計(jì)算機(jī)云計(jì)算的原理與應(yīng)用

計(jì)算機(jī)云計(jì)算的原理與應(yīng)用一、基本原理云計(jì)算的基本原理是將用戶所需的計(jì)算分布在數(shù)量無限的分布式計(jì)算機(jī)上，而非本地計(jì)算機(jī)或遠(yuǎn)程服務(wù)器中，使得企業(yè)數(shù)據(jù)中心的運(yùn)行類似于互聯(lián)網(wǎng)，企業(yè)能夠?qū)①Y源切換到需要的應(yīng)用上，根據(jù)需求訪問計(jì)算機(jī)及其存儲(chǔ)系統(tǒng)。就像從古老的單臺(tái)發(fā)電機(jī)模式轉(zhuǎn)向了電廠集中供電的模式，從而意味著計(jì)算能力透過互聯(lián)網(wǎng)來作為一種商品進(jìn)行流通，如同水電一樣，取用方便，費(fèi)用低廉。目前，云計(jì)算有IaaS、PaaS和SaaS三種類型，不同的廠家提供不同的解決方案，但沒有形成統(tǒng)一的技術(shù)體系架構(gòu)。筆者綜合不同廠家的方案，提出了一個(gè)如圖2所示，供大家商榷的云計(jì)算體系架構(gòu)。云計(jì)算技術(shù)體系架構(gòu)可分為物理資源層、資源池層、管理中間件層和SOA構(gòu)建層等4層。其中，物理資源層包括計(jì)算機(jī)、內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)設(shè)施、數(shù)據(jù)庫和軟件等。資源池層是將大量相同類型的資源構(gòu)成同構(gòu)或接近同構(gòu)的資源池，如計(jì)算資源池、數(shù)據(jù)資源池等，資源池構(gòu)建主要是物理資源的集成和管理工作。管理中間件層負(fù)責(zé)對(duì)云計(jì)算的資源進(jìn)行管理，并對(duì)眾多應(yīng)用任務(wù)進(jìn)行調(diào)度，使資源能夠高效、安全地為應(yīng)用提供服務(wù)。SOA構(gòu)建層是將云計(jì)算能力封裝成標(biāo)準(zhǔn)的WebServices服務(wù)，并納入到SOA體系進(jìn)行管理和使用，包括服務(wù)注冊(cè)、查找、訪問和構(gòu)建服務(wù)工作流等。管理中間件層和資源池層是云計(jì)算技術(shù)的最關(guān)鍵部分，SOA構(gòu)建層的功能更多依靠外部設(shè)施提供。二、主要特征與技術(shù)特點(diǎn)云計(jì)算服務(wù)是由多組機(jī)群系統(tǒng)或一個(gè)類似網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的用戶體驗(yàn)所構(gòu)成。用戶操作的響應(yīng)完全由云端多組不同用處的機(jī)群來承擔(dān)，用戶依托瀏覽器所呈現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)來獲得一個(gè)親切、豐富的用戶體驗(yàn)。(1)主要特征目前，云計(jì)算的主要特征可概括為6個(gè)方面。其一是自主計(jì)算，即“可自我管理的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”。其二是客戶服務(wù)器模式，即客戶端服務(wù)器計(jì)算主要通過引用分布式應(yīng)用程序來區(qū)分服務(wù)提供者(服務(wù)器)和服務(wù)請(qǐng)求者(客戶端)。其三是網(wǎng)格計(jì)算，即采用一種由集群網(wǎng)絡(luò)化和松散耦合計(jì)算機(jī)的協(xié)同來構(gòu)建可執(zhí)行巨大任務(wù)的`‘超級(jí)計(jì)算機(jī)及其虛擬”。其四是大型主機(jī)，即面向海量信息處理，存儲(chǔ)等的功能強(qiáng)大計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用程序。其五是效用計(jì)算，即依托類似公用事業(yè)計(jì)量服務(wù)的“計(jì)算資源”，如計(jì)算和存儲(chǔ)系統(tǒng)。其六是P2P，即采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)(P2P)方式所組成的一個(gè)沒有中心協(xié)調(diào)的分布式結(jié)構(gòu)體系。