云計(jì)算

——CloudComputing云計(jì)算架構(gòu)比較和關(guān)鍵技術(shù)第1頁(yè)

近年來(lái)，云計(jì)算已成為IT業(yè)界最熱門(mén)研究方向之一。幾乎全部主流IT廠商都在談?wù)撛朴?jì)算，既包含硬件廠商（IBM、英特爾等）、軟件開(kāi)發(fā)商（微軟等），也包含互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商（Google、Amazon等）和電信運(yùn)行商（AT&T、中國(guó)移動(dòng)等）。這些企業(yè)覆蓋了整個(gè)IT產(chǎn)業(yè)鏈，構(gòu)建了一個(gè)完整云計(jì)算生態(tài)系統(tǒng)。引言2云計(jì)算架構(gòu)比較和關(guān)鍵技術(shù)第2頁(yè)

引言什么是云計(jì)算?3云計(jì)算架構(gòu)比較和關(guān)鍵技術(shù)第3頁(yè)云計(jì)算最終目標(biāo)是將計(jì)算、服務(wù)和應(yīng)用作為一個(gè)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。引言4云計(jì)算架構(gòu)比較和關(guān)鍵技術(shù)第4頁(yè)云計(jì)算概述云計(jì)算體系結(jié)構(gòu)云計(jì)算關(guān)鍵技術(shù)云計(jì)算研究現(xiàn)實(shí)狀況云計(jì)算機(jī)遇與挑戰(zhàn)云計(jì)算與分布式處理目錄5云計(jì)算架構(gòu)比較和關(guān)鍵技術(shù)第5頁(yè)1.1云計(jì)算起源3月，亞馬遜推出彈性計(jì)算云服務(wù)。8月9日，Google首席執(zhí)行官埃里克·施密特在搜索引擎大會(huì)首次提出“云計(jì)算”概念。年10月，Google與IBM開(kāi)始在美國(guó)大學(xué)校園，推廣云計(jì)算計(jì)劃，這項(xiàng)計(jì)劃希望能降低分散式計(jì)算技術(shù)在學(xué)術(shù)研究方面成本，并為這些大學(xué)提供相關(guān)軟硬件設(shè)備及技術(shù)支持。207月29日，雅虎、惠普和英特爾宣告一項(xiàng)涵蓋美國(guó)、德國(guó)和新加坡聯(lián)合研究計(jì)劃，推出云計(jì)算研究測(cè)試床，推進(jìn)云計(jì)算。該計(jì)劃要與合作搭檔創(chuàng)建6個(gè)數(shù)據(jù)中心作為研究試驗(yàn)平臺(tái)，每個(gè)數(shù)據(jù)中心配置1400個(gè)至4000個(gè)處理器。208月3日，戴爾正在申請(qǐng)“云計(jì)算”商標(biāo)。戴爾在申請(qǐng)文件中稱，云計(jì)算是“在數(shù)據(jù)中心和巨型規(guī)模計(jì)算環(huán)境中，為他人提供計(jì)算機(jī)硬件定制制造”。6云計(jì)算架構(gòu)比較和關(guān)鍵技術(shù)第6頁(yè)1.1云計(jì)算起源3月5日，Novell與云安全聯(lián)盟（CSA）共同宣告一項(xiàng)供給商中立計(jì)劃，名為“可信任云計(jì)算計(jì)劃”。7月，美國(guó)國(guó)家航空航天局和包含Rackspace、AMD、Intel、戴爾等支持廠商共同宣告“OpenStack”開(kāi)放源代碼計(jì)劃。微軟在10月表示支持OpenStack與WindowsServer2008R2集成；而Ubuntu已把OpenStack加至11.04版本中。年2月，思科系統(tǒng)正式加入OpenStack，重點(diǎn)研制OpenStack網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。7云計(jì)算架構(gòu)比較和關(guān)鍵技術(shù)第7頁(yè)1.1云計(jì)算起源（續(xù)）計(jì)算資源演進(jìn)：從集中到分步再到集中計(jì)算時(shí)代網(wǎng)絡(luò)時(shí)代云時(shí)代8云計(jì)算架構(gòu)比較和關(guān)鍵技術(shù)第8頁(yè)1.2云計(jì)算發(fā)展路線9云計(jì)算架構(gòu)比較和關(guān)鍵技術(shù)第9頁(yè)1.2.1并行計(jì)算ParallelComputing是指同時(shí)使用各種計(jì)算資源處理計(jì)算問(wèn)題過(guò)程，其主要目標(biāo)是快速處理大型且復(fù)雜計(jì)算問(wèn)題特點(diǎn)：把計(jì)算任務(wù)分配給系統(tǒng)內(nèi)多個(gè)運(yùn)算單元并行機(jī)多CPU和多存放器并行計(jì)算問(wèn)題特征將工作分離成離散部分，有利于同時(shí)處理隨時(shí)并及時(shí)地執(zhí)行多個(gè)程序指令（多CPU同時(shí)運(yùn)行）多計(jì)算資源下處理問(wèn)題耗時(shí)要少于單個(gè)計(jì)算資源下耗時(shí)10云計(jì)算架構(gòu)比較和關(guān)鍵技術(shù)第10頁(yè)1.2.2分布式計(jì)算DistributedComputing所謂分布式計(jì)算是一門(mén)計(jì)算機(jī)科學(xué)，它研究怎樣把一個(gè)需要非常巨大計(jì)算能力才能處理問(wèn)題分成許多小部分，然后把這些部分分配給許多計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，最終把這些計(jì)算結(jié)果綜合起來(lái)得到最終結(jié)果。特點(diǎn)：把計(jì)算任務(wù)分配給網(wǎng)絡(luò)中多臺(tái)獨(dú)立機(jī)器優(yōu)點(diǎn)：稀有資源能夠共享經(jīng)過(guò)分布式計(jì)算能夠在多臺(tái)計(jì)算機(jī)上平衡計(jì)算負(fù)載能夠把程序放在最適合運(yùn)行它計(jì)算機(jī)上11云計(jì)算架構(gòu)比較和關(guān)鍵技術(shù)第11頁(yè)1.2.3云計(jì)算硬件為中心軟件為中心服務(wù)為中心PCC/S云計(jì)算數(shù)據(jù)在云端：不怕丟失，無(wú)須備份；軟件在云端：無(wú)須下載自動(dòng)升級(jí)；無(wú)所不在計(jì)算：在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)、任何設(shè)備登錄即可進(jìn)行計(jì)算服務(wù)；強(qiáng)大計(jì)算：空間大，快速度。12云計(jì)算架構(gòu)比較和關(guān)鍵技術(shù)第12頁(yè)1.2.3云計(jì)算（續(xù)）電：從購(gòu)置發(fā)電設(shè)備到購(gòu)置電力服務(wù)信息：從購(gòu)置軟硬件到購(gòu)置信息服務(wù)發(fā)電機(jī)當(dāng)代發(fā)電廠計(jì)算軟件存放信息服務(wù)提供商有了云計(jì)算，廣大用戶無(wú)需自購(gòu)軟、硬件，甚至無(wú)需知道是誰(shuí)提供服務(wù)，只關(guān)注自己真正需要什么樣資源或者得到什么樣服務(wù)。13云計(jì)算架構(gòu)比較和關(guān)鍵技術(shù)第13頁(yè)1.3云計(jì)算定義維基百科：是一個(gè)基于互聯(lián)網(wǎng)計(jì)算方式，經(jīng)過(guò)這種方式，共享軟硬件資源和信息能夠按需提供給計(jì)算機(jī)和其它設(shè)備。Google：將全部計(jì)算和應(yīng)用放置在“云”中，設(shè)備終端不需要安裝任何東西，經(jīng)過(guò)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)來(lái)分享程序和服務(wù)。微軟：認(rèn)為云計(jì)算應(yīng)是“云+端”計(jì)算，將計(jì)算資源分散分布，部分資源放在云上，部分資源放在用戶終端，部分資源放在合作搭檔處，最終由用戶選擇合理計(jì)算資源分布。美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)試驗(yàn)室：云計(jì)算是一個(gè)提供便捷經(jīng)過(guò)互聯(lián)網(wǎng)訪問(wèn)一個(gè)可定制IT資源共享池能力按使用量付費(fèi)模式（IT資源包含網(wǎng)絡(luò)，服務(wù)器，存放，應(yīng)用，服務(wù)），這些資源能夠快速布署，并只需要極少管理工作或極少與服務(wù)供給商交互；到當(dāng)前為止，云計(jì)算還沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一定義。云計(jì)算領(lǐng)先者如Google、Microsoft等IT廠商，依據(jù)各自利益和各自不一樣研究視角都給出了對(duì)云計(jì)算定義和了解。14云計(jì)算架構(gòu)比較和關(guān)鍵技術(shù)第14頁(yè)1.3云計(jì)算定義(續(xù))狹義云計(jì)算

