中管道部分。之所以称为信息交换，主要是有索取信息的用户，也有提供各种信息的供应商和资源管理者。最后一个部分就是图中右侧的“喇叭”所包括的部分，有超级计算资源群、网络传输环境和海量存储系统。

图11.11网格计算结构示意图实际上，网格计算就像平常所说的一句话“大家为一人”，而云计算则是互联网上某些节点强大的信息资源(包括存储资源、计算资源、软件资源、数据资源和管理资源)通过云互联网上的服务方式，变成广大用户所能利用的动态、可伸缩的虚拟资源。云计算强调需求驱动、用户主导、按需服务、即用即付、用完即散、不对用户集中控制，用户不关心服务者在什么地方。网格计算和云计算有两个共同点：资源共享和虚拟计算。当然，网格计算和云计算也有很多不同之处，如表11.1所示。有了云计算，广大用户无需自购软、硬件，无需将自己的软、硬件系统交给它人托管，甚至无需知道是谁提供的服务，只关注自己真正需要什么样的资源或者得到什么样的服务。对于大量的中小型企业，不再需要一开始就花费大量的投资来购买部署计算机软、硬件设备和聘用维护人员；不必担心因为高估自身业务受欢迎的程度而过度部署造成资源浪费，或由于对广受欢迎的业务部署不足而错失潜在的客户。这种不需要额外代价就能获得信息资源使用上的柔性、按需获取，在IT历史上前所未有。所以，中小型企业是云计算的最大受益者，用户应用成本的降低以及应用自由度的增加是云计算带来的基本驱动力。表11.1网格计算和云计算的异同网格计算强调把电脑嵌入到网络、环境或日常工具中，让电脑消失，人们注意的中心回归到要完成的任务本身。1991年施乐公司前首席科学家MarkWeiser提出普适计算思想。例如，他在办公室门前建造了一个喷水池，用喷水量和水柱高度来模拟显示网络上当前全球股价的走势。网络建立起一个人与人可以充分沟通的公用计算环境，把群体智能融入网络。

由图11.12所示的软件理念变化过程示意图可以清楚地看出，软件发展从软件定制到云计算经历了软件定制、软件产品、企业解决方案、面向大众的成套软件、网络增值服务和云计算等几个阶段，从理念上发生了根本的变化，即从“以产品带服务”向“以服务带产品”的转化。

图11.12软件理念变化过程示意图网络可以建立人与人之间充分沟通的公用计算环境，把群体智能融入其中。类似于图片识别等任务要转化为图灵可计算问题的难度是很大的，因此网络环境出现了可信计算和可信软件的研究。又如目前应用于搜索引擎上的爬虫程序搜索的主要是文字资料，还难以真正实现图片内容搜索。而如果能够让用户参与这种搜索，网络连接的就不(只)是计算机，还有人。

目前的搜索引擎软件要判断图片内容很难，公司不得不雇佣一些人来整理图片，为其贴上标签。Luis开发了一个游戏：网上玩家共同看一张图，玩家必须给出一个关键字，另一个玩家要与之配对，一旦两边输入的关键字一样就得分，进入下一关。这样，游戏运行一段时间之后将会产生大量基本图片标签。而如果网络游戏者都能为这样的图片标签系统作贡献，那么就可以渐渐将整个图片的资料库建立起来。图11.13给出了一个图片标签的样例，图左侧是图片，而右侧则是给出的一组标签。我们可以看出图片中包括海边(BEACH)、海(SEA)、人(PEOPLE)、谈话(TALKING)、天空(SKY)等。