(2)技術(shù)特點(diǎn)基于云計(jì)算應(yīng)用的現(xiàn)狀，云計(jì)算的技術(shù)特點(diǎn)可歸納如下：①基于虛擬化技術(shù)快速資源部署或服務(wù)獲取云計(jì)算支持用戶在任意位置、使用各種終端來獲取應(yīng)用服務(wù)，并依托服務(wù)器端的虛擬化技術(shù)來實(shí)現(xiàn)全部的計(jì)算工作。云端的終端虛擬化、存儲(chǔ)虛擬化等技術(shù)代替用戶實(shí)際計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)設(shè)備和運(yùn)算設(shè)備，數(shù)據(jù)運(yùn)算將變成可共享的公共資源。②動(dòng)態(tài)、可伸縮擴(kuò)展，資源按需供給、按量付費(fèi)，降低成本云計(jì)算在客戶需要云計(jì)算提供更多服務(wù)器支持，能夠按照用戶實(shí)際需要，擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和服務(wù)能力，動(dòng)態(tài)調(diào)整有關(guān)服務(wù)器配置等資源來滿足用戶需求。云計(jì)算可實(shí)現(xiàn)企業(yè)按需服務(wù)需求，只為所使用服務(wù)付費(fèi)。企業(yè)可隨需增減所需的處理器、內(nèi)存、帶寬和存儲(chǔ)系統(tǒng)等，并可根據(jù)季度和周工作需求的變化來動(dòng)態(tài)調(diào)整資源需求，從而降低成本。就如同水電使用按需而取，按量收費(fèi)一樣，進(jìn)而大幅降低中小企業(yè)設(shè)備建構(gòu)與擴(kuò)充增強(qiáng)的成本。③通過互聯(lián)網(wǎng)提供、面向海量信息處理、用戶參與便利網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供者通過云計(jì)算技術(shù)可在數(shù)秒內(nèi)處理數(shù)以千萬計(jì)甚至億計(jì)的信息，達(dá)到與“超級(jí)計(jì)算機(jī)”同樣強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。用戶只要向服務(wù)提需求，擁有可上網(wǎng)終端，如手機(jī)、手持計(jì)算機(jī)等，就可從互聯(lián)網(wǎng)上獲得信息資源和信息能力，如帶寬、存儲(chǔ)空間、計(jì)算能力，就能夠隨時(shí)隨地、方便、低廉、快速地獲得信息、處理信息、交流信息和展示信息。④高可靠性與低碳環(huán)保云計(jì)算采用了數(shù)據(jù)多副本容錯(cuò)、計(jì)算節(jié)點(diǎn)同構(gòu)可互換等措施來保障服務(wù)的高可靠性，使用云計(jì)算比使用本地計(jì)算機(jī)可靠性更高。通過云廣計(jì)算不僅能夠有效利用服務(wù)器端資源，還能夠方便地對(duì)數(shù)據(jù)中心進(jìn)行整合，大大降低了客戶端設(shè)備的能耗，加大了更新周期，符合社會(huì)低碳、環(huán)保的發(fā)展潮流。當(dāng)然，云計(jì)算在使用時(shí)，還存在一些亟待完善的不足。其一是云計(jì)算的不穩(wěn)定性，即在網(wǎng)絡(luò)無法使用時(shí)，企業(yè)的系統(tǒng)將嚴(yán)重癱瘓，造成嚴(yán)重?fù)p失。其二是云計(jì)算依賴性，即企業(yè)將基礎(chǔ)設(shè)施建構(gòu)在云計(jì)算上，會(huì)對(duì)云計(jì)算產(chǎn)生嚴(yán)重依賴，若未來云服務(wù)提供商予取予求，企業(yè)就缺乏應(yīng)對(duì)籌碼。其三是安全性，在技術(shù)不完備和法律保障不健全的環(huán)境下，企業(yè)將機(jī)密敏感數(shù)據(jù)存放于他人手中，泄漏機(jī)密的幾率較大，用戶如何應(yīng)對(duì)。三、云層次新興的云計(jì)算作為一種將巨大系統(tǒng)池連接在一起提供各種IT服務(wù)的共享基礎(chǔ)體系，可以替我們完成各種存儲(chǔ)和計(jì)算工作。整體上看，云層次包括客戶端、云服務(wù)、云平臺(tái)服務(wù)、基礎(chǔ)設(shè)施以及服務(wù)器等五大要件。(1)客戶端云客戶端包括計(jì)算機(jī)硬件和軟件，通過與云計(jì)算的應(yīng)用交互來便利地獲取與使用所需的各項(xiàng)功能。