計算機云計算的原理與應用

　　近年來(lái)，計算機云計算在公眾視野中頻現，引發(fā)公眾對于云計算的關(guān)注與探討，在此小編與大家共同探討云計算的原理及應用。

　　一、 基本原理

　　云計算的基本原理是將用戶(hù)所需的計算分布在數量無(wú)限的分布式計算機上，而非本地計算機或遠程服務(wù)器中，使得企業(yè)數據中心的運行類(lèi)似于互聯(lián)網(wǎng)，企業(yè)能夠將資源切換到需要的應用上，根據需求訪(fǎng)問(wèn)計算機及其存儲系統。就像從古老的單臺發(fā)電機模式轉向了電廠(chǎng)集中供電的模式，從而意味著(zhù)計算能力透過(guò)互聯(lián)網(wǎng)來(lái)作為一種商品進(jìn)行流通，如同水電一樣，取用方便，費用低廉。

　　目前，云計算有IaaS、PaaS和SaaS三種類(lèi)型，不同的廠(chǎng)家提供不同的解決方案，但沒(méi)有形成統一的技術(shù)體系架構。筆者綜合不同廠(chǎng)家的方案，提出了一個(gè)如圖2所示，供大家商榷的云計算體系架構。云計算技術(shù)體系架構可分為物理資源層、資源池層、管理中間件層和SOA構建層等4層。其中，物理資源層包括計算機、內存、網(wǎng)絡(luò )設施、數據庫和軟件等。資源池層是將大量相同類(lèi)型的資源構成同構或接近同構的資源池，如計算資源池、數據資源池等，資源池構建主要是物理資源的集成和管理工作。管理中間件層負責對云計算的資源進(jìn)行管理，并對眾多應用任務(wù)進(jìn)行調度，使資源能夠高效、安全地為應用提供服務(wù)。SOA構建層是將云計算能力封裝成標準的Web Services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、查找、訪(fǎng)問(wèn)和構建服務(wù)工作流等。管理中間件層和資源池層是云計算技術(shù)的最關(guān)鍵部分，SOA構建層的功能更多依靠外部設施提供。

　　二、主要特征與技術(shù)特點(diǎn)

　　云計算服務(wù)是由多組機群系統或一個(gè)類(lèi)似網(wǎng)絡(luò )操作系統的用戶(hù)體驗所構成。用戶(hù)操作的響應完全由云端多組不同用處的機群來(lái)承擔，用戶(hù)依托瀏覽器所呈現的網(wǎng)絡(luò )操作系統來(lái)獲得一個(gè)親切、豐富的用戶(hù)體驗。

　　(1)主要特征

　　目前，云計算的主要特征可概括為6個(gè)方面。其一是自主計算，即“可自我管理的計算機系統”。其二是客戶(hù)服務(wù)器模式，即客戶(hù)端服務(wù)器計算主要通過(guò)引用分布式應用程序來(lái)區分服務(wù)提供者(服務(wù)器)和服務(wù)請求者(客戶(hù)端)。其三是網(wǎng)格計算，即采用一種由集群網(wǎng)絡(luò )化和松散耦合計算機的協(xié)同來(lái)構建可執行巨大任務(wù)的‘超級計算機及其虛擬” 。其四是大型主機，即面向海量信息處理，存儲等的功能強大計算機及其應用程序。其五是效用計算，即依托類(lèi)似公用事業(yè)計量服務(wù)的“計算資源”，如計算和存儲系統。其六是P2P，即采用點(diǎn)對點(diǎn)(P2P)方式所組成的一個(gè)沒(méi)有中心協(xié)調的分布式結構體系。

　　(2)技術(shù)特點(diǎn)

　　基于云計算應用的現狀，云計算的技術(shù)特點(diǎn)可歸納如下：

　�、� 基于虛擬化技術(shù)快速資源部署或服務(wù)獲取

　　云計算支持用戶(hù)在任意位置、使用各種終端來(lái)獲取應用服務(wù)，并依托服務(wù)器端的虛擬化技術(shù)來(lái)實(shí)現全部的計算工作。云端的終端虛擬化、存儲虛擬化等技術(shù)代替用戶(hù)實(shí)際計算機的存儲設備和運算設備，數據運算將變成可共享的公共資源。