图11.13图片标签的样例下面我们举一个群体智能即通过表示对图片进行分类的例子，要求是根据图片内容将狗与人相似的两张图片分成一类。待分图片组如图11.14所示。

图11.14人与狗待分图片组

图11.15人与狗分类图

图11.16人狗分类示意图由图11.14～图11.6可以得知，通过群体标注，图片可以如此分类，社区常识决定不同社区有不同标注。

那么对文本进行群体标注会如何?对视频图像进行群体标注又会如何?通过标注可否实现跨媒体检索？这些问题一一呈现在我们的面前，期待着我们去探索和解决。这种需求激发了科学家创新的动力。维基百科的创始人吉米·威尔士(JimmyWales)构建了一种新的理念，即大众既是软件的使用者，也是软件的开发者，既是服务的消费者，也是服务的提供者，而图灵没有考虑过这样的群体智能产生模式。云计算正是一种基于互联网的大众参与的计算模式，其计算资源(包括计算能力、存储能力、交互能力等)是动态、可伸缩、被虚拟化的，而且以服务的方式提供。

为什么大家都喜欢云？为什么喜欢用云来比喻呢？因为天空中大量云滴构成的云，远观有形、近观无边、千姿百态、飘逸不定，有时如朵朵棉花、有时一泻千里，或淡或浓、或卷或舒、自在洒脱，在长空中飘浮着、聚散着、变幻着，引发人类诸多遐想，造就了许多不朽的诗句。在量子物理中关于电子云(ElectronCloud)的定义是，在原子核周围运动的电子，没有一个确定的轨道，而是以弥漫在空间中的云状存在，形成一个概率分布的密度函数，可用薛定谔波动方程来描述。电子云具有概然性、弥漫性、同时性等特点。

从生态学来描述互联网：我们把水库看成云数据中心；阳光比作用户需求；水汽蒸发看成服务的发布；把云滴比做服务，因为水汽凝结形成云滴；云可看做服务的聚合，因为云滴聚集形成云；降水可以看成用户的按需索取。这样就形成了一张互联网生态示意图，如图11.17所示。

图11.17互联网的生态示意图云计算的提出有可能导致软件工程的重大变革，突破图灵机模型的束缚——不在于单台图灵机上的软件，而在于网络上软件之间的相互作用，从而引发对计算机CPU核、操作系统、交互这三者关系的再认识。11.1.7未来软件的三个新理念

1．软件——永远的beta版

软件将没有版本的概念，采用永远在用的软件开发模式(the“foreverbeta”approachtosoftware)，这种模式已被谷歌公司的Gmail、Gdoc所采用。云计算淡化了软件产品的生命周期，服务商可以无数次在线更新软件，而用户与软件的互动使得软件向贴近用户需求的方向演化。

2．软件即服务(SaaS)

SaaS改变了操作系统、中间件等作为产品配置在客户端的传统，使软件可以租用；用户端可以零安装、零维护、零剩余；出现同一个应用软件系统(如CRM)同时租给许多不同用户使用(multi-tenance)的情况。

3．软件、平台和信息基础设施都是服务(PaaS)

PaaS是亚马逊(Amazon)的一个虚拟计算单元(相当于1.2GHz的IntelXeon的32位处理器、1.7GB内存、160GB存储器)，付费为每小时0.1美元，在S3上存储1GB的数据每个月只需0.16美元。

云计算的核心技术主要包括两个方面，一是虚拟化技术，二是资源共享。11.2云计算的核心技术11.2.1虚拟化技术

虚拟化技术早就存在。虚拟内存管理使得应用程序自认为拥有连续足够的存储空间，而无需关心实际使用的磁盘、闪存等物理存储设备的容量、组合、调用和管理细节，虚拟内存是物理内存的抽象。分时操作系统利用时间片轮转分别处理多个不同的任务，使得一台物理计算机可以虚拟为多台独立的虚拟机，为不同用户服务。

在计算机硬件和操作系统上，通过一个中间件(虚拟机监视软件)支撑其上面的多个不同的操作系统和应用程序同时运行，形成若干表面独立的虚拟机器。虚拟专用网(VPN)是在公共电信设施(如互联网)上，建立企业或团体内部通信与网络的方法，封装了多个不同网络设备与终端的传输差异性。计算资源的虚拟化在互联网时代得到了迅速的发展，用户以更自然的交互方式、呈现出个性化服务的强劲需求：①无需关心特定应用软件的服务方式，如是否被他人同时租用，即云计算中的SaaS；②无需关心计算平台的操作系统以及软件环境等底层资源的物理配置与管理，即云计算中的PaaS；③无需关心计算中心的地理位置，即云计算中的IaaS。云计算中心具有弹性伸缩、资源动态调配、弱化不同层面资源间的依赖、自容错、自管理等功能。由此可见，计算资源的虚拟化组织、分配和使用模式，有利于资源合理配置并提高利用率，促进节能减排，实现绿色计算。

