2006年谷歌推出了“Google 101計(jì)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(jì)劃”，云安全、云存儲(chǔ)、內(nèi)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(jīng)。那么到底什么是云計(jì)算技術(shù)呢?對(duì)云計(jì)算技術(shù)的產(chǎn)生、概念、原理、應(yīng)用和前景又在哪里?
一、云計(jì)算思想的產(chǎn)生
傳統(tǒng)模式下，企業(yè)建立一套IT系統(tǒng)不僅僅需要購(gòu)買硬件等基礎(chǔ)設(shè)施，還有買軟件的許可證，需要專門的人員維護(hù)。當(dāng)企業(yè)的規(guī)模擴(kuò)大時(shí)還要繼續(xù)升級(jí)各種軟硬件設(shè)施以滿足需要。對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō)，計(jì)算機(jī)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(duì)個(gè)人來(lái)說(shuō)，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(fèi)的，對(duì)不經(jīng)常使用該軟件的用戶來(lái)說(shuō)購(gòu)買是非常不劃算的。可不可以有這樣的服務(wù)，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(shí)付少量“租金”即可“租用”到這些軟件服務(wù)，為我們節(jié)省許多購(gòu)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(jī)，它由電廠集中提供;我們每天都要用自來(lái)水，但我們不是每家都有井，它由自來(lái)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(duì)計(jì)算機(jī)給我們帶來(lái)的困擾，我們可不可以像使用水和電一樣使用計(jì)算機(jī)資源?這些想法最終導(dǎo)致了云計(jì)算的產(chǎn)生。
云計(jì)算的最終目標(biāo)是將計(jì)算、服務(wù)和應(yīng)用作為一種公共設(shè)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(jì)算機(jī)資源。
云計(jì)算模式即為電廠集中供電模式。在云計(jì)算模式下，用戶的計(jì)算機(jī)會(huì)變的十分簡(jiǎn)單，或許不大的內(nèi)存、不需要硬盤和各種應(yīng)用軟件，就可以滿足我們的需求，因?yàn)橛脩舻挠?jì)算機(jī)除了通過(guò)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(wù)提供商的計(jì)算資源、存儲(chǔ)空間和各種應(yīng)用軟件。這就像連接“顯示器” 和“主機(jī)”的電線無(wú)限長(zhǎng)，從而可以把顯示器放在使用者的面前，而主機(jī)放在遠(yuǎn)到甚至計(jì)算機(jī)使用者本人也不知道的地方。云計(jì)算把連接“顯示器”和“主機(jī)”的電線變成了網(wǎng)絡(luò)，把“主機(jī)”變成云服務(wù)提供商的服務(wù)器集群。
在云計(jì)算環(huán)境下，用戶的使用觀念也會(huì)發(fā)生徹底的變化：從“購(gòu)買產(chǎn)品”到“購(gòu)買服務(wù)”轉(zhuǎn)變，因?yàn)樗麄冎苯用鎸?duì)的將不再是復(fù)雜的硬件和軟件，而是最終的服務(wù)。用戶不需要擁有看得見(jiàn)、摸得著的硬件設(shè)施，也不需要為機(jī)房支付設(shè)備供電、空調(diào)制冷、專人維護(hù)等等費(fèi)用，并且不需要等待漫長(zhǎng)的供貨周期、項(xiàng)目實(shí)施等冗長(zhǎng)的時(shí)間，只需要把錢匯給云計(jì)算服務(wù)提供商，我們將會(huì)馬上得到需要的服務(wù)。
二、云計(jì)算的概念
云計(jì)算(Cloud Computing)是由分布式計(jì)算(Distributed Computing)、并行處理(Parallel Computing)、網(wǎng)格計(jì)算(Grid Computing)發(fā)展來(lái)的，是一種新興的商業(yè)計(jì)算模型。目前，對(duì)于云計(jì)算的認(rèn)識(shí)在不斷的發(fā)展變化，云計(jì)算沒(méi)仍沒(méi)有普遍一致的定義。
中國(guó)網(wǎng)格計(jì)算、云計(jì)算專家劉鵬給出如下定義 ：“云計(jì)算將計(jì)算任務(wù)分布在大量計(jì)算機(jī)構(gòu)成的資源池上，使各種應(yīng)用系統(tǒng)能夠根據(jù)需要獲取計(jì)算力、存儲(chǔ)空間和各種軟件服務(wù)”。
