云计算:概念 现状及关键技术

萧闫子

1 绪论

　　今天，计算资源在人们的日常生活中逐渐变得不可或缺，于是如何以更好地方式给公众提供计算资源受到很多研究人员和 实践者的关注。

　　随着多核处理器、虚拟化、分布式存储、宽带互联网和自动化管理等技术的发展，产生了一种新型的计算模式——云计算 ，它能够按需部署计算资源，用户只需要为所使用的资源付费。从本质上来讲，云计算是指用户终端通过远程连接，获取 存储、计算、数据库等计算资源。云计算在资源分布上包括“云”和“云终端”。“云”是列互联网或大型服务器集群的 一种比喻，由分布的互联网基础设施(网络设备、服务器、存储设备、安全设备等)等构成，几乎所有的数据和应用软件， 都可存储在“云”里，“云终端”，例如PC、手机、车载电子设备等，只需要拥有一个功能完备的浏览器，并安装一个简 单的操作系统，通过网络接入“云”，就可以轻松地使用云中的计算资源。

　　本文旨在探讨云计算的概念、现状及其关键技术，组织如下：第一节讨论云计算的产生、定义及其特点;第二节研究云计 算的发展现状，分析比较几个典型的云计算平台;第三节探讨云计算的体系结构和部分关键技术。

　　2云计算概念

　　2.1 云计算的产生背景

　　21世纪初期，崛起的Web2.0让网络迎来了新的发展高峰。网站或者业务系统所需要处理的业务量快速增长，例如视频在线 或者照片共享，这样的网站需要为用户储存和处理大量的数据。这类系统所面临的重要问题是如何在用户数量快速增长的 情况下快速扩展原有系统，随着移动终端的智能化、移动宽带网络的普及，将有越来越多的移动设备进入互联网，意味着 与移动终端相关的IT系统会承受更多的负载，而列于提供数据服务的企业来讲，IT系统需要处理更多的业务量。由于资源 的有限性，电力成本、空间成本、各种设施的维护成本快速上升，直接导致数据中心的成本上升，这就面临着怎样有效地 利用这些资源，以及如何利用更少的资源解决更多的问题。

　　同时，随着高速网络连接的衍生，芯片和磁盘驱动器产品在功能增强的同时，价格也在变得甘益低廉，拥有成百上千台计 算机的数掂中心也具备了快速为大量用户处理复杂问题的能力。技术上，分布式计算的日益成熟和应用，特别是网格计算 的发展通过Internet把分散在各处的硬件、软件、信息资源连接成为一个巨大的整体，从而使得人们能够利用地理上分散 于各处的资源，完成大规模的、复杂的计算和数据处理的任务oJ。数据存储的快速增长产生了以GFS(Google File System) 、SAN(Storage Area Network)为代表的高性能存储技术。服务器整合需求的不断升温推动了Xen等虚拟化技术的进步还有 Web2 0的实现，SaaS(Software as a Service)观念方兴未艾，多核技术的普及等，所有这些技术为产生更强大的计算能力和服务提供了可能。

　　计算能力和资源利用效率的迫切需求，资源的集中化和技术的进步，推动云计算应运而生。

　　2 2云计算的定义

　　为了更好地理解云计算，先让我们举个生活中的例子、这就好比是从古老的单台发电机模式转向了电厂集中供电的模式。 它意味着计算能力也可以作为一种商品进行流通，就像煤气、水电一样，取用方便，费用低廉，最大的不同在于，它是通 过互联网进行传输的。让用户通过高速互联网租用计算资源，而不冉需要自己进行大量的软硬件投资。

　　许多计算技术研究人员和实践者已经尝试着以各种各样的方式定义云计算。

　　基于云计算的发展和我们对云计算的理解，我们给出如下定义：

　　云计算是一种新兴的共享基础架构的方法。它统一管理大量的物理资源，并将这些资源虚拟化，形成一个巨大的虚拟化资 源池。云是一类并行和分布式的系统，这些系统由一系列互联的虚拟计算机组成。这些虚拟计算机是基于服务级别协议(供 应者和消费者之问协商确定)被动态部署的，并且作为一个或多个统一的计算资源而存在。