狹義云計(jì)算是指IT基礎(chǔ)設(shè)施交付和使用模式，經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)以按需、易擴(kuò)展方式取得所需資源（硬件、平臺(tái)、軟件）。廣義云計(jì)算廣義云計(jì)算是指服務(wù)交付和使用模式，經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)以按需、易擴(kuò)展方式取得所需服務(wù)。這種服務(wù)能夠是IT和軟件、互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)，也能夠是任意其它服務(wù)。15云計(jì)算架構(gòu)比較和關(guān)鍵技術(shù)第15頁(yè)1.4云計(jì)算基本特征16云計(jì)算架構(gòu)比較和關(guān)鍵技術(shù)第16頁(yè)1.5云計(jì)算優(yōu)勢(shì)按需服務(wù)快速服務(wù)通用性高可靠性極其廉價(jià)超大規(guī)模虛擬化高擴(kuò)展性17云計(jì)算架構(gòu)比較和關(guān)鍵技術(shù)第17頁(yè)1.6云計(jì)算模式軟件即服務(wù)（SaaS）——SoftwareasaService平臺(tái)即服務(wù)（PaaS）——PlatformasaService基礎(chǔ)設(shè)施既服務(wù)（IaaS）——InfrastructureasaService18云計(jì)算架構(gòu)比較和關(guān)鍵技術(shù)第18頁(yè)1.6云計(jì)算模式(續(xù))服務(wù)多租賃化平臺(tái)可伸縮化資源虛擬化云計(jì)算服務(wù)體系19云計(jì)算架構(gòu)比較和關(guān)鍵技術(shù)第19頁(yè)1.6.1軟件即服務(wù)（SaaS）提供給客戶服務(wù)是服務(wù)商運(yùn)行在云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施上應(yīng)用程序，能夠在各種客戶端設(shè)備上經(jīng)過(guò)瘦客戶端界面訪問(wèn)，比如瀏覽器?？蛻舨恍枰芾砘蚩刂频讓釉朴?jì)算基礎(chǔ)設(shè)施，包含網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、操作系統(tǒng)、存放，甚至單個(gè)應(yīng)用程序功效.