狹義的云計(jì)算指的是廠商通過(guò)分布式計(jì)算和虛擬化技術(shù)搭建數(shù)據(jù)中心或超級(jí)計(jì)算機(jī)，以免費(fèi)或按需租用方式向技術(shù)開(kāi)發(fā)者或者企業(yè)客戶提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析以及科學(xué)計(jì)算等服務(wù)，比如亞馬遜數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)出租生意。
廣義的云計(jì)算指廠商通過(guò)建立網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器集群，向各種不同類型客戶提供在線軟件服務(wù)、硬件租借、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、計(jì)算分析等不同類型的服務(wù)。廣義的云計(jì)算包括了更多的廠商和服務(wù)類型，例如國(guó)內(nèi)用友、金蝶等管理軟件廠商推出的在線財(cái)務(wù)軟件，谷歌發(fā)布的Google應(yīng)用程序套裝等。
通俗的理解是，云計(jì)算的“云“就是存在于互聯(lián)網(wǎng)上的服務(wù)器集群上的資源，它包括硬件資源(服務(wù)器、存儲(chǔ)器、CPU等)和軟件資源(如應(yīng)用軟件、集成開(kāi)發(fā)環(huán)境等)，本地計(jì)算機(jī)只需要通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送一個(gè)需求信息，遠(yuǎn)端就會(huì)有成千上萬(wàn)的計(jì)算機(jī)為你提供需要的資源并將結(jié)果返回到本地計(jì)算機(jī)，這樣，本地計(jì)算機(jī)幾乎不需要做什么，所有的處理都在云計(jì)算提供商所提供的計(jì)算機(jī)群來(lái)完成。
三、云計(jì)算的主要服務(wù)形式和典型應(yīng)用
云計(jì)算還處于萌芽階段，有龐雜的各類廠商在開(kāi)發(fā)不同的云計(jì)算服務(wù)。云計(jì)算的表現(xiàn)形式多種多樣，簡(jiǎn)單的云計(jì)算在人們?nèi)粘＞W(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中隨處可見(jiàn)，比如騰訊QQ空間提供的在線制作Flash圖片，Google的搜索服務(wù)，Google Doc, Google Apps等。目前，云計(jì)算的主要服務(wù)形式有：SaaS(Software as a Service)， PaaS(Platform as a Service)， IaaS(Infrastructure as a Service)。
(1)軟件即服務(wù)(SaaS)
SaaS服務(wù)提供商將應(yīng)用軟件統(tǒng)一部署在自己的服務(wù)器上，用戶根據(jù)需求通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)向廠商訂購(gòu)應(yīng)用軟件服務(wù)，服務(wù)提供商根據(jù)客戶所定軟件的數(shù)量、時(shí)間的長(zhǎng)短等因素收費(fèi)，并且通過(guò)瀏覽器向客戶提供軟件的模式。這種服務(wù)模式的優(yōu)勢(shì)是，由服務(wù)提供商維護(hù)和管理軟件、提供軟件運(yùn)行的硬件設(shè)施，用戶只需擁有能夠接入互聯(lián)網(wǎng)的終端，即可隨時(shí)隨地使用軟件。這種模式下，客戶不再像傳統(tǒng)模式那樣花費(fèi)大量資金在硬件、軟件、維護(hù)人員，只需要支出一定的租賃服務(wù)費(fèi)用，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)就可以享受到相應(yīng)的硬件、軟件和維護(hù)服務(wù)，這是網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用最具效益的營(yíng)運(yùn)模式。對(duì)于小型企業(yè)來(lái)說(shuō)，SaaS是采用先進(jìn)技術(shù)的最好途徑。
