云计算与云计算机

作者：林和安 王强 来源：世界网络

近年来，云计算在公众视野中频现，引发公众关注和探究云计算和云计算机的特别之处，在此笔者与大家共同探讨云计算和云计算机的神秘之处及其未来发展。

一、云计算与云计算机

“云计算”是Google提出的一种全新网络应用模式。狭义上的云计算是指通过网络以按需、易扩展方式获得所需资源的IT基础设施交付和使用模式，而广义上的云计算是指服务的交付和使用模式，即通过网络以按需、易扩展的方式获得所需的服务。简言之，透过具有超大规模、虚拟化、可靠安全等独特功效的云计算，网络服务提供者可以在数秒之内，处理数以千万计或亿计的信息，达到和“超级计算机”同样强大效能的网络服务，如图1所示。云计算机并不是一个实体计算机，而是一种通过网格计算与网络进行分布式的操作。就像BT下载一样,将其所供下载的文件数据分布在各个联接中,从而在形成种子档时不会产生网络瓶颈。云计算机也是基于这个原理,把计算量分布到各个节点，再返回组装所需结果的。

云计算与先前的网络计算和效用计算不同，是将传统计算机技术中的网格计算、分布式计算、并行计算、网络存储、虚拟化以及负载均衡等技术与网络技术融合，核心是通过网络把多个成本相对较低的计算实体整合成一个具有强大计算能力的完美系统或资源池，并借助SaaS（软件即服务）、PaaS（平台即服务）、LaaS（基础设施即服务）、MSP（管理服务供货商）等先进商业模式把这强大的计算能力分布到终端用户手中，进而减少用户终端的处理负担，最终使用户终端简化成一个单纯的输入输出设备，并能按需享受“云”的强大计算处理能力。

图1 云计算

二、云计算技术及其特征

1、 基本原理

云计算的基本原理是将用户所需的计算分布在数量无限的分布式计算机上，而非本地计算机或远程服务器中，使得企业数据中心的运行类似于互联网，企业能够将资源切换到需要的应用上，根据需求访问计算机及其存储系统。就像从古老的单台发电机模式转向了电厂集中供电的模式，从而意味着计算能力透过互联网来作为一种商品进行流通，如同水电一样，取用方便，费用低廉。

目前，云计算有IaaS、PaaS和SaaS三种类型，不同的厂家提供不同的解决方案，但没有形成统一的技术体系架构。笔者综合不同厂家的方案，提出了一个如图2所示，供大家商榷的云计算体系架构。云计算技术体系架构可分为物理资源层、资源池层、管理中间件层和SOA构建层等4层。其中，物理资源层包括计算机、内存、网络设施、数据库和软件等。资源池层是将大量相同类型的资源构成同构或接近同构的资源池，如计算资源池、数据资源池等，资源池构建主要是物理资源的集成和管理工作。管理中间件层负责对云计算的资源进行管理，并对众多应用任务进行调度，使资源能够高效、安全地为应用提供服务。SOA构建层是将云计算能力封装成标准的Web Services服务，并纳入到SOA体系进行管理和使用，包括服务注册、查找、访问和构建服务工作流等。管理中间件层和资源池层是云计算技术的最关键部分，SOA构建层的功能更多依靠外部设施提供。

图2 云计算技术体系架构

根据上述体系结构，本文以IaaS云计算为例，阐述有关云计算的实现机制，如图3所示。用户首先通过交互接口以Web Services方式向应用方提供访问接口需求，获取用户响应。其次用户访问可获得服务清单的服务目录获得选择的服务内容。最后任务管理负责执行用户或应用提交的任务，包括完成用户任务映象(Image)的部署和管理、任务调度、任务执行、任务生命期管理等。系统管理模块负责管理和分配所有可用的资源，其核心是负载均衡。配置工具负责在分配的节点上准备任务运行环境。监视统计模块负责监视节点的运行状态，并完成用户使用节点情况的统计。