　�、� 動(dòng)態(tài)、可伸縮擴展，資源按需供給、按量付費，降低成本

　　云計算在客戶(hù)需要云計算提供更多服務(wù)器支持，能夠按照用戶(hù)實(shí)際需要，擴展網(wǎng)絡(luò )規模和服務(wù)能力，動(dòng)態(tài)調整有關(guān)服務(wù)器配置等資源來(lái)滿(mǎn)足用戶(hù)需求。云計算可實(shí)現企業(yè)按需服務(wù)需求，只為所使用服務(wù)付費。企業(yè)可隨需增減所需的處理器、內存、帶寬和存儲系統等，并可根據季度和周工作需求的變化來(lái)動(dòng)態(tài)調整資源需求，從而降低成本。就如同水電使用按需而取，按量收費一樣，進(jìn)而大幅降低中小企業(yè)設備建構與擴充增強的成本。

　�、� 通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)提供、面向海量信息處理、用戶(hù)參與便利

　　網(wǎng)絡(luò )服務(wù)提供者通過(guò)云計算技術(shù)可在數秒內處理數以千萬(wàn)計甚至億計的信息，達到與“超級計算機”同樣強大的網(wǎng)絡(luò )服務(wù)。用戶(hù)只要向服務(wù)提需求，擁有可上網(wǎng)終端，如手機、手持計算機等，就可從互聯(lián)網(wǎng)上獲得信息資源和信息能力，如帶寬、存儲空間、計算能力，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。

　�、� 高可靠性與低碳環(huán)保

　　云計算采用了數據多副本容錯、計算節點(diǎn)同構可互換等措施來(lái)保障服務(wù)的高可靠性，使用云計算比使用本地計算機可靠性更高。通過(guò)云廣計算不僅能夠有效利用服務(wù)器端資源，還能夠方便地對數據中心進(jìn)行整合，大大降低了客戶(hù)端設備的能耗，加大了更新周期，符合社會(huì )低碳、環(huán)保的發(fā)展潮流。

　　當然，云計算在使用時(shí)，還存在一些亟待完善的不足。其一是云計算的不穩定性，即在網(wǎng)絡(luò )無(wú)法使用時(shí)，企業(yè)的系統將嚴重癱瘓，造成嚴重損失。其二是云計算依賴(lài)性，即企業(yè)將基礎設施建構在云計算上，會(huì )對云計算產(chǎn)生嚴重依賴(lài)，若未來(lái)云服務(wù)提供商予取予求，企業(yè)就缺乏應對籌碼。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)將機密敏感數據存放于他人手中，泄漏機密的幾率較大，用戶(hù)如何應對。

　　三、 云層次

　　新興的云計算作為一種將巨大系統池連接在一起提供各種IT服務(wù)的共享基礎體系，可以替我們完成各種存儲和計算工作。整體上看，云層次包括客戶(hù)端、云服務(wù)、云平臺服務(wù)、基礎設施以及服務(wù)器等五大要件。

　　(1)客戶(hù)端

　　云客戶(hù)端包括計算機硬件和軟件，通過(guò)與云計算的應用交互來(lái)便利地獲取與使用所需的各項功能。在云客戶(hù)端，只需要擁有一臺具備與互聯(lián)網(wǎng)連接的計算機、手機或其它電子設備，擁有操作系統和瀏覽器，就能夠方便的獲取和使用云計算服務(wù)。

　　(2)云服務(wù)

