2006年谷歌推出了“Google 101計劃”，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“云計劃”，云安全、云存儲、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算技術(shù)呢？對云計算技術(shù)的產(chǎn)生、概念、原理、應用和前景又在哪里？

一、云計算思想的產(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。當企業(yè)的規(guī)模擴大時還要繼續(xù)升級各種軟硬件設(shè)施以滿足需要。對于企業(yè)來說，計算機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。對個人來說，我們想正常使用電腦需要安裝許多軟件，而許多軟件是收費的，對不經(jīng)常使用該軟件的用戶來說購買是非常不劃算的�？刹豢梢杂羞@樣的服務，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付少量“租金”即可“租用”到這些軟件服務，為我們節(jié)省許多購買軟硬件的資金。

我們每天都要用電，但我們不是每家自備發(fā)電機，它由電廠集中提供；我們每天都要用自來水，但我們不是每家都有井，它由自來水廠集中提供。這種模式極大得節(jié)約了資源，方便了我們的生活。面對計算機給我們帶來的困擾，我們可不可以像使用水和電一樣使用計算機資源？這些想法終導致了云計算的產(chǎn)生。

云計算的終目標是將計算、服務和應用作為一種公共設(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算機資源。

云計算模式即為電廠集中供電模式。在云計算模式下，用戶的計算機會變的十分簡單，或許不大的內(nèi)存、不需要硬盤和各種應用軟件，就可以滿足我們的需求，因為用戶的計算機除了通過瀏覽器給“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提供商的計算資源、存儲空間和各種應用軟件。這就像連接“顯示器” 和“主機”的電線無限長，從而可以把顯示器放在使用者的面前，而主機放在遠到甚至計算機使用者本人也不知道的地方。云計算把連接“顯示器”和“主機”的電線變成了網(wǎng)絡，把“主機”變成云服務提供商的服務器集群。

在云計算環(huán)境下，用戶的使用觀念也會發(fā)生徹底的變化：從“購買產(chǎn)品”到“購買服務”轉(zhuǎn)變，因為他們直接面對的將不再是復雜的硬件和軟件，而是終的服務。用戶不需要擁有看得見、摸得著的硬件設(shè)施，也不需要為機房支付設(shè)備供電、空調(diào)制冷、專人維護等等費用，并且不需要等待漫長的供貨周期、項目實施等冗長的時間，只需要把錢匯給云計算服務提供商，我們將會馬上得到需要的服務。

二、云計算的概念

云計算（Cloud Computing）是由分布式計算（Distributed Computing）、并行處理（Parallel Computing）、網(wǎng)格計算（Grid Computing）發(fā)展來的，是一種新興的商業(yè)計算模型。目前，對于云計算的認識在不斷的發(fā)展變化，云計算沒仍沒有普遍一致的定義。

中國網(wǎng)格計算、云計算專家劉鵬給出如下定義：“云計算將計算任務分布在大量計算機構(gòu)成的資源池上，使各種應用系統(tǒng)能夠根據(jù)需要獲取計算力、存儲空間和各種軟件服務”。

狹義的云計算指的是廠商通過分布式計算和虛擬化技術(shù)搭建數(shù)據(jù)中心或超級計算機，以免費或按需租用方式向技術(shù)開發(fā)者或者企業(yè)客戶提供數(shù)據(jù)存儲、分析以及科學計算等服務，比如亞馬遜數(shù)據(jù)倉庫出租生意。

廣義的云計算指廠商通過建立網(wǎng)絡服務器集群，向各種不同類型客戶提供在線軟件服務、硬件租借、數(shù)據(jù)存儲、計算分析等不同類型的服務。廣義的云計算包括了更多的廠商和服務類型，例如國內(nèi)用友、金蝶等管理軟件廠商推出的在線財務軟件，谷歌發(fā)布的Google應用程序套裝等。

通俗的理解是，云計算的“云“就是存在于互聯(lián)網(wǎng)上的服務器集群上的資源，它包括硬件資源（服務器、存儲器、CPU等）和軟件資源（如應用軟件、集成開發(fā)環(huán)境等），本地計算機只需要通過互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送一個需求信息，遠端就會有成千上萬的計算機為你提供需要的資源并將結(jié)果返回到本地計算機，這樣，本地計算機幾乎不需要做什么，所有的處理都在云計算提供商所提供的計算機群來完成。