以企業(yè)管理軟件來(lái)說(shuō)，SaaS模式的云計(jì)算ERP可以讓客戶根據(jù)并發(fā)用戶數(shù)量、所用功能多少、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量、使用時(shí)間長(zhǎng)短等因素不同組合按需支付服務(wù)費(fèi)用，既不用支付軟件許可費(fèi)用，也不需要支付采購(gòu)服務(wù)器等硬件設(shè)備費(fèi)用，也不需要支付購(gòu)買操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)等平臺(tái)軟件費(fèi)用，也不用承擔(dān)軟件項(xiàng)目定制、開(kāi)發(fā)、實(shí)施費(fèi)用，也不需要承擔(dān)IT維護(hù)部門開(kāi)支費(fèi)用，實(shí)際上云計(jì)算ERP正是繼承了開(kāi)源ERP免許可費(fèi)用只收服務(wù)費(fèi)用的最重要特征，是突出了服務(wù)的ERP產(chǎn)品。
目前，Salesforce.com是提供這類服務(wù)最有名的公司，Google Doc, Google Apps和Zoho Office也屬于這類服務(wù)。
(2)平臺(tái)即服務(wù)(PaaS)
把開(kāi)發(fā)環(huán)境作為一種服務(wù)來(lái)提供。這是一種分布式平臺(tái)服務(wù)，廠商提供開(kāi)發(fā)環(huán)境、服務(wù)器平臺(tái)、硬件資源等服務(wù)給客戶，用戶在其平臺(tái)基礎(chǔ)上定制開(kāi)發(fā)自己的應(yīng)用程序并通過(guò)其服務(wù)器和互聯(lián)網(wǎng)傳遞給其他客戶。PaaS能夠給企業(yè)或個(gè)人提供研發(fā)的中間件平臺(tái)，提供應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)、數(shù)據(jù)庫(kù)、應(yīng)用服務(wù)器、試驗(yàn)、托管及應(yīng)用服務(wù)。
Google App Engine, Salesforce的force.com平臺(tái)，八百客的800APP是PaaS的代表產(chǎn)品。以Google App Engine為例，它是一個(gè)由python應(yīng)用服務(wù)器群、BigTable數(shù)據(jù)庫(kù)及GFS組成的平臺(tái)，為開(kāi)發(fā)者提供一體化主機(jī)服務(wù)器及可自動(dòng)升級(jí)的在線應(yīng)用服務(wù)。用戶編寫應(yīng)用程序并在Google的基礎(chǔ)架構(gòu)上運(yùn)行就可以為互聯(lián)網(wǎng)用戶提供服務(wù)，Google提供應(yīng)用運(yùn)行及維護(hù)所需要的平臺(tái)資源。
(3)基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)(IaaS)
IaaS即把廠商的由多臺(tái)服務(wù)器組成的“云端”基礎(chǔ)設(shè)施，作為計(jì)量服務(wù)提供給客戶。它將內(nèi)存、I/O設(shè)備、存儲(chǔ)和計(jì)算能力整合成一個(gè)虛擬的資源池為整個(gè)業(yè)界提供所需要的存儲(chǔ)資源和虛擬化服務(wù)器等服務(wù)。這是一種托管型硬件方式，用戶付費(fèi)使用廠商的硬件設(shè)施。例如Amazon Web服務(wù)(AWS)， IBM的BlueCloud等均是將基礎(chǔ)設(shè)施作為服務(wù)出租。
IaaS的優(yōu)點(diǎn)是用戶只需低成本硬件，按需租用相應(yīng)計(jì)算能力和存儲(chǔ)能力，大大降低了用戶在硬件上的開(kāi)銷。
目前，以Google云應(yīng)用最具代表性，例如GoogleDocs、GoogleApps、Googlesites，云計(jì)算應(yīng)用平臺(tái)GoogleApp Engine。
GoogleDocs是最早推出的云計(jì)算應(yīng)用，是軟件即服務(wù)思想的典型應(yīng)用。它是類似于微軟的Office的在線辦公軟件。它可以處理和搜索文檔、表格、幻燈片，并可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)和他人分享并設(shè)置共享權(quán)限。Google文件是基于網(wǎng)絡(luò)的文字處理和電子表格程序，可提高協(xié)作效率，多名用戶可同時(shí)在線更改文件，并可以實(shí)時(shí)看到其他成員所作的編輯。用戶只需一臺(tái)接入互聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)和可以使用Google文件的標(biāo)準(zhǔn)瀏覽器即可在線創(chuàng)建和管理、實(shí)時(shí)協(xié)作、權(quán)限管理、共享、搜索能力、修訂歷史記錄功能，以及隨時(shí)隨地訪問(wèn)的特性，大大提高了文件操作的共享和協(xié)同能力。
