云計(jì)算技術(shù)的產(chǎn)生、概念、原理、應(yīng)用和前景

時(shí)間：2023-03-13 03:26:01 | 來(lái)源：電子商務(wù)

時(shí)間：2023-03-13 03:26:01 來(lái)源：電子商務(wù)

云計(jì)算技術(shù)的產(chǎn)生、概念、原理、應(yīng)用和前景

　　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?？刹豢梢杂羞@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

(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。

(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)。

(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。

　　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?。◤腢RL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)。

　?。?）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。

　?。?）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：

　?。?）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）光環(huán)云計(jì)算平臺(tái)

光環(huán)新網(wǎng)云計(jì)算平臺(tái)是建立在服務(wù)器群的基礎(chǔ)之上的，通過(guò)軟件程序?qū)⑦@些服務(wù)器集成為統(tǒng)一的計(jì)算系統(tǒng)，再根據(jù)不同的用戶需求形成云主機(jī)，為用戶量身定制所需要的云主機(jī)。

光環(huán)新網(wǎng)云計(jì)算平臺(tái)的服務(wù)器集群的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙缦滤?，各服?wù)器通過(guò)內(nèi)網(wǎng)交換機(jī)互相連接，進(jìn)行高速的服務(wù)器集群間的數(shù)據(jù)通訊，各服務(wù)器通過(guò)外網(wǎng)交換機(jī)連接網(wǎng)絡(luò)路由器，將云主機(jī)接入INTERNET，使云計(jì)算平臺(tái)的云主機(jī)可以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

圖4.2 云計(jì)算平臺(tái)服務(wù)器群網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?br>
光環(huán)新網(wǎng)云計(jì)算搭建采用OpenStack開(kāi)放平臺(tái)，包含了兩個(gè)主控節(jié)點(diǎn)、兩個(gè)應(yīng)用節(jié)點(diǎn)及N個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)。主控節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)平臺(tái)內(nèi)容的整合、資源配置及備份，運(yùn)行了openstack主服務(wù)及mysql數(shù)據(jù)庫(kù)。應(yīng)用節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)服務(wù)平臺(tái)和后臺(tái)管理平臺(tái)服務(wù)，運(yùn)行Tomcat WEB服務(wù)器供管理員對(duì)資源在線管理配置及用戶購(gòu)買。計(jì)算節(jié)點(diǎn)提供計(jì)算所需的硬件資源。

光環(huán)新網(wǎng)云計(jì)算基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備平臺(tái)建立完成后在各服務(wù)器中安裝相關(guān)軟件，建立云計(jì)算的軟件平臺(tái)，包括集群管理平臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涔芾砥脚_(tái)、故障管理平臺(tái)、性能管理平臺(tái)、配置管理平臺(tái)、用戶管理平臺(tái)、計(jì)費(fèi)管理平臺(tái)等，完成軟件平臺(tái)建設(shè)，為用戶提供一站式的云主機(jī)服務(wù)。云平臺(tái)的基本架構(gòu)圖如下圖所示：

云平臺(tái)的基本架構(gòu)圖

Presentation層是展示頁(yè)面，客戶、設(shè)備管理者、應(yīng)用所有者通過(guò)此層與其他層進(jìn)行通信。Logic層通過(guò)登錄、注冊(cè)、策略、身份識(shí)別等連接各資源與功能。Resources層提供了云計(jì)算所需的硬件條件。