三、典型云計算平臺介紹

由于云計算技術(shù)范圍很廣，目前各大IT企業(yè)提供的云計算服務主要根據(jù)自身的特點和優(yōu)勢實現(xiàn)的。下面以Google、IBM、Amazon為例說明：

（1）Google 的云計算平臺

Google的硬件條件優(yōu)勢，大型的數(shù)據(jù)中心、搜索引擎的支柱應用，促進Google云計算迅速發(fā)展。Google的云計算主要由MapReduce、Google文件系統(tǒng)(GFS)、BigTable組成。它們是Google內(nèi)部云計算基礎(chǔ)平臺的3個主要部分。Google 還構(gòu)建其他云計算組件，包括一個領(lǐng)域描述語言以及分布式鎖服務機制等。Sawzall是一種建立在MapReduce基礎(chǔ)上的領(lǐng)域語言，專門用于大規(guī)模的信息處理。Chubby是一個高可用、分布式數(shù)據(jù)鎖服務，當有機器失效時，Chubby使用Paxos算法來保證備份。

（2）IBM“藍云”計算平臺

“藍云”解決方案是由IBM云計算中心開發(fā)的企業(yè)級云計算解決方案。該解決方案可以對企業(yè)現(xiàn)有的基礎(chǔ)架構(gòu)進行整合，通過虛擬化技術(shù)和自動化技術(shù)，構(gòu)建企業(yè)自己擁有的云計算中心，實現(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，打破應用對資源的獨占，從而幫助企業(yè)實現(xiàn)云計算理念。

IBM 的“藍云”計算平臺是一套軟、硬件平臺，將Internet上使用的技術(shù)擴展到企業(yè)平臺上，使得數(shù)據(jù)中心使用類似于互聯(lián)網(wǎng)的計算環(huán)境。“藍云”大量使用了IBM先進的大規(guī)模計算技術(shù)，結(jié)合了IBM自身的軟、硬件系統(tǒng)以及服務技術(shù)，支持開放標準與開放源代碼軟件。

“藍云”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的開源實現(xiàn))。IBM已經(jīng)正式推出了基于x86芯片服務器系統(tǒng)的“藍云”產(chǎn)品。下圖為IBM “藍云”的架構(gòu)：

由圖可知，“藍云”計算平臺由一個數(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應用服務器、IBM DB2數(shù)據(jù)庫以及一些開源信息處理軟件和開源虛擬化軟件共同組成�！八{云”的硬件平臺環(huán)境與一般的x86服務器集群類似，使用刀片的方式增加了計算密度。“藍云”軟件平臺的特點主要體現(xiàn)在虛擬機以及對于大規(guī)模數(shù)據(jù)處理軟件Apache Hadoop的使用。

“藍云”平臺的一個重要特點是虛擬化技術(shù)的使用。虛擬化的方式在“藍云”中有兩個級別，一個是在硬件級別上實現(xiàn)虛擬化，另一個是通過開源軟件實現(xiàn)虛擬化。硬件級別的虛擬化可以使用IBM p系列的服務器，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IBM Enterprise Workload Manager來管理。通過這樣的方式加上在實際使用過程中的資源分配策略，能夠使相應的資源合理地分配到各個邏輯分區(qū)。p系列系統(tǒng)的邏輯分區(qū)小粒度是1/10顆CPU。Xen則是軟件級別上的虛擬化，能夠在Linux基礎(chǔ)上運行另外一個操作系統(tǒng)。

虛擬機是一類特殊的軟件，能夠完全模擬硬件的執(zhí)行，運行不經(jīng)修改的完整的操作系統(tǒng)，保留了一整套運行環(huán)境語義。通過虛擬機的方式，在云計算平臺上獲得如下一些優(yōu)點：

1)云計算的管理平臺能夠動態(tài)地將計算平臺定位到所需要的物理節(jié)點上，而無須停止運行在虛擬機平臺上的應用程序，進程遷移方法更加靈活；

2)降低集群電能消耗，將多個負載不是很重的虛擬機計算節(jié)點合并到同一個物理節(jié)點上，從而能夠關(guān)閉空閑的物理節(jié)點，達到節(jié)約電能的目的；