GoogleAPPs是Google企業(yè)應(yīng)用套件，使用戶能夠處理日漸龐大的信息量，隨時(shí)隨地保持聯(lián)系，并可與其他同事、客戶和合作伙伴進(jìn)行溝通、共享和協(xié)作。它集成了Cmail、GoogleTalk、Google日歷、GoogleDocs、以及最新推出的云應(yīng)用GoogleSites、API擴(kuò)展以及一些管理功能，包含了通信、協(xié)作與發(fā)布、管理服務(wù)三方面的應(yīng)用，并且擁有著云計(jì)算的特性，能夠更好的實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地協(xié)同共享。另外，它還具有低成本的優(yōu)勢(shì)和托管的便捷，用戶無(wú)需自己維護(hù)和管理搭建的協(xié)同共享平臺(tái)。
Googlesites是Google最新發(fā)布的云計(jì)算應(yīng)用，作為GoogleApps的一個(gè)組件出現(xiàn)。它是一個(gè)側(cè)重于團(tuán)隊(duì)協(xié)作的網(wǎng)站編輯工具，可利用它創(chuàng)建一個(gè)各種類型的團(tuán)隊(duì)網(wǎng)站，通過(guò)Googlesites可將所有類型的文件包括文檔、視頻、相片、日歷及附件等與好友、團(tuán)隊(duì)或整個(gè)網(wǎng)絡(luò)分享。
Google AppEngine是Google在2008年4月發(fā)布的一個(gè)平臺(tái)，使用戶可以在Google的基礎(chǔ)架構(gòu)上開(kāi)發(fā)和部署運(yùn)行自己的應(yīng)用程序。目前，Google AppEngine支持Python語(yǔ)言和Java語(yǔ)言，每個(gè)Google AppEngine應(yīng)用程序可以使用達(dá)到500MB的持久存儲(chǔ)空間及可支持每月500萬(wàn)綜合瀏覽量的帶寬和CPU。并且，Google AppEngine應(yīng)用程序易于構(gòu)建和維護(hù)，并可根據(jù)用戶的訪問(wèn)量和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)需要的增長(zhǎng)輕松擴(kuò)展。同時(shí)，用戶的應(yīng)用可以和Google的應(yīng)用程序集成，Google AppEngine還推出了軟件開(kāi)發(fā)套件(SDK)，包括可以在用戶本地計(jì)算機(jī)上模擬所有Google AppEngine服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器應(yīng)用程序。
四、云計(jì)算的核心技術(shù)
云計(jì)算系統(tǒng)運(yùn)用了許多技術(shù)，其中以編程模型、數(shù)據(jù)管理技術(shù)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)、虛擬化技術(shù)、云計(jì)算平臺(tái)管理技術(shù)最為關(guān)鍵。
(1)編程模型
MapReduce是Google開(kāi)發(fā)的java、Python、C++編程模型，它是一種簡(jiǎn)化的分布式編程模型和高效的任務(wù)調(diào)度模型，用于大規(guī)模數(shù)據(jù)集(大于1TB)的并行運(yùn)算。嚴(yán)格的編程模型使云計(jì)算環(huán)境下的編程十分簡(jiǎn)單。MapReduce模式的思想是將要執(zhí)行的問(wèn)題分解成Map(映射)和Reduce(化簡(jiǎn))的方式，先通過(guò)Map程序?qū)?shù)據(jù)切割成不相關(guān)的區(qū)塊，分配(調(diào)度)給大量計(jì)算機(jī)處理，達(dá)到分布式運(yùn)算的效果，再通過(guò)Reduce程序?qū)⒔Y(jié)果匯整輸出。
(2) 海量數(shù)據(jù)分布存儲(chǔ)技術(shù)
云計(jì)算系統(tǒng)由大量服務(wù)器組成，同時(shí)為大量用戶服務(wù)，因此云計(jì)算系統(tǒng)采用分布式存儲(chǔ)的方式存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，用冗余存儲(chǔ)的方式保證數(shù)據(jù)的可靠性。云計(jì)算系統(tǒng)中廣泛使用的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)是Google的GFS和Hadoop團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的GFS的開(kāi)源實(shí)現(xiàn)HDFS。
GFS即Google文件系統(tǒng)(Google File System)，是一個(gè)可擴(kuò)展的分布式文件系統(tǒng)，用于大型的、分布式的、對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問(wèn)的應(yīng)用。GFS的設(shè)計(jì)思想不同于傳統(tǒng)的文件系統(tǒng)，是針對(duì)大規(guī)模數(shù)據(jù)處理和Google應(yīng)用特性而設(shè)計(jì)的。它運(yùn)行于廉價(jià)的普通硬件上，但可以提供容錯(cuò)功能。它可以給大量的用戶提供總體性能較高的服務(wù)。