如：GoogleAPPS、SoftWare+Services；20云計(jì)算架構(gòu)比較和關(guān)鍵技術(shù)第20頁(yè)1.6.2平臺(tái)即服務(wù)（PaaS）提供給客戶是將客戶用供給商提供開(kāi)發(fā)語(yǔ)言和工具（比如Java，python,.Net）創(chuàng)建應(yīng)用程序布署到云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施上去?？蛻舨恍枰芾砘蚩刂频讓釉苹A(chǔ)設(shè)施，包含網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、操作系統(tǒng)、存放，但客戶能控制布署應(yīng)用程序，也可能控制應(yīng)用托管環(huán)境配置。如：IBMITFactory、GoogleAPPEngine、F；21云計(jì)算架構(gòu)比較和關(guān)鍵技術(shù)第21頁(yè)SaaS&PaaS示例定制化硬件，集裝箱式數(shù)據(jù)中心云計(jì)算IT平臺(tái)Google應(yīng)用托管第三方應(yīng)用Google云計(jì)算IT架構(gòu)搜索廣告VoIP/IM地圖服務(wù)照片分享郵件視頻分享辦公套件日歷GFSBigTableMapReduce集群管理－SaaS&PaaS22云計(jì)算架構(gòu)比較和關(guān)鍵技術(shù)第22頁(yè)1.6.3基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（IaaS）提供給客戶是出租處理能力、存放、網(wǎng)絡(luò)和其它基本計(jì)算資源，用戶能夠布署和運(yùn)行任意軟件，包含操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序?？蛻舨徽摾砘蚩刂频讓釉朴?jì)算基礎(chǔ)設(shè)施，但能控制操作系統(tǒng)、儲(chǔ)存、布署應(yīng)用，也有可能選擇網(wǎng)絡(luò)組件（比如，防火墻，負(fù)載均衡器）。如：AmazoEc2、IBMBlueCloud、SunGrid；23云計(jì)算架構(gòu)比較和關(guān)鍵技術(shù)第23頁(yè)實(shí)例戰(zhàn)略：利用內(nèi)部IT資源平臺(tái)，對(duì)外提供IT公用服務(wù)作為云計(jì)算推進(jìn)者，Amazon歷經(jīng)2年多時(shí)間形成了基本成熟云計(jì)算服務(wù)商業(yè)模式計(jì)算，存放，帶寬等IT基礎(chǔ)設(shè)施出租Web基礎(chǔ)能力，電子商務(wù)基本能力作為服務(wù)出租按需使用，按需付費(fèi)網(wǎng)上支付客戶互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)者企業(yè)（納斯達(dá)克，紐約時(shí)報(bào)）面向全球，當(dāng)前主要集中在北美和歐洲，已經(jīng)開(kāi)啟中國(guó)市場(chǎng)拓展合作搭檔IBM、Microsoft、Oracle、Google、AppleAmazonTechnologyPlatform（計(jì)算，存放，網(wǎng)絡(luò)）EC2S3SimpleDBSQSDevPayFPSMTAlexaSearchFWSOther…計(jì)算支付訂單推行搜索人工智能AWS–AmazonWebServices存放數(shù)據(jù)庫(kù)消息隊(duì)列計(jì)費(fèi)其它設(shè)施能力進(jìn)展到11月為止，已經(jīng)有45萬(wàn)開(kāi)發(fā)者基于AmazonAWS開(kāi)發(fā)Web應(yīng)用存放對(duì)象數(shù)從4月份50億增加到10月份290億，在一年半時(shí)間里增加6倍云服務(wù)收入約4億美金24云計(jì)算架構(gòu)比較和關(guān)鍵技術(shù)第24頁(yè)25云計(jì)算架構(gòu)比較和關(guān)鍵技術(shù)第25頁(yè)1.7云計(jì)算布署模式類(lèi)型特征公共云（1）普通由大型IT服務(wù)商利用自己云基礎(chǔ)架構(gòu)，向全部用戶提供云計(jì)算服務(wù)；（2）用戶能夠經(jīng)過(guò)互聯(lián)網(wǎng)訪問(wèn)公共云中服務(wù)，但不能長(zhǎng)久獨(dú)占；（3）云端提供服務(wù)含有通用性；私有云（1）組織機(jī)構(gòu)自己搭建云基礎(chǔ)架構(gòu)，面向組織機(jī)構(gòu)內(nèi)部或特定客戶；（2）組織機(jī)構(gòu)對(duì)自己云計(jì)算平臺(tái)含有自主權(quán)，能夠依據(jù)自己需求進(jìn)行自主創(chuàng)新；（3）云端提供服務(wù)含有針對(duì)性；混合云（1）組織機(jī)構(gòu)同時(shí)混合使用公共云和私有云；（2）組織機(jī)構(gòu)對(duì)私有云含有自主權(quán)，但對(duì)公共云沒(méi)有自主權(quán)；（3）組織機(jī)構(gòu)能夠在公共云提供通用服務(wù)基礎(chǔ)上，利用自己私有云，開(kāi)發(fā)含有針對(duì)自己需求混合云。26云計(jì)算架構(gòu)比較和關(guān)鍵技術(shù)第26頁(yè)布署層次類(lèi)型平臺(tái)即服務(wù)PlatformasaServiceHighVolumeTransactionsSoftwareasaService服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)存放Metering監(jiān)控計(jì)費(fèi)服務(wù)云開(kāi)發(fā)云企業(yè)云多租賃安全中間件協(xié)作業(yè)務(wù)服務(wù)CRM/ERP/HR定制服務(wù)數(shù)據(jù)中心虛擬化，動(dòng)態(tài)供給服務(wù)管理J2EEOn-ramps服務(wù)封裝Ajax開(kāi)發(fā)On-ramps開(kāi)發(fā)工具與其它云互操作軟件即服務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)1.7云計(jì)算布署模式（續(xù)）27云計(jì)算架構(gòu)比較和關(guān)鍵技術(shù)第27頁(yè)1.8云計(jì)算推進(jìn)力量虛擬化技術(shù)寬帶普及互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用增加服務(wù)器瀏覽器開(kāi)發(fā)技術(shù)進(jìn)步IT基礎(chǔ)設(shè)施利用率低下數(shù)據(jù)中心能耗問(wèn)題突出IT管理與維護(hù)成本提升….28云計(jì)算架構(gòu)比較和關(guān)鍵技術(shù)第28頁(yè)云計(jì)算基本原理是經(jīng)過(guò)使計(jì)算分布在大量計(jì)算服務(wù)器上，而非當(dāng)?shù)赜?jì)算機(jī)或遠(yuǎn)程服務(wù)器中，企業(yè)數(shù)據(jù)中心運(yùn)行將更與互聯(lián)網(wǎng)相同。這使得企業(yè)能夠?qū)①Y源切換到需要應(yīng)用上，依據(jù)需求訪問(wèn)計(jì)算機(jī)和存放系統(tǒng)。2云計(jì)算體系結(jié)構(gòu)29云計(jì)算架構(gòu)比較和關(guān)鍵技術(shù)第29頁(yè)2.1云計(jì)算體系邏輯結(jié)構(gòu)用戶互動(dòng)