云计算的执行过程并不复杂，用户交互接口允许用户从目录中选取并调用一个服务，将该请求传递给系统管理模块后，将为用户分配恰当的资源，然后调用配置工具来为用户准备运行环境以及确保用户使用云计算的整体安全。

图3 简化的IaaS实现机制

2、主要特征与技术特点

云计算服务是由多组机群系统或一个类似网络操作系统的用户体验所构成。用户操作的响应完全由云端多组不同用处的机群来承担，用户依托浏览器所呈现的网络操作系统来获得一个亲切、丰富的用户体验。

（1）主要特征

目前，云计算的主要特征可概括为6个方面。其一是自主计算，即“可自我管理的计算机系统”。其二是客户服务器模式，即客户端服务器计算主要通过引用分布式应用程序来区分服务提供者（服务器）和服务请求者（客户端）。其三是网格计算，即采用一种由集群网络化和松散耦合计算机的协同来构建可执行巨大任务的‘超级计算机及其虚拟” 。其四是大型主机，即面向海量信息处理，存储等的功能强大计算机及其应用程序。其五是效用计算，即依托类似公用事业计量服务的“计算资源”，如计算和存储系统。其六是P2P，即采用点对点（P2P）方式所组成的一个没有中心协调的分布式结构体系。

（2）技术特点

基于云计算应用的现状，云计算的技术特点可归纳如下：

① 基于虚拟化技术快速资源部署或服务获取

云计算支持用户在任意位置、使用各种终端来获取应用服务，并依托服务器端的虚拟化技术来实现全部的计算工作。云端的终端虚拟化、存储虚拟化等技术代替用户实际计算机的存储设备和运算设备，数据运算将变成可共享的公共资源。

② 动态、可伸缩扩展，资源按需供给、按量付费，降低成本

云计算在客户需要云计算提供更多服务器支持，能够按照用户实际需要，扩展网络规模和服务能力，动态调整有关服务器配置等资源来满足用户需求。云计算可实现企业按需服务需求，只为所使用服务付费。企业可随需增减所需的处理器、内存、带宽和存储系统等，并可根据季度和周工作需求的变化来动态调整资源需求，从而降低成本。就如同水电使用按需而取，按量收费一样，进而大幅降低中小企业设备建构与扩充增强的成本。

③ 通过互联网提供、面向海量信息处理、用户参与便利

网络服务提供者通过云计算技术可在数秒内处理数以千万计甚至亿计的信息，达到与“超级计算机”同样强大的网络服务。用户只要向服务提需求，拥有可上网终端，如手机、手持计算机等，就可从互联网上获得信息资源和信息能力，如带宽、存储空间、计算能力，就能够随时随地、方便、低廉、快速地获得信息、处理信息、交流信息和展示信息。

④ 高可靠性与低碳环保

云计算采用了数据多副本容错、计算节点同构可互换等措施来保障服务的高可靠性，使用云计算比使用本地计算机可靠性更高。通过云广计算不仅能够有效利用服务器端资源，还能够方便地对数据中心进行整合，大大降低了客户端设备的能耗，加大了更新周期，符合社会低碳、环保的发展潮流。

当然，云计算在使用时，还存在一些亟待完善的不足。其一是云计算的不稳定性，即在网络无法使用时，企业的系统将严重瘫痪，造成严重损失。其二是云计算依赖性，即企业将基础设施建构在云计算上，会对云计算产生严重依赖，若未来云服务提供商予取予求，企业就缺乏应对筹码。其三是安全性，在技术不完备和法律保障不健全的环境下，企业将机密敏感数据存放于他人手中，泄漏机密的几率较大，用户如何应对。

3、 云层次

新兴的云计算作为一种将巨大系统池连接在一起提供各种IT服务的共享基础体系，可以替我们完成各种存储和计算工作。整体上看，云层次包括客户端、云服务、云平台服务、基础设施以及服务器等五大要件。

（1）客户端

云客户端包括计算机硬件和软件，通过与云计算的应用交互来便利地获取与使用所需的各项功能。在云客户端，只需要拥有一台具备与互联网连接的计算机、手机或其它电子设备，拥有操作系统和浏览器，就能够方便的获取和使用云计算服务。