一個(gè)GFS集群由一個(gè)主服務(wù)器(master)和大量的塊服務(wù)器(chunkserver)構(gòu)成，并被許多客戶(Client)訪問(wèn)。主服務(wù)器存儲(chǔ)文件系統(tǒng)所以的元數(shù)據(jù)，包括名字空間、訪問(wèn)控制信息、從文件到塊的映射以及塊的當(dāng)前位置。它也控制系統(tǒng)范圍的活動(dòng)，如塊租約(lease)管理，孤兒塊的垃圾收集，塊服務(wù)器間的塊遷移。主服務(wù)器定期通過(guò)HeartBeat消息與每一個(gè)塊服務(wù)器通信，給塊服務(wù)器傳遞指令并收集它的狀態(tài)。GFS中的文件被切分為64MB的塊并以冗余存儲(chǔ)，每份數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中保存3個(gè)以上備份。
客戶與主服務(wù)器的交換只限于對(duì)元數(shù)據(jù)的操作，所有數(shù)據(jù)方面的通信都直接和塊服務(wù)器聯(lián)系，這大大提高了系統(tǒng)的效率，防止主服務(wù)器負(fù)載過(guò)重。
(3) 海量數(shù)據(jù)管理技術(shù)
云計(jì)算需要對(duì)分布的、海量的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析，因此，數(shù)據(jù)管理技術(shù)必需能夠高效的管理大量的數(shù)據(jù)。云計(jì)算系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)管理技術(shù)主要是Google的BT(BigTable)數(shù)據(jù)管理技術(shù)和Hadoop團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的開(kāi)源數(shù)據(jù)管理模塊HBase。
BT是建立在GFS, Scheduler, Lock Service和MapReduce之上的一個(gè)大型的分布式數(shù)據(jù)庫(kù)，與傳統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)不同，它把所有數(shù)據(jù)都作為對(duì)象來(lái)處理，形成一個(gè)巨大的表格，用來(lái)分布存儲(chǔ)大規(guī)模結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。
Google的很多項(xiàng)目使用BT來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，包括網(wǎng)頁(yè)查詢，Google earth和Google金融。這些應(yīng)用程序?qū)T的要求各不相同：數(shù)據(jù)大小(從URL到網(wǎng)頁(yè)到衛(wèi)星圖象)不同，反應(yīng)速度不同(從后端的大批處理到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù))。對(duì)于不同的要求，BT都成功的提供了靈活高效的服務(wù)。
(4)虛擬化技術(shù)
通過(guò)虛擬化技術(shù)可實(shí)現(xiàn)軟件應(yīng)用與底層硬件相隔離，它包括將單個(gè)資源劃分成多個(gè)虛擬資源的裂分模式，也包括將多個(gè)資源整合成一個(gè)虛擬資源的聚合模式。虛擬化技術(shù)根據(jù)對(duì)象可分成存儲(chǔ)虛擬化、計(jì)算虛擬化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化等，計(jì)算虛擬化又分為系統(tǒng)級(jí)虛擬化、應(yīng)用級(jí)虛擬化和桌面虛擬化。
(5)云計(jì)算平臺(tái)管理技術(shù)
云計(jì)算資源規(guī)模龐大，服務(wù)器數(shù)量眾多并分布在不同的地點(diǎn)，同時(shí)運(yùn)行著數(shù)百種應(yīng)用，如何有效的管理這些服務(wù)器，保證整個(gè)系統(tǒng)提供不間斷的服務(wù)是巨大的挑戰(zhàn)。
云計(jì)算系統(tǒng)的平臺(tái)管理技術(shù)能夠使大量的服務(wù)器協(xié)同工作，方便的進(jìn)行業(yè)務(wù)部署和開(kāi)通，快速發(fā)現(xiàn)和恢復(fù)系統(tǒng)故障，通過(guò)自動(dòng)化、智能化的手段實(shí)現(xiàn)大規(guī)模系統(tǒng)的可靠運(yùn)營(yíng)。