界面系統(tǒng)管理資源工具服務(wù)器服務(wù)目錄監(jiān)控和測(cè)定云用戶端：提供云用戶請(qǐng)求服務(wù)交互界面，也是用戶使用云入口，用戶經(jīng)過(guò)Web瀏覽器能夠注冊(cè)、登錄及定制服務(wù)、配置和管理用戶。打開(kāi)應(yīng)用實(shí)例與當(dāng)?shù)夭僮髯烂嫦到y(tǒng)一樣。服務(wù)目錄：云用戶在取得對(duì)應(yīng)權(quán)限后能夠選擇或定制服務(wù)列表，也能夠?qū)σ呀?jīng)有服務(wù)進(jìn)行退訂操作，在云用戶端界面生產(chǎn)對(duì)應(yīng)圖標(biāo)或列表形式展示相關(guān)服務(wù)。30云計(jì)算架構(gòu)比較和關(guān)鍵技術(shù)第30頁(yè)2.1云計(jì)算體系邏輯結(jié)構(gòu)(續(xù))管理系統(tǒng)和布署工具：提供管理和服務(wù)，能管理云用戶，能對(duì)用戶授權(quán)、認(rèn)證、登錄進(jìn)行管理，并能夠管理可用計(jì)算資源和服務(wù)，接收用戶發(fā)送請(qǐng)求，依據(jù)用戶請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)對(duì)應(yīng)程序，調(diào)度資源智能地布署資源和應(yīng)用，動(dòng)態(tài)布署、配置和回收資源。監(jiān)控：監(jiān)控和計(jì)量云系統(tǒng)資源使用情況，方便做出快速反應(yīng)，完成借點(diǎn)同時(shí)配置、負(fù)載均衡配置和資源監(jiān)控，確保資源能順利分配給適當(dāng)用戶。服務(wù)器集群：虛擬或物理服務(wù)器，由管理系統(tǒng)來(lái)管理負(fù)載、高并發(fā)量用戶請(qǐng)求處理、大運(yùn)算量計(jì)算處理、用戶Web應(yīng)用服務(wù)，云數(shù)據(jù)存放時(shí)采取對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)切割算法，采取并行方式上傳和下載大容量數(shù)據(jù)。用戶能夠經(jīng)過(guò)云用戶端從列表中選擇所需服務(wù)，其請(qǐng)求經(jīng)過(guò)管理系統(tǒng)調(diào)度對(duì)應(yīng)資源，并經(jīng)過(guò)布署工具分發(fā)請(qǐng)求、配置Web應(yīng)用。31云計(jì)算架構(gòu)比較和關(guān)鍵技術(shù)第31頁(yè)2.2云計(jì)算技術(shù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)32云計(jì)算架構(gòu)比較和關(guān)鍵技術(shù)第32頁(yè)云計(jì)算技術(shù)體系結(jié)構(gòu)分為4層：物理資源層、資源池層、管理中間件層和SOA構(gòu)建層（如上圖）；物理資源層包含計(jì)算機(jī)、存放器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)施、數(shù)據(jù)庫(kù)和軟件等；資源池層是將大量相同類(lèi)型資源組成同構(gòu)或靠近同構(gòu)資源池，如計(jì)算資源池、數(shù)據(jù)資源池等。構(gòu)建資源池更多是物理資源集成和管理工作，比如研究在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)集裝箱空間怎樣裝下個(gè)服務(wù)器、處理散熱和故障節(jié)點(diǎn)替換問(wèn)題并降低能耗。2.2云計(jì)算技術(shù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（續(xù)）33云計(jì)算架構(gòu)比較和關(guān)鍵技術(shù)第33頁(yè)管理中間件負(fù)責(zé)對(duì)云計(jì)算資源進(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)建層將云計(jì)算能力封裝成標(biāo)準(zhǔn)WebServices服務(wù)，并納入到SOA體系進(jìn)行管理和使用，包含服務(wù)注冊(cè)、查找、訪問(wèn)和構(gòu)建服務(wù)工作流等。管理中間件和資源池層是云計(jì)算技術(shù)最關(guān)鍵部分，SOA構(gòu)建層功效更多依靠外部設(shè)施提供。2.2云計(jì)算技術(shù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（續(xù)）34云計(jì)算架構(gòu)比較和關(guān)鍵技術(shù)第34頁(yè)計(jì)算管理中間件負(fù)責(zé)資源管理、任務(wù)管理、用戶管理和安全管理等工作。資源管理負(fù)責(zé)均衡地使用云資源節(jié)點(diǎn)，檢測(cè)節(jié)點(diǎn)故障并試圖恢復(fù)或屏蔽之，并對(duì)資源使用情況進(jìn)行監(jiān)視統(tǒng)計(jì)；任務(wù)管理負(fù)責(zé)執(zhí)行用戶或應(yīng)用提交任務(wù)，包含完成用戶任務(wù)映象(Image)布署和管理、任務(wù)調(diào)度、任務(wù)執(zhí)行、任務(wù)生命期管理等等；2.2云計(jì)算技術(shù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（續(xù)）35云計(jì)算架構(gòu)比較和關(guān)鍵技術(shù)第35頁(yè)用戶管理是實(shí)現(xiàn)云計(jì)算商業(yè)模式一個(gè)必不可少步驟，包含提供用戶交互接口、管理和識(shí)別用戶身份、創(chuàng)建用戶程序執(zhí)行環(huán)境、對(duì)用戶使用進(jìn)行計(jì)費(fèi)等；安全管理保障云計(jì)算設(shè)施整體安全，包含身份認(rèn)證、訪問(wèn)授權(quán)、綜合防護(hù)和安全審計(jì)等。2.2云計(jì)算技術(shù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（續(xù)）36云計(jì)算架構(gòu)比較和關(guān)鍵技術(shù)第36頁(yè)2.3云計(jì)算和下一代IT架構(gòu)商業(yè)流程協(xié)作消息服務(wù)/資源管理&安全集成&開(kāi)發(fā)用戶界面&接口虛擬應(yīng)用虛擬信息虛擬存放虛擬進(jìn)程底層結(jié)構(gòu)虛擬強(qiáng)化:降低費(fèi)用&提升質(zhì)量虛擬化:簡(jiǎn)單接入,

