不可不知的云计算基本概念

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,云计算概念,1.云计算的起源与发展,2.云计算的原则,3.云计算的特征,4.云计算的交付方式,5.云计算的体系架构,6.云计算的部署模式,7.各IT厂商云计算架构,(一)云计算的起源与发展,1983年，太阳电脑（Sun Microsystems）提出“网络是电脑”（“The Network is the Computer”）,2006年3月，亚马逊（Amazon）推出弹性计算云（Elastic Compute Cloud；EC2）服务.,2006年8月9日，Google首席执行官埃里克施密特（Eric Schmidt）在搜索引擎大会（SES San Jose 2006）首次提出“云计算”（Cloud Computing）的概念。Google“云端计算”源于Google工程师克里斯托弗比希利亚所做的“Google 101”项目。,2007年10月，Google与IBM开始在美国大学校园，包括卡内基梅隆大学、麻省理工学院、斯坦福大学、加州大学柏克莱分校及马里兰大学等，推广云计算的计划，这项计划希望能降低分布式计算技术在学术研究方面的成本，并为这些大学提供相关的软硬件设备及技术支持（包括数百台个人电脑及BladeCenter与System x服务器，这些计算平台将提供1600个处理器，支持包括Linux、Xen、Hadoop等开放源代码平台）。而学生则可以通过网络开发各项以大规模计算为基础的研究计划。,2008年1月30日，Google宣布在台湾启动“云计算学术计划”，将与台湾台大、交大等学校合作，将这种先进的大规模、快速将云计算技术推广到校园。,2008年2月1日，IBM（NYSE: IBM）宣布将在中国无锡太湖新城科教产业园为中国的软件公司建立全球第一个云计算中心（Cloud Computing Center）。,2008年7月29日，雅虎、惠普和英特尔宣布一项涵盖美国、德国和新加坡的联合研究计划，推出云计算研究测试床，推进云计算。该计划要与合作伙伴创建6个数据中心作为研究试验平台，每个数据中心配置1400个至4000个处理器。这些合作伙伴包括新加坡资讯通信发展管理局、德国卡尔斯鲁厄大学Steinbuch计算中心、美国伊利诺伊大学香宾分校、英特尔研究院、惠普实验室和雅虎。,2008年8月3日，美国专利商标局网站信息显示，戴尔正在申请“云计算”（Cloud Computing）商标，此举旨在加强对这一未来可能重塑技术架构的术语的控制权。,2010年3月5日，Novell与云安全联盟（CSA）共同宣布一项供应商中立计划，名为“可信任云计算计划（Trusted Cloud Initiative）”。,2010年7月，美国国家航空航天局和包括Rackspace、AMD、Intel、戴尔等支持厂商共同宣布“OpenStack”开放源代码计划，微软在2010年10月表示支持OpenStack与Windows Server 2008 R2的集成；而Ubuntu已把OpenStack加至11.04版本中。,2011年2月，思科系统正式加入OpenStack，重点研制OpenStack的网络服务。,(二) 云计算的原则,1.定义云计算的5大原则：,任何订阅用户均可使用的计算资源池。,最大化硬件利用率的虚拟计算资源。,按需伸缩的弹性机制。,自动新增或删除虚拟机。,对资源使用只按使用量进行计费。,2.五大原则的概念解释,:,资源池:任何用户均可以使用资源池,虚拟化:硬件资产的高效利用,弹性:无需资本开支(CAPEX)即可动态伸缩,自动化:构建,部署,配置,供应和转移,全都无需人工介入,度量计费:根据使用量进行收费的业务模型;只为使用部分付费,(三)云计算的特征,云计算的九大特征:,1. IT能力以服务形式提供：服务的提供者与使用者分离(针对公共云，提供者和使用者是不同企业；针对私有云，提供者和使用者是不同部门)，使用者无需拥有IT资产。,2. 网络化访问：采用分布式架构，用户通过网络访问服务(指现有大量集中式架构的IT服务和应用，如虚拟桌面应用),3. 用户自助服务：服务使用者只需具备基本的IT常识，经过业务培训就可使用服务，无需经过专业的IT培训,(现有IT用户需要经过专业的IT培训和认证)，自助服务的内容包括服务的申请/订购、使用、管理、注销等。,4. 