五、典型云計(jì)算平臺(tái)介紹
由于云計(jì)算技術(shù)范圍很廣，目前各大IT企業(yè)提供的云計(jì)算服務(wù)主要根據(jù)自身的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)的。下面以Google、IBM、Amazon為例說(shuō)明：
(1)Google 的云計(jì)算平臺(tái)
Google的硬件條件優(yōu)勢(shì)，大型的數(shù)據(jù)中心、搜索引擎的支柱應(yīng)用，促進(jìn)Google云計(jì)算迅速發(fā)展。Google的云計(jì)算主要由MapReduce、Google文件系統(tǒng)(GFS)、BigTable組成。它們是Google內(nèi)部云計(jì)算基礎(chǔ)平臺(tái)的3個(gè)主要部分。Google 還構(gòu)建其他云計(jì)算組件，包括一個(gè)領(lǐng)域描述語(yǔ)言以及分布式鎖服務(wù)機(jī)制等。Sawzall是一種建立在MapReduce基礎(chǔ)上的領(lǐng)域語(yǔ)言，專門用于大規(guī)模的信息處理。Chubby是一個(gè)高可用、分布式數(shù)據(jù)鎖服務(wù)，當(dāng)有機(jī)器失效時(shí)，Chubby使用Paxos算法來(lái)保證備份。
(2)IBM“藍(lán)云”計(jì)算平臺(tái)
“藍(lán)云”解決方案是由IBM云計(jì)算中心開(kāi)發(fā)的企業(yè)級(jí)云計(jì)算解決方案。該解決方案可以對(duì)企業(yè)現(xiàn)有的基礎(chǔ)架構(gòu)進(jìn)行整合，通過(guò)虛擬化技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)，構(gòu)建企業(yè)自己擁有的云計(jì)算中心，實(shí)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(yīng)用對(duì)資源的獨(dú)占，從而幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)云計(jì)算理念。
IBM 的“藍(lán)云”計(jì)算平臺(tái)是一套軟、硬件平臺(tái)，將Internet上使用的技術(shù)擴(kuò)展到企業(yè)平臺(tái)上，使得數(shù)據(jù)中心使用類似于互聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算環(huán)境。“藍(lán)云”大量使用了IBM先進(jìn)的大規(guī)模計(jì)算技術(shù)，結(jié)合了IBM自身的軟、硬件系統(tǒng)以及服務(wù)技術(shù)，支持開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)與開(kāi)放源代碼軟件。
“藍(lán)云”基于IBM Almaden研究中心的云基礎(chǔ)架構(gòu)，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(kāi)源實(shí)現(xiàn))。IBM已經(jīng)正式推出了基于x86芯片服務(wù)器系統(tǒng)的“藍(lán)云”產(chǎn)品。下圖為IBM “藍(lán)云”的架構(gòu)：
由圖可知，“藍(lán)云”計(jì)算平臺(tái)由一個(gè)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(yīng)用服務(wù)器、IBM DB2數(shù)據(jù)庫(kù)以及一些開(kāi)源信息處理軟件和開(kāi)源虛擬化軟件共同組成。“藍(lán)云”的硬件平臺(tái)環(huán)境與一般的x86服務(wù)器集群類似，使用刀片的方式增加了計(jì)算密度。“藍(lán)云”軟件平臺(tái)的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在虛擬機(jī)以及對(duì)于大規(guī)模數(shù)據(jù)處理軟件Apache Hadoop的使用上。
“藍(lán)云”平臺(tái)的一個(gè)重要特點(diǎn)是虛擬化技術(shù)的使用。虛擬化的方式在“藍(lán)云”中有兩個(gè)級(jí)別，一個(gè)是在硬件級(jí)別上實(shí)現(xiàn)虛擬化，另一個(gè)是通過(guò)開(kāi)源軟件實(shí)現(xiàn)虛擬化。硬件級(jí)別的虛擬化可以使用IBM p系列的服務(wù)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(guò)IBM Enterprise Workload Manager來(lái)管理。通過(guò)這樣的方式加上在實(shí)際使用過(guò)程中的資源分配策略，能夠使相應(yīng)的資源合理地分配到各個(gè)邏輯分區(qū)。p系列系統(tǒng)的邏輯分區(qū)最小粒度是1/10顆CPU。Xen則是軟件級(jí)別上的虛擬化，能夠在Linux基礎(chǔ)上運(yùn)行另外一個(gè)操作系統(tǒng)。