提升終端用戶管理

&使用最大化自動(dòng)化:提升速度和預(yù)言性

&降低勞動(dòng)力

37云計(jì)算架構(gòu)比較和關(guān)鍵技術(shù)第37頁(yè)協(xié)作消息商業(yè)流程服務(wù)/資源管理&安全集成&開(kāi)發(fā)虛擬信息虛擬存放虛擬進(jìn)程底層結(jié)構(gòu)虛擬虛擬應(yīng)用云計(jì)算應(yīng)用(“Software-as-a-Service”)用戶界面&接口2.3云計(jì)算和下一代IT架構(gòu)(續(xù))38云計(jì)算架構(gòu)比較和關(guān)鍵技術(shù)第38頁(yè)Integration,Event

&Deployment協(xié)作消息服務(wù)/資源管理&安全集成&開(kāi)發(fā)云平臺(tái)(“Platform-as-a-Service”)商業(yè)流程用戶界面&接口虛擬應(yīng)用虛擬信息底層結(jié)構(gòu)虛擬虛擬存放虛擬進(jìn)程2.3云計(jì)算和下一代IT架構(gòu)(續(xù))39云計(jì)算架構(gòu)比較和關(guān)鍵技術(shù)第39頁(yè)協(xié)作/消息商業(yè)流程服務(wù)/資源管理&安全用戶界面&接口虛擬應(yīng)用虛擬信息虛擬存放虛擬進(jìn)程底層結(jié)構(gòu)虛擬集成&開(kāi)發(fā)云協(xié)作2.3云計(jì)算和下一代IT架構(gòu)(續(xù))40云計(jì)算架構(gòu)比較和關(guān)鍵技術(shù)第40頁(yè)商業(yè)流程協(xié)作/消息服務(wù)/資源管理&安全集成&開(kāi)發(fā)用戶界面&接口虛擬應(yīng)用虛擬信息虛擬存放云存放云服務(wù)器/處理虛擬進(jìn)程底層結(jié)構(gòu)虛擬2.3云計(jì)算和下一代IT架構(gòu)(續(xù))41云計(jì)算架構(gòu)比較和關(guān)鍵技術(shù)第41頁(yè)服務(wù)/資源管理&安全服務(wù)/資源管理&安全協(xié)作/消息商業(yè)流程用戶界面&接口虛擬應(yīng)用VirtualizedInformation底層結(jié)構(gòu)虛擬虛擬進(jìn)程虛擬存放集成&開(kāi)發(fā)虛擬信息基礎(chǔ)設(shè)施(“Infrastructure-as-a-Service”)軟件(“Software-as-a-Service”)2.3云計(jì)算和下一代IT架構(gòu)(續(xù))42云計(jì)算架構(gòu)比較和關(guān)鍵技術(shù)第42頁(yè)云計(jì)算還應(yīng)包含On-Premisesoftware(e.g.,電子設(shè)備)Service/ResourceMgmt&Security服務(wù)/資源管理&安全協(xié)作/消息商業(yè)流程用戶界面&接口