提供开放的服务访问和管理接口：云服务提供标准化的接口供其他服务调用，方便服务开发者基于开放接口开发构 建新服务(现有大量的IT服务并不提供集成接口，需要大量的二次开发)。,5. 持续的服务更新与孵化：云计算提供的各种服务能力可随使用者需求的变化而不断演化，并孵化出新的能力，同时这种改变可做到向下兼容，即保证原有使用者的持续使用(现有软件的使用模式缺乏这种持续更新的能力)。,6. 资源聚合成池：服务的提供由一组资源支撑，资源组中的任何一个物理资源对于服务来讲应该是抽象的、可替换的(现有IT服务的部署与物理资源绑定)；同一份资源被不同的客户或服务共享，而非隔离的、孤立的(现有IT服务的运行模式多为竖井式，物理隔离)。,7. 自动化管理与快速交付：有效降低服务的运维成本，平均每百台服务器所需的运维人员数量应小于1个(现有IT服务管理模式下，每百台服务器运维人员数量大于5人)；对于服务使用者的服务申请快速响应，响应时间应在分钟级(现有IT服务模式下，服务交付时间多为天级)。,8. 弹性扩展：服务使用的资源规模可随业务量动态扩展，这种扩展对服务使用者和提供者是透明的，扩展过程中服务不会中断，且会保证服务质量(现有IT服务的扩展缺乏弹性，且多会影响服务质量)。,9. 资源使用计量：与资源共享相关，在共享的基础上，服务提供者可通过计量去判定每个服务的实际资源消耗，用于成本核算或计费(现有IT服务管理模式下，缺乏对资源使用的计量)。,在以上九个特征中，前五项是关于云的使用模式，而后四项是关于管理模式。把这些特性作为衡量IT服务云计算成熟度的指标，我们就可以定量地评价一个具体的IT服务是否是一个云计算的实例。我们认为如果一项服务具备了超过以上所包含的七项特性，就可以认为该服务是一个典型的云计算应用案例。之所以这样评价，是因为每项指标都体现了一部分云计算的价值，我们不能“为做云而做云”，而是需要通过云带来价值。通过以上指标的衡量方法，就可以很容易地判断在一个特定的场景下，我们从云中所获得的价值有多大。如果不制定这样一个指标，我们便失去了一个很好的“试云石”，很容易陷入到“为做云而做云”的怪圈中去，丧失了创造云最初的动机。,(四)云计算的交付方式,云计算的服务交付方式,方式一，企业所有，自行运营。这是一种典型的私有云模式，企业自建自用，基础资源在 企业数据中心内部，运行维护也由企业自己承担。,方式二，企业所有，运维外包。这也是私有云，但是企业只进行投资建设，而云计算架构的运行维护外包给服务商(也可以是SP)，基础资源依然在企业数据中心。,方式三，企业所有，运维外包，外部运行。由企业投资建设私有云，但是云计算架构位于服务商的数据中心内，企业通过网络访问云资源，这是一种物理形体的托管型。,方式四，企业租赁，外部运行，资源独占。由SP构建云计算基础资源，企业只是租用基础资源形成自身业务的虚拟云计算，但是相关物理资源完全由企业独占使用，这是一种虚拟的托管型服务(数据托管)。,方式五，企业租赁，外部运行，资源共享调度。由SP构建，多个企业同时租赁SP的云计算资源，资源的隔离与调度由SP管理，企业只关注自身业务，不同企业在云架构内虚拟化隔离，形成一种共享的私有云模式。,方式六，公共云服务。由SP为企业或个人提供面向互联网的公共服务(如邮箱、即时通信、共享容灾等)，云架构与公共网络连接，由SP保证不同企业与用户的数据安全。,从更长远的周期来看，云的形态会不断演化，从孤立的云逐步发展到互联的云。,(五) 云计算的体系架构,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，可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。通用的云计算体系结构如下图所示：,云用户端：提供云用户请求服务的交互界面，也是用户使用云的入口，用户通过,Web,浏览器可以注册、登录及定制服务、配置和管理用户。打开应用实例与本地操作桌面系统一样。,服务目录：云用户在取得相应权限（付费或其他限制）后可以选择或定制的服务列表，也可以对已有服务进行退订的操作，在云用户端界面生成相应的图标或列表的形式展示相关的服务。,(六) 云计算的部署模式,对于提供者而言，云计算可以有三种部署模式，即公共云、私有云和混合云。,1、公共云,公共云，是指为外部客户提供服务的云，它所有的服务是供别人使用，而不是自己用。目前，典型的公共云有微软的,Windows Azure Platform、亚马逊的AWS、S，以及国内的阿里巴巴、用友伟库等。