虛擬機(jī)是一類特殊的軟件，能夠完全模擬硬件的執(zhí)行，運(yùn)行不經(jīng)修改的完整的操作系統(tǒng)，保留了一整套運(yùn)行環(huán)境語(yǔ)義。通過(guò)虛擬機(jī)的方式，在云計(jì)算平臺(tái)上獲得如下一些優(yōu)點(diǎn) ：
1)云計(jì)算的管理平臺(tái)能夠動(dòng)態(tài)地將計(jì)算平臺(tái)定位到所需要的物理節(jié)點(diǎn)上， 而無(wú)須停止運(yùn)行在虛擬機(jī)平臺(tái)上的應(yīng)用程序，進(jìn)程遷移方法更加靈活;
2)降低集群電能消耗，將多個(gè)負(fù)載不是很重的虛擬機(jī)計(jì)算節(jié)點(diǎn)合并到同一個(gè)物理節(jié)點(diǎn)上，從而能夠關(guān)閉空閑的物理節(jié)點(diǎn)，達(dá)到節(jié)約電能的目的;
3)通過(guò)虛擬機(jī)在不同物理節(jié)點(diǎn)上的動(dòng)態(tài)遷移，遷移了整體的虛擬運(yùn)行環(huán)境，能夠獲得與應(yīng)用無(wú)關(guān)的負(fù)載平衡性能;
4)在部署上也更加靈活，即可以將虛擬機(jī)直接部署到物理計(jì)算平臺(tái)上，而虛擬機(jī)本身就包括了相應(yīng)的操作系統(tǒng)以及相應(yīng)的應(yīng)用軟件，直接將大量的虛擬機(jī)映像復(fù)制到對(duì)應(yīng)的物理節(jié)點(diǎn)即可。
“藍(lán)云”計(jì)算平臺(tái)中的存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)：“藍(lán)云”計(jì)算平臺(tái)中的存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)對(duì)于云計(jì)算來(lái)說(shuō)也是非常重要的，無(wú)論是操作系統(tǒng)、服務(wù)程序還是用戶的應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)都保存在存儲(chǔ)體系中。“藍(lán)云”存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)包含類似于Google File System 的集群文件系統(tǒng)以及基于塊設(shè)備方式的存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)SAN。
在設(shè)計(jì)云計(jì)算平臺(tái)的存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)時(shí)，可以通過(guò)組合多個(gè)磁盤獲得很大的磁盤容量。相對(duì)于磁盤的容量，在云計(jì)算平臺(tái)的存儲(chǔ)中，磁盤數(shù)據(jù)的讀寫速度是一個(gè)更重要的問(wèn)題，因此需要對(duì)多個(gè)磁盤進(jìn)行同時(shí)讀寫。這種方式要求將數(shù)據(jù)分配到多個(gè)節(jié)點(diǎn)的多個(gè)磁盤當(dāng)中。為達(dá)到這一目的，存儲(chǔ)技術(shù)有兩個(gè)選擇，一個(gè)是使用類似于Google File System的集群文件系統(tǒng)，另一個(gè)是基于塊設(shè)備的存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)SAN系統(tǒng)。
在藍(lán)云計(jì)算平臺(tái)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(duì)立的系統(tǒng)，SAN提供的是塊設(shè)備接口，需要在此基礎(chǔ)上構(gòu)建文件系統(tǒng)，才能被上層應(yīng)用程序所使用。而Google File System正好是一個(gè)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(kuò)展性，至于如何使用還需要由建立在云計(jì)算平臺(tái)上的應(yīng)用程序來(lái)決定，這也體現(xiàn)了計(jì)算平臺(tái)與上層應(yīng)用相互協(xié)作的關(guān)系。
(3)Amazon的彈性計(jì)算云
