隨著多核處理器、虛擬化、分布式存儲(chǔ)、寬帶互聯(lián)網(wǎng)和自動(dòng)化管理等技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)生了一種新型的計(jì)算模式——云計(jì)算，它能夠按需部署計(jì)算資源，而用戶(hù)只需要為所使用的資源付費(fèi)。從本質(zhì)上講，云計(jì)算是指用戶(hù)終端通過(guò)遠(yuǎn)程連接，獲取存儲(chǔ)、計(jì)算、數(shù)據(jù)庫(kù)等計(jì)算資源。云計(jì)算在資源分布上包括“云”和“云終端”。“云”是列互聯(lián)網(wǎng)或大型服務(wù)器集群的一種比喻，由分布的互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施，如網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備、安全設(shè)備等構(gòu)成，幾乎所有的數(shù)據(jù)和應(yīng)用軟件。都可存儲(chǔ)在“云”里。而“云終端”，例如PC、手機(jī)、車(chē)載電子設(shè)備等，只需要擁有一個(gè)功能完備的瀏覽器，并安裝一個(gè)簡(jiǎn)單的操作系統(tǒng)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接入“云”，就可以輕松使用云中的計(jì)算資源。

1 基本概念和特點(diǎn)

1.1 云計(jì)算的產(chǎn)生背景

21世紀(jì)初期，崛起的Web2.0讓網(wǎng)絡(luò)迎來(lái)了新的發(fā)展高峰。網(wǎng)站或者業(yè)務(wù)系統(tǒng)所需要處理的業(yè)務(wù)量快速增長(zhǎng)，例如視頻在線(xiàn)或者照片共享網(wǎng)站需要為用戶(hù)儲(chǔ)存和處理大量的數(shù)據(jù)。這類(lèi)系統(tǒng)所面臨的重要問(wèn)題是，如何在用戶(hù)數(shù)量快速增長(zhǎng)的情況下快速擴(kuò)展原有系統(tǒng)，隨著移動(dòng)終端的智能化、移動(dòng)寬帶網(wǎng)絡(luò)的普及，將有越來(lái)越多的移動(dòng)設(shè)備進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)，這意味著與移動(dòng)終端相關(guān)的IT系統(tǒng)會(huì)承受更多的負(fù)載，而列于提供數(shù)據(jù)服務(wù)的企業(yè)來(lái)講，IT系統(tǒng)需要處理更多的業(yè)務(wù)量。

由于資源的有限性，其電力成本、空間成本、各種設(shè)施的維護(hù)成本快速上升，直接導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心的成本上升，這就面臨著如何有效地、更少地利用資源解決更多的問(wèn)題。同時(shí)，隨著高速網(wǎng)絡(luò)連接的衍生，芯片和磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品在功能增強(qiáng)的同時(shí)，價(jià)格也在變得更加低廉，擁有大量計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)中心，也具備了快速為大量用戶(hù)處理復(fù)雜問(wèn)題的能力。技術(shù)上，分布式計(jì)算的日益成熟和應(yīng)用，特別是網(wǎng)格計(jì)算的發(fā)展通過(guò)Internet把分散在各處的硬件、軟件、信息資源連接成為一個(gè)巨大的整體，使得人們能夠利用地理上分散于各處的資源，完成大規(guī)模的、復(fù)雜的計(jì)算和數(shù)據(jù)處理的任務(wù)。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的快速增長(zhǎng)產(chǎn)生了以GFS(Google File System)，SAN(Storage AreaNemork)為代表的高性能存儲(chǔ)技術(shù)。服務(wù)器整合需求的不斷升溫，推動(dòng)了xen等虛擬化技術(shù)的進(jìn)步，還有Web2.0的實(shí)現(xiàn)、Saas(Sofhare as a Senrice)觀(guān)念的快速普及、多核技術(shù)的廣泛應(yīng)用等，所有這些技術(shù)為產(chǎn)生更強(qiáng)大的計(jì)算能力和服務(wù)提供了可能H1。隨著對(duì)計(jì)算能力、資源利用效率、資源集中化的迫切需求，云計(jì)算應(yīng)運(yùn)而生。

1.2云計(jì)算的特點(diǎn)

從現(xiàn)有的云計(jì)算平臺(tái)來(lái)看，它與傳統(tǒng)的單機(jī)和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用模式相比，其特點(diǎn)如表1所示。