3)通過虛擬機在不同物理節(jié)點上的動態(tài)遷移，遷移了整體的虛擬運行環(huán)境，能夠獲得與應用無關(guān)的負載平衡性能；

4)在部署上也更加靈活，即可以將虛擬機直接部署到物理計算平臺上，而虛擬機本身就包括了相應的操作系統(tǒng)以及相應的應用軟件，直接將大量的虛擬機映像復制到對應的物理節(jié)點即可。

“藍云”計算平臺中的存儲體系結(jié)構(gòu)：“藍云”計算平臺中的存儲體系結(jié)構(gòu)對于云計算來說也是非常重要的，無論是操作系統(tǒng)、服務程序還是用戶的應用程序的數(shù)據(jù)都保存在存儲體系中�！八{云”存儲體系結(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)備方式的存儲區(qū)域網(wǎng)絡SAN。

在設(shè)計云計算平臺的存儲體系結(jié)構(gòu)時，可以通過組合多個磁盤獲得很大的磁盤容量。相對于磁盤的容量，在云計算平臺的存儲中，磁盤數(shù)據(jù)的讀寫速度是一個更重要的問題，因此需要對多個磁盤進行同時讀寫。這種方式要求將數(shù)據(jù)分配到多個節(jié)點的多個磁盤當中。為達到這一目的，存儲技術(shù)有兩個選擇，一個是使用類似于Google File System的集群文件系統(tǒng)，另一個是基于塊設(shè)備的存儲區(qū)域網(wǎng)絡SAN系統(tǒng)。

在藍云計算平臺上，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)，才能被上層應用程序所使用。而Google File System正好是一個分布式的文件系統(tǒng)，能夠建立在SAN之上。兩者都能提供可靠性、可擴展性，至于如何使用還需要由建立在云計算平臺上的應用程序來決定，這也體現(xiàn)了計算平臺與上層應用相互協(xié)作的關(guān)系。

（3）Amazon的彈性計算云

Amazon是互聯(lián)網(wǎng)上大的在線零售商，為了應付交易高峰，不得不購買了大量的服務器。而在大多數(shù)時間，大部分服務器閑置，造成了很大的浪費，為了合理利用空閑服務器，Amazon建立了自己的云計算平臺彈性計算云EC2（elastic compute cloud），并且是第一家將基礎(chǔ)設(shè)施作為服務出售的公司。

Amazon將自己的彈性計算云建立在公司內(nèi)部的大規(guī)模集群計算的平臺上，而用戶可以通過彈性計算云的網(wǎng)絡界面去操作在云計算平臺上運行的各個實例(instance)。用戶使用實例的付費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算平臺實例付費，運行結(jié)束后計費也隨之結(jié)束。這里所說的實例即是由用戶控制的完整的虛擬機運行實例。通過這種方式，用戶不必自己去建立云計算平臺，節(jié)省了設(shè)備與維護費用。

上圖為EC2系統(tǒng)的使用模式。從圖中可以看出，彈性計算云用戶使用客戶端通過SOAP over HTTPS協(xié)議與Amazon彈性計算云內(nèi)部的實例進行交互。這樣，彈性計算云平臺為用戶或者開發(fā)人員提供了一個虛擬的集群環(huán)境，在用戶具有充分靈活性的同時，也減輕了云計算平臺擁有者(Amazon公司)的管理負擔。彈性計算云中的每一個實例代表一個運行中的虛擬機。用戶對自己的虛擬機具有完整的訪問權(quán)限，包括針對此虛擬機操作系統(tǒng)的管理員權(quán)限。虛擬機的收費也是根據(jù)虛擬機的能力進行費用計算的，實際上，用戶租用的是虛擬的計算能力。

總而言之，Amazon通過提供彈性計算云，滿足了小規(guī)模軟件開發(fā)人員對集群系統(tǒng)的需求，減小了維護負擔。其收費方式相對簡單明了：用戶使用多少資源，只需為這一部分資源付費即可。

為了彈性計算云的進一步發(fā)展，Amazon規(guī)劃了如何在云計算平臺基礎(chǔ)上幫助用戶開發(fā)網(wǎng)絡化的應用程序。除了網(wǎng)絡零售業(yè)務以外，云計算也是Amazon公司的核心價值所在。Amazon將來會在彈性計算云的平臺基礎(chǔ)上添加更多的網(wǎng)絡服務組件模塊，為用戶構(gòu)建云計算應用提供方便。

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