Amazon是互聯(lián)網(wǎng)上最大的在線零售商，為了應(yīng)付交易高峰，不得不購(gòu)買了大量的服務(wù)器。而在大多數(shù)時(shí)間，大部分服務(wù)器閑置，造成了很大的浪費(fèi)，為了合理利用空閑服務(wù)器，Amazon建立了自己的云計(jì)算平臺(tái)彈性計(jì)算云EC2(elastic compute cloud)，并且是第一家將基礎(chǔ)設(shè)施作為服務(wù)出售的公司。
Amazon將自己的彈性計(jì)算云建立在公司內(nèi)部的大規(guī)模集群計(jì)算的平臺(tái)上，而用戶可以通過(guò)彈性計(jì)算云的網(wǎng)絡(luò)界面去操作在云計(jì)算平臺(tái)上運(yùn)行的各個(gè)實(shí)例(instance)。用戶使用實(shí)例的付費(fèi)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(jì)算平臺(tái)實(shí)例付費(fèi)，運(yùn)行結(jié)束后計(jì)費(fèi)也隨之結(jié)束。這里所說(shuō)的實(shí)例即是由用戶控制的完整的虛擬機(jī)運(yùn)行實(shí)例。通過(guò)這種方式，用戶不必自己去建立云計(jì)算平臺(tái)，節(jié)省了設(shè)備與維護(hù)費(fèi)用。
上圖為EC2系統(tǒng)的使用模式。從圖中可以看出，彈性計(jì)算云用戶使用客戶端通過(guò)SOAP over HTTPS協(xié)議與Amazon彈性計(jì)算云內(nèi)部的實(shí)例進(jìn)行交互。這樣，彈性計(jì)算云平臺(tái)為用戶或者開(kāi)發(fā)人員提供了一個(gè)虛擬的集群環(huán)境，在用戶具有充分靈活性的同時(shí)，也減輕了云計(jì)算平臺(tái)擁有者(Amazon公司)的管理負(fù)擔(dān)。彈性計(jì)算云中的每一個(gè)實(shí)例代表一個(gè)運(yùn)行中的虛擬機(jī)。用戶對(duì)自己的虛擬機(jī)具有完整的訪問(wèn)權(quán)限，包括針對(duì)此虛擬機(jī)操作系統(tǒng)的管理員權(quán)限。虛擬機(jī)的收費(fèi)也是根據(jù)虛擬機(jī)的能力進(jìn)行費(fèi)用計(jì)算的，實(shí)際上，用戶租用的是虛擬的計(jì)算能力。
總而言之，Amazon通過(guò)提供彈性計(jì)算云，滿足了小規(guī)模軟件開(kāi)發(fā)人員對(duì)集群系統(tǒng)的需求，減小了維護(hù)負(fù)擔(dān)。其收費(fèi)方式相對(duì)簡(jiǎn)單明了：用戶使用多少資源，只需為這一部分資源付費(fèi)即可。
為了彈性計(jì)算云的進(jìn)一步發(fā)展，Amazon規(guī)劃了如何在云計(jì)算平臺(tái)基礎(chǔ)上幫助用戶開(kāi)發(fā)網(wǎng)絡(luò)化的應(yīng)用程序。除了網(wǎng)絡(luò)零售業(yè)務(wù)以外，云計(jì)算也是Amazon公司的核心價(jià)值所在。Amazon將來(lái)會(huì)在彈性計(jì)算云的平臺(tái)基礎(chǔ)上添加更多的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)組件模塊，為用戶構(gòu)建云計(jì)算應(yīng)用提供方便。
六、云計(jì)算技術(shù)發(fā)展面臨的主要問(wèn)題
盡管云計(jì)算模式具有許多優(yōu)點(diǎn)，但是也存在的一些問(wèn)題，如數(shù)據(jù)隱私問(wèn)題、安全問(wèn)題、軟件許可證問(wèn)題、網(wǎng)絡(luò)傳輸問(wèn)題等。
· 數(shù)據(jù)隱私問(wèn)題：如何保證存放在云服務(wù)提供商的數(shù)據(jù)隱私，不被非法利用，不僅需要技術(shù)的改進(jìn)，也需要法律的進(jìn)一步完善。
· 數(shù)據(jù)安全性：有些數(shù)據(jù)是企業(yè)的商業(yè)機(jī)密，數(shù)據(jù)的安全性關(guān)系到企業(yè)的生存和發(fā)展。云計(jì)算數(shù)據(jù)的安全性問(wèn)題解決不了會(huì)影響云計(jì)算在企業(yè)中的應(yīng)用。
· 用戶使用習(xí)慣：如何改變用戶的使用習(xí)慣，使用戶適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)化的軟硬件應(yīng)用是長(zhǎng)期而艱巨的挑戰(zhàn)。
· 網(wǎng)絡(luò)傳輸問(wèn)題：云計(jì)算服務(wù)依賴網(wǎng)絡(luò)，目前網(wǎng)速低且不穩(wěn)定，使云應(yīng)用的性能不高。云計(jì)算的普及依賴網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展。
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