表1 云計(jì)算特點(diǎn)和具體過(guò)程

2 云計(jì)算實(shí)現(xiàn)形式

(1)SaaS(軟件即服務(wù))。這種類(lèi)型的云計(jì)算通過(guò)瀏覽器把程序傳給成千上萬(wàn)的用戶(hù)。在用戶(hù)眼中看來(lái)，這樣會(huì)省去在服務(wù)器和軟件授權(quán)上的開(kāi)支;從供應(yīng)商角度而言，只需要維持一個(gè)程序即可，這樣能夠減少成本。Salesforce是迄今為止這類(lèi)服務(wù)最為著名的公司，saas在人力資源管理程序和ERP中比較常用，Google Apps和zoho O伍ce也是類(lèi)似的服務(wù);

(2)實(shí)用計(jì)算(Utility computing)。這個(gè)方法早先就有人提出，但是直到最近才在Amazon，Sun，IBM和其它提供存儲(chǔ)服務(wù)和虛擬服務(wù)器的公司中新生。這種云計(jì)算是為IT行業(yè)創(chuàng)造虛擬的數(shù)據(jù)中心使得其能夠把內(nèi)存、L/O設(shè)備、存儲(chǔ)和計(jì)算能力集中起來(lái)，成為一個(gè)虛擬的資源池為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)提供服務(wù);

(3)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。同SaaS關(guān)系密切，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供者們提供API，讓開(kāi)發(fā)者能夠開(kāi)發(fā)更多基于互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，而不是單機(jī)程序;

(4)平臺(tái)即服務(wù)。即另一種SaaS，這種形式的云計(jì)算，是把開(kāi)發(fā)環(huán)境作為一種服務(wù)來(lái)提供?？梢允褂弥虚g商的設(shè)備開(kāi)發(fā)自己的程序，并通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)和其服務(wù)器傳輸?shù)接脩?hù)手中;

(5)MSP(管理服務(wù)提供商)是最古老的云計(jì)算運(yùn)用之一。這種應(yīng)用更多的是面向IT行業(yè)而不是終端用戶(hù)，常用于郵件病毒掃描、程序監(jiān)控等;

(6)商業(yè)服務(wù)平臺(tái)。SaaS和MSP的混合應(yīng)用，該類(lèi)云計(jì)算為用戶(hù)和提供商之間的互動(dòng)提供了一個(gè)平臺(tái)。比如用戶(hù)個(gè)人開(kāi)支管理系統(tǒng)，能夠根據(jù)用戶(hù)的設(shè)置來(lái)管理其開(kāi)支并協(xié)調(diào)其訂購(gòu)的各種服務(wù);

(7)互聯(lián)網(wǎng)整合。將互聯(lián)網(wǎng)上提供類(lèi)似服務(wù)的公司整合起來(lái)，以便用戶(hù)能夠更方便地比較和選擇自己的服務(wù)供應(yīng)商。

3 云計(jì)算關(guān)鍵技術(shù)

按需部署是云計(jì)算的核心。要解決按需部署，必須解決資源的動(dòng)態(tài)可重構(gòu)、監(jiān)控和自動(dòng)化部署等，而這些又需要以虛擬化、高性能存儲(chǔ)、處理器、高速互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)為基礎(chǔ)。所以云計(jì)算除了需要仔細(xì)研究其體系結(jié)構(gòu)外，還要特別注意研究資源的動(dòng)態(tài)可重構(gòu)、自動(dòng)化部署、資源監(jiān)控、虛擬化、高性能存儲(chǔ)、處理器等關(guān)鍵技術(shù)。

3.1 體系結(jié)構(gòu)

為了有效支持云計(jì)算，其體系結(jié)構(gòu)必須支持幾個(gè)關(guān)鍵特征。首先，系統(tǒng)必須是自治的，即需要內(nèi)嵌有自動(dòng)化技術(shù)，以減輕或消除人工部署和管理任務(wù)，而允許平臺(tái)智地響應(yīng)應(yīng)用的要求;其次，云計(jì)算的架構(gòu)必須是敏捷的，能夠?qū)π枨笮盘?hào)或變化做出迅還的反應(yīng)。內(nèi)嵌的虛擬化技術(shù)和集群化技術(shù)，能應(yīng)付增長(zhǎng)或服務(wù)級(jí)要求的快速變化。云計(jì)算平臺(tái)的體系結(jié)構(gòu)，如圖1所示，是一個(gè)云服務(wù)器的互連網(wǎng)絡(luò)圖。

圖1 云計(jì)算平臺(tái)的體系結(jié)構(gòu)