虛擬應(yīng)用VirtualizedInformation

底層虛擬結(jié)構(gòu)虛擬進(jìn)程虛擬儲(chǔ)存集成&開(kāi)發(fā)

虛擬信息Serv432.3云計(jì)算和下一代IT架構(gòu)(續(xù))43云計(jì)算架構(gòu)比較和關(guān)鍵技術(shù)第43頁(yè)虛擬化技術(shù)分布式技術(shù)數(shù)據(jù)中心構(gòu)建技術(shù)云計(jì)算安全技術(shù)云計(jì)算編程模型…….3.云計(jì)算關(guān)鍵技術(shù)

云計(jì)算目標(biāo)是以低成本方式提供高可靠、高可用、規(guī)模可伸縮個(gè)性化服務(wù)。為了到達(dá)這個(gè)目標(biāo)，需要數(shù)據(jù)中心管理、虛擬化、海量數(shù)據(jù)處理、資源管理與調(diào)度、QoS確保、安全與隱私保護(hù)等若干關(guān)鍵技術(shù)加以支持。44云計(jì)算架構(gòu)比較和關(guān)鍵技術(shù)第44頁(yè)云計(jì)算與相關(guān)技術(shù)聯(lián)絡(luò)45云計(jì)算架構(gòu)比較和關(guān)鍵技術(shù)第45頁(yè)云計(jì)算體系架構(gòu)46云計(jì)算架構(gòu)比較和關(guān)鍵技術(shù)第46頁(yè)IaaS層是云計(jì)算基礎(chǔ)。經(jīng)過(guò)建立大規(guī)模數(shù)據(jù)中心，IaaS層為上層云計(jì)算服務(wù)提供海量硬件資源。同時(shí)，在虛擬化技術(shù)支持下，IaaS層能夠?qū)崿F(xiàn)硬件資源按需配置，并提供個(gè)性化基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)。主要研究問(wèn)題：怎樣建設(shè)低成本、高效能數(shù)據(jù)中心；怎樣拓展虛擬化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)彈性、可靠基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)。3.1IaaS層關(guān)鍵技術(shù)47云計(jì)算架構(gòu)比較和關(guān)鍵技術(shù)第47頁(yè)數(shù)據(jù)中心相關(guān)技術(shù)消除異構(gòu)化系統(tǒng)之間障礙快速動(dòng)態(tài)布署資源和服務(wù)云計(jì)算平臺(tái)對(duì)資源獨(dú)立，兼容各類(lèi)應(yīng)用平臺(tái)計(jì)算，存放，網(wǎng)絡(luò)資源智能化統(tǒng)一管理面向業(yè)務(wù)資源定制化布署虛擬化技術(shù)與綠色科技結(jié)合，降低能耗先進(jìn)、高效、智能系統(tǒng)散熱方案智能化環(huán)境控制和能效管理系統(tǒng)虛擬化提升資源利用率，簡(jiǎn)化管理維度，節(jié)約維護(hù)成本支持異構(gòu)資源兼容，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)平滑升級(jí)下一代數(shù)據(jù)中心特征基于云計(jì)算基礎(chǔ)架構(gòu)虛擬化智能綠色低成本48云計(jì)算架構(gòu)比較和關(guān)鍵技術(shù)第48頁(yè)

與傳統(tǒng)企業(yè)數(shù)據(jù)中心不一樣，云計(jì)算數(shù)據(jù)中心含有以下特點(diǎn)

自治性。

規(guī)模經(jīng)濟(jì)。

規(guī)?？蓴U(kuò)展。研究重點(diǎn)：①數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

以低成本、高帶寬、高可靠方式連接大規(guī)模計(jì)算節(jié)點(diǎn)；②數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)數(shù)據(jù)中心相關(guān)技術(shù)49云計(jì)算架構(gòu)比較和關(guān)鍵技術(shù)第49頁(yè)虛擬化技術(shù)虛擬化（Virtualization）是將計(jì)算機(jī)物理資源如服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、內(nèi)存及存放等給予抽象、轉(zhuǎn)換后展現(xiàn)出來(lái)，使用戶能夠采取比原本組態(tài)更加好方式來(lái)應(yīng)用這些資源。這些資源新虛擬部份是不受現(xiàn)有資源架設(shè)方式，地域或物理組態(tài)所限制。包含：