在云客戶端，只需要擁有一臺(tái)具備與互聯(lián)網(wǎng)連接的計(jì)算機(jī)、手機(jī)或其它電子設(shè)備，擁有操作系統(tǒng)和瀏覽器，就能夠方便的獲取和使用云計(jì)算服務(wù)。(2)云服務(wù)云服務(wù)SaaS是由軟件提供的，是一種客戶按使用時(shí)間或使用量付費(fèi)的應(yīng)用軟件新銷售方式。對(duì)用戶來說，他們不再需要關(guān)心軟件的安裝和升級(jí)，也不需要一次性購買軟件許可證，而是根據(jù)租用服務(wù)的實(shí)際情況按需付費(fèi)。從而為用戶提供了更廣闊的增值機(jī)會(huì)和創(chuàng)新途徑，降低了軟件應(yīng)用和服務(wù)的成本。(3)云平臺(tái)服務(wù)云平臺(tái)服務(wù)PaaS是指將服務(wù)器平臺(tái)作為一種服務(wù)提供的新商業(yè)模式。與通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行程序提供服務(wù)的SaaS不同，PaaS實(shí)際上是一種將相應(yīng)服務(wù)器平臺(tái)或者開發(fā)環(huán)境作為服務(wù)軟件研發(fā)的平臺(tái)服務(wù)，最終產(chǎn)品以SaaS模式提交給用戶。因此，PaaS也是SaaS的一種模式。(4)基礎(chǔ)設(shè)施云計(jì)算的基礎(chǔ)設(shè)施即IaaS，是指將經(jīng)過虛擬化的硬件資源和相關(guān)管理功能集合，亦指用于支持操作的外包設(shè)備，包括存儲(chǔ)、硬件、服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)組件等。這種服務(wù)通常是通過一個(gè)公用計(jì)算基礎(chǔ)計(jì)費(fèi)和資源消耗數(shù)量計(jì)費(fèi)來收費(fèi)，并給予相應(yīng)的服務(wù)提供支持。(5)服務(wù)器服務(wù)器層包括服務(wù)器的計(jì)算機(jī)硬件和軟件,以及專門為云端服務(wù)器設(shè)計(jì)的產(chǎn)品交互，多內(nèi)核處理器連接，云特定的操作系統(tǒng)的指定等。云端服務(wù)器通過數(shù)量可無限擴(kuò)展的網(wǎng)間服務(wù)器關(guān)聯(lián)來完成用戶多元化需求的滿足和定制。四、云計(jì)算和其它計(jì)算的比較由于云計(jì)算的發(fā)展迅猛，時(shí)下公眾常常會(huì)將云計(jì)算與網(wǎng)格計(jì)算、效用計(jì)算、自主計(jì)算相混淆。事實(shí)上，云計(jì)算是以計(jì)算機(jī)集群為基礎(chǔ)的，也吸收了自主計(jì)算和效用計(jì)算的優(yōu)勢(shì)，但在網(wǎng)絡(luò)的組成、體系機(jī)構(gòu)、目的、工作方式卻大相徑庭。其與其它計(jì)算的比較分述如下：云計(jì)算與叢集計(jì)算相比，盡管云計(jì)算部分底層是由叢集計(jì)算所構(gòu)成，像負(fù)載平衡或備援技術(shù)，但云計(jì)算重在提供服務(wù)，而叢集計(jì)算則更注重高效能以及串連各種CPU的計(jì)算能力，昂貴的建置成本，大多數(shù)用戶是無法承受的。云計(jì)算與網(wǎng)格計(jì)算相比，云計(jì)算強(qiáng)調(diào)專有，任何人都可獲取自己的專有資源，并且這些資源是由外部提供，用戶無需貢獻(xiàn)自己的資源。在云計(jì)算中，計(jì)算資源被轉(zhuǎn)換成適應(yīng)工作負(fù)載的形式，既支持網(wǎng)格類型的應(yīng)用環(huán)境，也支持非網(wǎng)格環(huán)境。云計(jì)算還注重事務(wù)性應(yīng)用，大量的單獨(dú)請(qǐng)求，可自動(dòng)或半自動(dòng)地實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展。而網(wǎng)格計(jì)算強(qiáng)調(diào)資源共享，任何人都可以作為請(qǐng)求者使用其它節(jié)點(diǎn)的資源，任何人都需要貢獻(xiàn)一定資源給其它節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)格計(jì)算強(qiáng)調(diào)將工作量轉(zhuǎn)移到遠(yuǎn)程可用的計(jì)算資源上，注重并行的計(jì)算集中性需求，要么在分布式的計(jì)算資源支持下作為服務(wù)被提供在線計(jì)