　　云计算可以按照用户对资源和计算能力的需求动态部署虚拟资源，而不受物理资源的限制。用户所有基于云的计算和应用 工作在虚拟化的资源上，不需要关心这些资源部署在哪些物理资源上，用户可以方便地变更对计算资源的需求。

　　2.3云计算的特点

　　从现有的云计算半台来看，它与传统的单机和网络应用模式相比，具有如下特点：

　　1)虚拟化技术：这是云计算最强调的特点，包括资源虚拟化和应用虚拟化。每一个应用部署的环境和物理平台是没有关系 的。通过虚拟半台进行管理达到对应用进行扩展、迁移、备份，操作均通过虚拟化层次完成。

　　2)动态可扩展：通过动态扩展虚拟化的层次达到对应用进行扩展的目的。：可以实时将服务器加入到现有的服务器机群中 ，增加“云”的计算能力。

　　3)按需部署：用户运行不同的应用需要不同的资源和计算能力。云计算平台可以按照用户的需求部署资源和计算能力。

　　4)高灵活性：现在大部分的软件和硬件都对虚拟化有一定支持，各种IT资源，例如，软件、

　　硬件、操作系统、存储网络等所有要素通过虚拟化，放在云计算虚拟资源池中进行统一管理。同时，能够兼容不同硬件厂 商的产品，兼容低配置机器和外设而获得高性能计算。

　　5)高可靠性：虚拟化技术使得用户的应用和计算分布在不同的物理服务器上面，即使单点服务器崩溃，仍然可以通过动态 扩展功能部署新的服务器作为资源和计算能力添加进来，保证应用和计算的正常运转。

　　6)高性价比：云计算采用虚拟资源池的方法管理所有资源，对物理资源的要求较低。可以使用廉价的PC组成云，而计算性 能却可超过大型主机。

3云计算现状

　3.1 发展中的云计算服务　　目前，已经涌现的云计算服务形态包括从技术、半台供应商到软件服务提供商，从成熟的应用　　程序到存储服务再到垃圾邮件过滤等，不一而足。　　根据不同服务的特性可以将云计算分为以下几种类型：　

　3 1 1云计算基础架构　　这类云计算提供底层的技术平台以及核心的云服务，是最为全面的云计算服务。Amazon、Google等推出的云计算服务可以 归于这类。这种云计算服务形态将支撑起整个互联网的虚拟中心，使其能够将内存、I/O设备、存储和计算能力集中起来成为一个虚拟的资源池为整个网络提供服务。

3 1 2云计算半台服务　　这种形式的云计算也被称为半台即服务PaaS(Platfbrm as a Service)，它将开发环境作为服务来提供。：这种形式的云计 算可以使用供应商的基础架构来开发自己的程序，然后通过网络从供应商的服务器上传递给用户。典型的实例比如 Salesforce com的Force tom开发半台。　

3 1 3云计算软件服务　　这种类型的云计算称之为软件即服务SaaS，它通过浏览器把程序传给用户。.从用户的角度，这样会省去在服务器和软件 授干义上的开支;从供应商的角度看，这样只需要维持一个程序就够了，减少了维护成本。Salesforce com是迄今为止这 类服务最为有名的公司。SaaS在CRM、ERP中比较常用，Google Apps和Zoho Office也提供类似的服务。　

　3. 1.4云计算API　　这类服务供应商提供API(Application Programming Interface)让开发者能够开发更多基于互联网的应用，帮助开发商拓 展功能和服务，而不是只提供成熟的应用软件他们的服务范围从提供分散的商业服务到Google Maps等的全套API服务。这 与软件即服务有着密切的关系。　　3. 1. 5云计算互动半台　　该类云计算为用户和提供商之问的互动提供了一个半台。例如，RightScale利用Amazon EC2网络计算服务和s3网络存储服 务的API提供一个操作面板和AWS(Amazon’s Web Services)前端托管服务。　

　3.2几个典型的云计算平台　　Morgan Stanley的研究表明云计算已经成为突出的技术趋势之一。随着计算技术行业不断出现的为个人和企业提供随时随 地按需方问的PaaS和SaaS，可利用的云计算平台将不断增加，很多研究单位和工业组织已经开始研究开发云计算的相关技 术和基础架构。本节我们将比较几个典型的云计算半台，如表l，并列部分云计算平台进行探讨。

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