軟件虛擬化

硬件輔助虛擬化

操作系統(tǒng)級(jí)虛擬化50云計(jì)算架構(gòu)比較和關(guān)鍵技術(shù)第50頁(yè)虛擬化技術(shù)HPInternetWANLANCRMERPSCM非虛擬化環(huán)境難以管理無(wú)靈活性投資回報(bào)率低眾多分立采購(gòu)VHCIVPNVirtualServerVirtualStorageCRMERPSCM虛擬化環(huán)境可管理性高靈活基礎(chǔ)架構(gòu)良好投資回報(bào)統(tǒng)一采購(gòu)51云計(jì)算架構(gòu)比較和關(guān)鍵技術(shù)第51頁(yè)虛擬化技術(shù)數(shù)據(jù)中心為云計(jì)算提供了大規(guī)模資源。為了實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)按需分配，需要研究虛擬化技術(shù)。虛擬化是IaaS層主要組成部分，也是云計(jì)算最主要特點(diǎn)。虛擬化技術(shù)能夠提供以下特點(diǎn)。資源分享資源定制細(xì)粒度資源管理為了深入滿足云計(jì)算彈性服務(wù)和數(shù)據(jù)中心自治性需求，需要研究虛擬機(jī)快速布署和在線遷移技術(shù)。虛擬機(jī)快速布署技術(shù)虛擬機(jī)在線遷移技術(shù)52云計(jì)算架構(gòu)比較和關(guān)鍵技術(shù)第52頁(yè)P(yáng)aaS層作為3層關(guān)鍵服務(wù)中間層，既為上層應(yīng)用提供簡(jiǎn)單、可靠分布式編程框架，又需要基于底層資源信息調(diào)度作業(yè)、管理數(shù)據(jù)，屏蔽底層系統(tǒng)復(fù)雜性。伴隨數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用普及和數(shù)據(jù)規(guī)模日益龐大，PaaS層需要具備存放與處理海量數(shù)據(jù)能力。

主要技術(shù)包含：海量數(shù)據(jù)存放與處理技術(shù)資源管理與調(diào)度技術(shù)3.2PaaS層關(guān)鍵技術(shù)53云計(jì)算架構(gòu)比較和關(guān)鍵技術(shù)第53頁(yè)海量數(shù)據(jù)存放技術(shù)

云計(jì)算環(huán)境中海量數(shù)據(jù)存放既要考慮存放系統(tǒng)I/O性能，又要確保文件系統(tǒng)可靠性與可用性。如為Google設(shè)計(jì)了GFS（谷歌filesystem），GFS對(duì)其應(yīng)用環(huán)境做了6點(diǎn)假設(shè)：①系統(tǒng)架設(shè)在輕易失效硬件平臺(tái)上；②需要存放大量GB級(jí)甚至TB級(jí)大文件；③文件讀操作以大規(guī)模流式讀和小規(guī)模隨機(jī)讀組成；④文件含有一次寫(xiě)屢次讀特點(diǎn)；⑤系統(tǒng)需要有效處理并發(fā)追加寫(xiě)操作；⑥高連續(xù)I/O帶寬比低傳輸延遲主要。海量數(shù)據(jù)存放與處理技術(shù)54云計(jì)算架構(gòu)比較和關(guān)鍵技術(shù)第54頁(yè)海量數(shù)據(jù)存放與處理技術(shù)GFS執(zhí)行流程55云計(jì)算架構(gòu)比較和關(guān)鍵技術(shù)第55頁(yè)數(shù)據(jù)處理技術(shù)與編程模型

PaaS平臺(tái)不但要實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)存放，而且要提供面向海量數(shù)據(jù)分析處理功效。因?yàn)镻aaS平臺(tái)布署于大規(guī)模硬件資源上，所以海量數(shù)據(jù)分析處理需要抽象處理過(guò)程，并要求其編程模型支持規(guī)模擴(kuò)展，屏蔽底層細(xì)節(jié)而且簡(jiǎn)單有效。如：MapReduce是Google提出并行程序編程模型海量數(shù)據(jù)存放與處理技術(shù)MapReduce執(zhí)行過(guò)程56云計(jì)算架構(gòu)比較和關(guān)鍵技術(shù)第56頁(yè)副本管理技術(shù)任務(wù)調(diào)度算法任務(wù)容錯(cuò)機(jī)制資源管理與調(diào)度技術(shù)57云計(jì)算架構(gòu)比較和關(guān)鍵技術(shù)第57頁(yè)為了使云計(jì)算關(guān)鍵服務(wù)高效、安全地運(yùn)行，需要服務(wù)管理技術(shù)加以支持。服務(wù)管理技術(shù)包含:QoS確保機(jī)制安全與隱私保護(hù)技術(shù)資源監(jiān)控技術(shù)服務(wù)計(jì)費(fèi)模型….3.3服務(wù)管理層58云計(jì)算架構(gòu)比較和關(guān)鍵技術(shù)第58頁(yè)4.云計(jì)算研究現(xiàn)實(shí)狀況IBM：藍(lán)云計(jì)劃 谷歌：GoogleApp

Engine亞馬遜：彈性計(jì)算云ElasticComputeCloud(EC2) 微軟：WindowsAzureplatform 惠普、英特爾、雅虎：OpenCirrus云計(jì)算測(cè)試平臺(tái)Salesforce：軟件服務(wù)提供商…