互联网环境下用户从数据共享、信息共享走向服务共享，服务共享主要包括三个方面，即共享计算能力为主的服务、共享存储能力为主的服务和共享交互能力为主的服务。在未来云计算将依托互联网，通过端设备，随时随地获得个性化服务；用户只需买计算、买存储、买带宽，而不必再自建自己的数据中心。在端产品方面，摆脱了传统配置带来的系统升级开销，端产品更加简洁、灵活、多样、个性化。手机、游戏机、数码相机、电视机、上网本、笔记本电脑等功能交叉，差别细微，将出现更多“四不像”的产品。对于端设备制造商而言，通过I/O接口连接网络的端设备必须解决广义的“最后一公里”问题，并要能够方便地进行功能的柔性重组。同一个端设备享受网络上不同的服务，不同端设备享受网络上同一种服务，端设备通过联网服务定制实现个性化服务，不同端设备可以享受集群服务。

目前，云计算的核心理念就是在普通机器上提供高性能可靠服务。11.2.2云计算中心的架构

云计算促进了互联网结构的演化，初期的互联网支持尽力而为的服务，“核心简单，边缘丰富”。云计算要求云计算中心支持社会化、集约化和专业化的信息服务，“网络丰富，边缘简单，交互智能”。图11.18所示为云计算层次结构图，由图中可以看出，云计算可分为软件即服务层(SaaS)、平台即服务层(PaaS)和基础架构即服务层(IaaS)。

图11.18云计算层次结构图云计算是全新的基于互联网的超级计算理念和模式，实现云计算需要多种技术结合，并需要用软件实现硬件资源的虚拟化管理和调度，形成一个巨大的虚拟化资源池，把存储于个人电脑、移动设备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。按照最大众化、最通俗的理解，云计算就是把计算资源都放到互联网上，互联网即是云计算时代的云。计算资源则包括了计算机硬件资源(如计算机设备、存储设备、服务器集群和硬件服务等)和软件资源(如应用软件、集成开发环境和软件服务)。云计算平台是一个强大的云网络，连接了大量并发的网络计算和服务，利用虚拟化技术扩展每一个服务器的能力，将各自的资源通过云计算平台结合起来，提供超级计算和存储能力。现行云计算中心的通用架构就是服务器累积形成服务器农场，不过这只是暂时现象，高端服务器研制和虚拟集群将是云计算发展的重要方向，新的高端服务器产业链、专业化的计算中心必然导致云计算架构的多样化。图11.19给出了云计算技术体系层次结构。

图11.19云计算技术体系层次结构11.2.3云计算中心承载部分与业务部分的关键技术

1．云计算中心承载部分的关键技术

云计算中心承载部分的关键技术主要包括：

(1)弹性(可伸缩)计算：通过调整资源配置(如服务器数目、内存和硬盘容量等)和资源调度方式(如并行化程度)，满足承载部分的性能随服务任务负载的增加而平滑变化的计算能力。

(2)动态重组：在运行过程中，改变软件的组成模块、结构和配置参数等，由监测、在线故障诊断、重构策略执行、系统回归测试等活动构成。

2．云计算中心业务部分的关键技术

云计算中心业务部分的关键技术主要包括：

(1)社区和虚拟社区的发现。

(2)服务挖掘和服务聚合。

(3)语义计算：粒计算和可变粒计算。

图11.20所示为云计算中心内部的生态链示意图，由图中可以看出知名软件服务商同时也可以成为其他SaaS供应商的基础平台。

图11.20云计算中心内部的生态链示意图11.2