,对于使用者而言，公共云的最大优点是，其所应用的程序、服务及相关数据都存放在公共云的提供者处，自己无需做相应的投资和建设。目前最大的问题是，由于数据不存储在自己的数据中心，其安全性存在一定风险。同时，公共云的可用性不受使用者控制，这方面也存在一定的不确定性。,2、私有云,私有云，是指企业自己使用的云，它所有的服务不是供别人使用，而是供自己内部人员或分支机构使用。私有云的部署比较适合于有众多分支机构的大型企业或政府部门。随着这些大型企业数据中心的集中化，私有云将会成为他们部署,IT系统的主流模式。,相对于公共云，私有云部署在企业自身内部，因此其数据安全性、系统可用性都可由自己控制。但其缺点是投资较大，尤其是一次性的建设投资较大。,3、混合云,混合云，是指供自己和客户共同使用的云，它所提供的服务既可以供别人使用，也可以供自己使用。相比较而言，混合云的部署方式对提供者的要求较高。,(六) 云计算的部署模式,(七) 各IT厂商云计算架构,IBM云计算产品介绍,System X 易云架构:,Power Cloud 企业级基础架构云平台,System Z 高效云架构,IBM Storage 云存储架构,PureSystem 开放的云平台,(七) 各IT厂商云计算架构,微软云计算产品介绍,公有云,由服务提供商所提供的公有云可让客户有能力部署和实现应用服务。在这一类别中，微软数据中心提供了,Azure，它是一种具有高度扩展性的服务平台，可提供“随需随付”的灵活性。,Windows Azure,Windows Azure是一种云服务操作系统，可用于Azure Services平台的开发、服务托管以及服务管理环境。Windows Azure 为开发人员提供了随选的计算和存储环境，以便在internet 上通过Microsoft 数据中心来托管、扩充及管理 Web 应用程式。,Windows Azure 的用途,将 Web 服务功能加入至现有的套包应用程序。,以最少的资源为前提，创建、修改应用程序，并将应用程序散发到 Web 上,在远程执行服务（大容量存储、批处理、密集或大批量运算）,以更快速、更经济的方式，创建、测试、调试和发布 Web 服务,降低创建和扩展内部资源的成本,降低 IT 管理的工作量和成本,云统一体,收益,明智之选：,Windows Azure 可減少建立可靠且灵活的 Web 应用程序的障碍，因为它是以我们所熟悉的微软技术为基础。（包括ASP.NET、IIS、FastCGI、.NET Full Trust、P/Invoke，以及Visual Studio 2008），开发人员可以运用现有的技能，更高效地创建、测试、部署，和管理Web服务。Windows Azure所支持的标准和协议包括SOAP、REST、XML，以及PHP。,低风险之选：Windows Azure提供了可缩放的平台和丰富的开发环境，使得开发人员可以专注于开发应用程序的业务逻辑，而不需要担心运作上的约束。,更少干扰：利用Windows Azure中的Fabric Controller技术，您可以按照需求的增减，顺畅调整应用程序。而内建的管理服务提供了监控和追踪系统功能，让您可以更加专注于您最擅长的工作，如：在线创建和交付服务以及应用程序。,公有云主机服务供应商方案,现在，因为用户希望通过主机服务供应商提供的服务来使用公有云，所以主机服务供应商必須能夠快速提供这种价值。现在，主机服务供应商已能利用微软提供的可靠技术平台、最佳实践和经验来建置其公有云方案。,通过这一灵活且熟悉的平台，主机服务供应商能够扩大提供的服务范围，支持更多场景，例如可获得：,测试和开发环境，但不需要付出任何资金,新增动态容量，使得,IT可以快速响应需求的变动,借助托管的（Hosted）灾难恢复环境，实现更低成本的容灾,(七) 各IT厂商云计算架构,Vmware云计算产品介绍,软件定义的数据中心,:,vSphere:具有基于策略的自动化功能的虚拟化基础架构。,vCloud Director:具备多租户和公有云可延展性的虚拟化数据中心。,vCloud Connector:集成查看功能，并可在私有云和公有云之间动态传输工作负载。,vCloud Networking and Security:软件定义的网络连接、安全保护和体系集成。,vCenter Site Recovery Manager:自动规划、测试和执行灾难恢复。,vCenter Operations Management Suite:针对动态云计算环境对性能、容量和配置进行集成式的主动管理。