　　云服務(wù)SaaS是由軟件提供的，是一種客戶(hù)按使用時(shí)間或使用量付費的應用軟件新銷(xiāo)售方式。對用戶(hù)來(lái)說(shuō)，他們不再需要關(guān)心軟件的安裝和升級，也不需要一次性購買(mǎi)軟件許可證，而是根據租用服務(wù)的實(shí)際情況按需付費。從而為用戶(hù)提供了更廣闊的增值機會(huì )和創(chuàng )新途徑，降低了軟件應用和服務(wù)的成本。

　　(3)云平臺服務(wù)

　　云平臺服務(wù)PaaS是指將服務(wù)器平臺作為一種服務(wù)提供的新商業(yè)模式。與通過(guò)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行程序提供服務(wù)的SaaS不同， PaaS實(shí)際上是一種將相應服務(wù)器平臺或者開(kāi)發(fā)環(huán)境作為服務(wù)軟件研發(fā)的平臺服務(wù)，最終產(chǎn)品以SaaS模式提交給用戶(hù)。因此，PaaS也是SaaS的一種模式。

　　(4)基礎設施

　　云計算的基礎設施即IaaS，是指將經(jīng)過(guò)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備，包括存儲、硬件、服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò )組件等。這種服務(wù)通常是通過(guò)一個(gè)公用計算基礎計費和資源消耗數量計費來(lái)收費，并給予相應的服務(wù)提供支持。

　　(5)服務(wù)器

　　服務(wù)器層包括服務(wù)器的計算機硬件和軟件,以及專(zhuān)門(mén)為云端服務(wù)器設計的產(chǎn)品交互，多內核處理器連接，云特定的操作系統的指定等。云端服務(wù)器通過(guò)數量可無(wú)限擴展的網(wǎng)間服務(wù)器關(guān)聯(lián)來(lái)完成用戶(hù)多元化需求的滿(mǎn)足和定制。

　　四、云計算和其它計算的比較

　　由于云計算的發(fā)展迅猛，時(shí)下公眾常常會(huì )將云計算與網(wǎng)格計算、效用計算、自主計算相混淆。事實(shí)上，云計算是以計算機集群為基礎的，也吸收了自主計算和效用計算的優(yōu)勢，但在網(wǎng)絡(luò )的組成、體系機構、目的、工作方式卻大相徑庭。其與其它計算的比較分述如下：

　　云計算與叢集計算相比，盡管云計算部分底層是由叢集計算所構成，像負載平衡或備援技術(shù)，但云計算重在提供服務(wù)，而叢集計算則更注重高效能以及串連各種CPU的計算能力，昂貴的建置成本，大多數用戶(hù)是無(wú)法承受的。

　　云計算與網(wǎng)格計算相比，云計算強調專(zhuān)有，任何人都可獲取自己的專(zhuān)有資源，并且這些資源是由外部提供，用戶(hù)無(wú)需貢獻自己的資源。在云計算中，計算資源被轉換成適應工作負載的形式，既支持網(wǎng)格類(lèi)型的應用環(huán)境，也支持非網(wǎng)格環(huán)境。云計算還注重事務(wù)性應用，大量的單獨請求，可自動(dòng)或半自動(dòng)地實(shí)現擴展。而網(wǎng)格計算強調資源共享，任何人都可以作為請求者使用其它節點(diǎn)的資源，任何人都需要貢獻一定資源給其它節點(diǎn)。網(wǎng)格計算強調將工作量轉移到遠程可用的計算資源上，注重并行的計算集中性需求，要么在分布式的計算資源支持下作為服務(wù)被提供在線(xiàn)計算或存儲，要么在一個(gè)松散連接的計算機網(wǎng)絡(luò )所構成的一個(gè)虛擬超級計算機上執行大規模任務(wù)，并且難以自動(dòng)擴展。此外云計算與網(wǎng)格計算的最大差異在于計算量，云計算大都以單一主機服務(wù)用戶(hù)，偏向量少而次多的計算。而網(wǎng)格計算是以多主機來(lái)做計算支持，在次少而量大的計算時(shí)更有效率，網(wǎng)格計算域內的計算機資源可互相支持，不會(huì )有資源用盡的疑慮。

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