(1)用戶(hù)界面：“云”用戶(hù)請(qǐng)求服務(wù)的交互界面;

(2)服務(wù)目錄：用戶(hù)可選擇的服務(wù)列表;

(3)管理系統(tǒng)：用于管理可用計(jì)算資源和服務(wù);

(4)部署工具：自治的，根據(jù)用戶(hù)請(qǐng)求智能地部署資源和應(yīng)用，動(dòng)態(tài)地部署、配置和回收資源;

(5)監(jiān)控：監(jiān)控云系統(tǒng)資源的使用情況，以便做出迅疾的反應(yīng);

(6)服務(wù)器集群：虛擬或者物理服務(wù)器，由管理系統(tǒng)管理。

3.2 自動(dòng)化部署

自動(dòng)化部署，是指通過(guò)自動(dòng)安裝和部署，將計(jì)算資源從原始狀態(tài)變?yōu)榭捎脿顟B(tài)。在云計(jì)算中體現(xiàn)為將虛擬資源池中的資源進(jìn)行劃分、安裝和部署成可以為用戶(hù)提供各種服務(wù)和應(yīng)用的過(guò)程，其中包括硬件(服務(wù)器)、軟件(用戶(hù)需要的軟件和配置)、網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)。系統(tǒng)資源的部署有多個(gè)步驟，自動(dòng)化部署通過(guò)調(diào)用腳本，實(shí)現(xiàn)不同廠(chǎng)商設(shè)備管理工具的自動(dòng)配置、應(yīng)用軟件的部署和配置，確保這些調(diào)用過(guò)程可以以靜默的方式實(shí)現(xiàn)，免除了大量的人機(jī)交互，使得部署過(guò)程不再依賴(lài)人工操作。整個(gè)部署過(guò)程基于工作流來(lái)實(shí)現(xiàn)，如圖2所示。

圖2 自動(dòng)化部署方案構(gòu)架

其中，工作流引擎和數(shù)據(jù)模型是在自動(dòng)化部署管理工具中涉及的功能模塊，通過(guò)將具體的軟硬件甚至邏輯概念定義在數(shù)據(jù)模型中，管理工具可以標(biāo)識(shí)并在工作流中調(diào)度這些資源，實(shí)現(xiàn)分類(lèi)管理。工作流引擎是調(diào)用和觸發(fā)工作流，實(shí)現(xiàn)部署自動(dòng)化的核心機(jī)制，自動(dòng)將不同種類(lèi)的腳本流程整合在一個(gè)集中、可重復(fù)使用的工作流數(shù)據(jù)庫(kù)中。這些工作流可以自動(dòng)完成原來(lái)需要手工完成的服務(wù)器、操作系統(tǒng)、中間件、應(yīng)用程序、存儲(chǔ)器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的配置任務(wù)。

3.3 資源監(jiān)控

“云”通常具有大量服務(wù)器，并且資源是動(dòng)態(tài)變化的，需要及時(shí)、準(zhǔn)確、動(dòng)態(tài)的資源信息。資源監(jiān)控可以為“云”對(duì)資源的動(dòng)態(tài)部署提供依據(jù)，并有效監(jiān)控資源的使用情況和負(fù)載情況。資源監(jiān)控是實(shí)現(xiàn)“云”資源管理的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它可提供對(duì)系統(tǒng)資源的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并為其它子系統(tǒng)提供系統(tǒng)性能信息，以便更好地完成系統(tǒng)資源的分配。云計(jì)算通過(guò)一個(gè)監(jiān)視服務(wù)器監(jiān)控和管理計(jì)算資源池中的所有資源，并通過(guò)在云中的各個(gè)服務(wù)器上部署Agent代理程序，配置并監(jiān)視各資源服務(wù)器，定期將資源使用信息數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，監(jiān)視服務(wù)器數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)中“云”資源的使用情況，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析及跟蹤資源的可用性，為排除故障和均衡資源提供信息。

4 結(jié)束語(yǔ)

目前，云計(jì)算還處于起步階段，但它將改變用戶(hù)對(duì)計(jì)算資源的使用方式，使得用戶(hù)從以桌面為核心轉(zhuǎn)向以Web為核心。文中討論了云計(jì)算的現(xiàn)有技術(shù)、隨著云計(jì)算的發(fā)展，將會(huì)有更多的平臺(tái)和服務(wù)類(lèi)型出現(xiàn)，并推動(dòng)云計(jì)算及其應(yīng)用的發(fā)展。

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