59云計(jì)算架構(gòu)比較和關(guān)鍵技術(shù)第59頁(yè)4.云計(jì)算研究現(xiàn)實(shí)狀況60云計(jì)算架構(gòu)比較和關(guān)鍵技術(shù)第60頁(yè)4.云計(jì)算研究現(xiàn)實(shí)狀況Google101計(jì)劃:卡耐基梅隆大學(xué)，MIT，斯坦福大學(xué)，加利福尼亞大學(xué)伯克利分校，馬里蘭大學(xué)和華盛頓大學(xué)。學(xué)生們學(xué)習(xí)怎樣調(diào)整自己程序來(lái)適應(yīng)Google計(jì)算機(jī)，并雄心勃勃地設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模項(xiàng)目這些數(shù)據(jù)可能用于開(kāi)發(fā)新藥品和療法、制造新清潔能源、甚至預(yù)測(cè)地震一年就增加了4個(gè)新數(shù)據(jù)中心，平均每個(gè)成本達(dá)6億美元61云計(jì)算架構(gòu)比較和關(guān)鍵技術(shù)第61頁(yè)4.云計(jì)算研究現(xiàn)實(shí)狀況Google62云計(jì)算架構(gòu)比較和關(guān)鍵技術(shù)第62頁(yè)4.云計(jì)算研究現(xiàn)實(shí)狀況GoogleAppEngine63云計(jì)算架構(gòu)比較和關(guān)鍵技術(shù)第63頁(yè)4.云計(jì)算研究現(xiàn)實(shí)狀況GoogleAppEngineGoogleAppEngine提供運(yùn)行和開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)平臺(tái)，允許開(kāi)發(fā)人員編寫(xiě)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，上傳至AppEngine布署運(yùn)行支持Java和Python兩種開(kāi)發(fā)語(yǔ)言AppEngine應(yīng)用程序易于構(gòu)建和維護(hù)，并可依據(jù)訪問(wèn)量和數(shù)據(jù)存放需要，進(jìn)行伸縮。將應(yīng)用程序隔離在它自己安全可靠環(huán)境中，該環(huán)境與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器硬件、操作系統(tǒng)和物理位置無(wú)關(guān)64云計(jì)算架構(gòu)比較和關(guān)鍵技術(shù)第64頁(yè)4.云計(jì)算研究現(xiàn)實(shí)狀況云計(jì)算時(shí)代分布并行編程技術(shù)分布并行數(shù)據(jù)處理技術(shù)GoogleMapReduceHadoopMapReduce

分布式文件系統(tǒng)GoogleFileSystemHadoop

DistributedFileSystem分布式數(shù)據(jù)庫(kù)Google

BigTableHadoopHBase云計(jì)算分布并行編程技術(shù)65云計(jì)算架構(gòu)比較和關(guān)鍵技術(shù)第65頁(yè)4.云計(jì)算研究現(xiàn)實(shí)狀況分布并行數(shù)據(jù)處理MapReduce用于大規(guī)模數(shù)據(jù)并行處理數(shù)據(jù)量大（超出1TB）在成百上千個(gè)CPU上并行處理用戶只需實(shí)現(xiàn)下面接口 map(in_key,in_value)-> (out_key,intermediate_value)list reduce(out_key,intermediate_valuelist)-> out_valuelist66云計(jì)算架構(gòu)比較和關(guān)鍵技術(shù)第66頁(yè)分布并行數(shù)據(jù)處理（續(xù)）MapReduce架構(gòu)67云計(jì)算架構(gòu)比較和關(guān)鍵技術(shù)第67頁(yè)4.MapReduce實(shí)現(xiàn)原理68云計(jì)算架構(gòu)比較和關(guān)鍵技術(shù)第68頁(yè)分布式文件系統(tǒng)GoogleFileSystem（GFS）需求：在廉價(jià)、相對(duì)不可靠計(jì)算機(jī)上對(duì)巨量數(shù)據(jù)進(jìn)行冗余存放。為何不用現(xiàn)有文件系統(tǒng)？--Google面對(duì)特殊挑戰(zhàn)文件較大，每個(gè)都在100M以上，通常為幾個(gè)GB文件通常需要頻繁追加用流方式讀取高吞吐量低延遲針對(duì)上述問(wèn)題，GFS在文件系統(tǒng)性能和可伸縮性方面進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。69云計(jì)算架構(gòu)比較和關(guān)鍵技術(shù)第69頁(yè)Google文件系統(tǒng)(GFS)Google

48%MSN

19%Yahoo

33%客戶端客戶端客戶端互為備份管理節(jié)點(diǎn)GFS主節(jié)點(diǎn)GFS主節(jié)點(diǎn)C0C1C2C5數(shù)據(jù)結(jié)點(diǎn)1C0C2C5數(shù)據(jù)結(jié)點(diǎn)NC1C5數(shù)據(jù)結(jié)點(diǎn)2…客戶端客戶端客戶端客戶端客戶端客戶端C170云計(jì)算架構(gòu)比較和關(guān)鍵技術(shù)第70頁(yè)分布式文件系統(tǒng)（續(xù)）GFS設(shè)計(jì)理念文件用塊存放每個(gè)塊固定為64MB經(jīng)過(guò)冗余處理可靠性問(wèn)題每個(gè)塊同時(shí)拷貝在3個(gè)塊服務(wù)器上主服務(wù)器負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)訪問(wèn)和保留元數(shù)據(jù)簡(jiǎn)單化集中管理定制化API無(wú)數(shù)據(jù)緩存較大文件塊和流式讀取使得緩存效果不佳71云計(jì)算架構(gòu)比較和關(guān)鍵技術(shù)第71頁(yè)分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)GoogleBigTable為了處理Google內(nèi)部大量格式化以及半格式化數(shù)據(jù)而構(gòu)建大規(guī)模分布式數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)特點(diǎn)面向大規(guī)模處理、容錯(cuò)性強(qiáng)自我管理系統(tǒng)，擁有TB級(jí)內(nèi)存和PB級(jí)存放能力，每秒能夠處理數(shù)百萬(wàn)讀寫(xiě)操作能夠保留統(tǒng)計(jì)不一樣時(shí)段版本構(gòu)建于GFS和MapReduce基礎(chǔ)之上72云計(jì)算架構(gòu)比較和關(guān)鍵技