（2）云服务

云服务SaaS是由软件提供的，是一种客户按使用时间或使用量付费的应用软件新销售方式。对用户来说，他们不再需要关心软件的安装和升级，也不需要一次性购买软件许可证，而是根据租用服务的实际情况按需付费。从而为用户提供了更广阔的增值机会和创新途径，降低了软件应用和服务的成本。

（3）云平台服务

云平台服务PaaS是指将服务器平台作为一种服务提供的新商业模式。与通过网络进行程序提供服务的SaaS不同， PaaS实际上是一种将相应服务器平台或者开发环境作为服务软件研发的平台服务，最终产品以SaaS模式提交给用户。因此，PaaS也是SaaS的一种模式。

（4）基础设施

云计算的基础设施即IaaS，是指将经过虚拟化的硬件资源和相关管理功能集合，亦指用于支持操作的外包设备，包括存储、硬件、服务器和网络组件等。这种服务通常是通过一个公用计算基础计费和资源消耗数量计费来收费，并给予相应的服务提供支持。

（5）服务器

服务器层包括服务器的计算机硬件和软件,以及专门为云端服务器设计的产品交互，多内核处理器连接，云特定的操作系统的指定等。云端服务器通过数量可无限扩展的网间服务器关联来完成用户多元化需求的满足和定制。

4、云计算和其它计算的比较

由于云计算的发展迅猛，时下公众常常会将云计算与网格计算、效用计算、自主计算相混淆。事实上，云计算是以计算机集群为基础的，也吸收了自主计算和效用计算的优势，但在网络的组成、体系机构、目的、工作方式却大相径庭。其与其它计算的比较分述如下：

云计算与丛集计算相比，尽管云计算部分底层是由丛集计算所构成，像负载平衡或备援技术，但云计算重在提供服务，而丛集计算则更注重高效能以及串连各种CPU的计算能力，昂贵的建置成本，大多数用户是无法承受的。

云计算与网格计算相比，云计算强调专有，任何人都可获取自己的专有资源，并且这些资源是由外部提供，用户无需贡献自己的资源。在云计算中，计算资源被转换成适应工作负载的形式，既支持网格类型的应用环境，也支持非网格环境。云计算还注重事务性应用，大量的单独请求，可自动或半自动地实现扩展。而网格计算强调资源共享，任何人都可以作为请求者使用其它节点的资源，任何人都需要贡献一定资源给其它节点。网格计算强调将工作量转移到远程可用的计算资源上，注重并行的计算集中性需求，要么在分布式的计算资源支持下作为服务被提供在线计算或存储，要么在一个松散连接的计算机网络所构成的一个虚拟超级计算机上执行大规模任务，并且难以自动扩展。此外云计算与网格计算的最大差异在于计算量，云计算大都以单一主机服务用户，偏向量少而次多的计算。而网格计算是以多主机来做计算支持，在次少而量大的计算时更有效率，网格计算域内的计算机资源可互相支持，不会有资源用尽的疑虑。

三、未来展望

云计算历经数年的持续积淀和探索，正在成为一种全球IT产业的潮流，即将进入蓬勃发展期。根据IDC的最新资料及预测，2013年云计算服务将达到IT整体消费的10%， 5年内云计算服务的年均增幅26%，将是传统IT行业增长速度的6倍。

在可见的未来，云服务将能够提供应用程序、计算能力、存储容量、联网、编程工具，甚至是通信服务和协作工具等几乎所有IT资源。拥有一台手机或计算机的用户，不需要安装任何操作系统和软件，只需要一个浏览器，通过云计算就可获得所需的一切网络资源和IT服务，实现90%以上功能，甚至包括超级计算等复杂任务。用户也不再担心数据丢失、病毒入侵、硬件设施升级以及支付供电、空调以及维护等费用，也无需等待漫长的供货周期和项目实施时间，这一切都将有云计算来全面实现。真可谓有了“云计算”神马都不是浮云。