,vFabric Application Director:多层应用服务目录发布和调配。,vCloud Automation Center:支持策略的自助式云计算服务调配。,(七) 各IT厂商云计算架构,google云计算产品介绍,Google 文件系统：概述,为满足Google迅速增长的数据处理需求而建立,与其他云系统的共性：性能、可伸缩性、可靠性以及可用性等,受到Google应用负载和技术环境的影响而设计的新特性：,Google 文件系统：特性集群中的节点失效是一种常态，而不是一种异常,由于参与运算与处理的节点数目非常庞大，通常会使用上千个节点进行共同计算，因此，每时每刻总会有节点处在失效状态。需要通过软件程序模块，监视系统的动态运行状况，侦测错误，并且将容错以及自动恢复系统集成在系统中。,Google 文件系统：特性Google系统中的文件大小与通常文件系统中的文件大小概念不一样，文件大小通常以G字节计。,文件系统中的文件含义与通常文件不同，一个大文件可能包含大量数目的通常意义上的小文件。所以，设计预期和参数，例如I/O操作和块尺寸都要重新考虑。,Google 文件系统：特性Google文件系统中的文件读写模式和传统的文件系统不同。,在Google应用(如搜索)中对大部分文件的修改，不是覆盖原有数据，而是在文件尾追加新数据。对文件的随机写是几乎不存在的。对于这类巨大文件的访问模式，客户端对数据块缓存失去了意义，追加操作成为性能优化和原子性(把一个事务看做是一个程序。它要么被完整地执行，要么完全不执行)保证的焦点。,Google 文件系统：特性文件系统的某些具体操作不再透明，而且需要应用程序的协助完成,应用程序和文件系统API的协同设计提高了整个系统的灵活性。例如，放松了对GFS一致性模型的要求，这样不用加重应用程序的负担，就大大简化了文件系统的设计。还引入了原子性的追加操作，这样多个客户端同时进行追加的时候，就不需要额外的同步操作了。,(七) 各IT厂商云计算架构,MapReduce分布式编程环境：概述,为了让内部非分布式系统方向背景的员工能够将应用程序建立在大规模的集群基础上,非分布式专业的程序编写人员可以通过此环境为大规模的集群编写应用程序而不用去顾虑集群的可靠性、可扩展性等问题。,应用程序编写人员只需要将精力放在应用程序本身，而关于集群的处理问题则交由平台来处理。,MapReduce分布式编程环境：结构,通过“,Map(映射)”和“Reduce(化简/规约)”这样两个简单的概念来参加运算,Map操作是可以高度并行的，这对高性能要求的应用以及并行计算领域的需求非常有用,Reduce操作指的是对一个列表的元素进行适当的合并，得到最终的结果,分布式大规模数据库管理系统,BigTable：介绍,是基于分布式平台的数据库系统,由于一般的关系数据库的强一致性要求，很难将其扩展到很大的规模,为了处理,Google内部大量的格式化以及半格式化数据， BigTable 是一种具有弱一致性要求的大规模数据库系统,(七) 各IT厂商云计算架构,亚马逊云计算服务产品介绍,弹性计算云,EC2,简单存储服务S3,简单数据库服务Simple DB,简单队列服务SQS,弹性MapReduce服务,内容推送服务CloudFront,电子商务服务DevPay,灵活支付服务FPS,(七) 各IT厂商云计算架构,Google,文件系统：结构,下图表示了单个,GFS,的结构。,(七) 各IT厂商云计算架构,Google,文件系统：架构,下图表示,Google,的系统架构。,主服务器管理文件系统所有的元数据，包括名字空间、访问控制信息和文件到块的映射信息，以及块当前所在的位置。,GFS,客户端代码被嵌入到每个程序里，它实现了,Google,文件系统,API,，帮助应用程序与主服务器和块服务器通信，对数据进行读写。客户端跟主服务器交互进行元数据操作，但是所有的数据操作的通信都是直接和块服务器进行的。客户端提供的访问接口类似于,POSIX,接口，但有一定的修改，并不完全兼容,POSIX,标准。,(七) 各IT厂商云计算架构,分布式大规模数据库管理系统,BigTable：结构,上图示,BigTable,模型中的数据模型,数据模型包括行列以及相应的时间戳，所有的数据都存放在表格中的单元里。,BigTable,的内容按照行来划分，将多个行组成一个小表，保存到某一个服务器节点中。这一个小表就被称为,Tablet,。,