云计算技术应用与推广综述.doc

云计算的技术、应用与推广一、 概述近年来，云计算这个新的IT概念在全球迅速普及。由于它是多种技术混合演进的结果，其成熟度较高，又有大公司推动，发展极为迅速。Amazon、Google、IBM、微软和Yahoo等国际大公司都是云计算的先行者。我国企业在该领域也进行了积极地探索，产生了一些云计算企业和云计算服务提供商。在国家信息产的政策支持和社会消费需求刺激下, 云计算产业形态逐步完善，成为IT产业发展的又一大动力和趋势。但是，在云计算产业不断发展的同时，我们也看到了其中存在的困难与阻力。首先，云计算是一个概念广泛、应用领域多样的技术概念和商业模式，但其标准化还不充分，互操作还有待完善。一些网络提供商和软件服务提供商对于云计算在各自相关领域的发展路线还不够清晰，导致某些企业还存在观望的态度，阻碍了云计算在我国的推广和发展。因此，我们有必要将云计算的概念和应用模式做一个简要的总结。二、 云计算的技术架构图：云计算的技术架构及相关核心技术云计算概念狭义云计算：狭义云计算是一种IT基础设施的交付和使用的模式，通常是指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需的资源（硬件、平台、软件）。提供资源的网络被称为“云”。“云”中的资源在使用者看来是可以无限扩展的，并且可以随时获取，按需使用，按使用付费，随时扩展。这种特性经常被称为像水电一样使用IT基础设施和软件服务。广义云计算：广义云计算是服务的交付和使用的模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需的服务。这种服务可以是基于互联网的软件服务、带宽服务、也可以是任意其他的服务。所有这些网络服务我们可以理解为网络资源，众多资源形成所谓“资源池”。我们把这种资源池称为“云”。“云”是一些可以自我维护和管理的虚拟计算资源，通常为一些大型服务器集群，包括计算服务器、存储服务器、宽带资源等等。云计算将所有的计算资源集中起来，并由软件实现自动管理，无需人为参与。这使得应用提供者无需为繁琐的细节而烦恼，能够更加专注于自己的业务，有利于创新和降低成本。有人打了个比方：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。无论是狭义概念还是广义概念，我们都不难看出，云计算是并行计算(Parallel Computing)、分布式计算(Distributed Computing)和网格计算(Grid Computing)等相关技术结合发展的产物，或者说是这些计算机科学概念的商业实现。云计算的核心技术是虚拟化(Virtualization)。云计算服务是IaaS(基础设施即服务)、PaaS(平台即服务)、SaaS(软件即服务)等概念混合演进并跃升的结果。正如上面所说，云计算由并行计算、分布式计算和网格计算演化而来，但它又融合了协同工作、社交网络、搜索引擎等Web 2.0技术和虚拟化技术，它依托强大的高性能计算基础结构，提供能够同时满足大量个人和商业需求的租用式服务，这一新型的共享基础架构平台已经得到了主流软硬件厂商的广泛认同。云计算应用模式云存储 (cloud computing)：它是指通过集群应用、网格技术或分布式文件系统等功能，将网络中大量各种不同类型的存储设备通过应用软件集合起来协同工作，共同对外提供数据存储和业务访问功能的一个系统。云计算的计算设备/系统平台： 通过使用虚拟化技术、集群技术等手段，将计算设备虚拟化、透明化，对用户提供一个可伸缩的、高可靠的、统一接口的云计算系统平台。也可以IAAS的方式向用户提供服务。云计算中间件平台（应用服务平台）：为上层云计算端应用和企业级应用提供应用服务的支撑平台和开发平台。渐少云计算应用的开发成本，增强应用的兼容性，屏蔽对于上层应用复杂的底层处理流程。以PAAS的方式向用户提供使用接口。云计算应用层： 利用丰富网络应用技术和前端页面技术构造符合各种用户需求的前端应用和企业级应用，并以SAAS等方式交付用户使用。三、 云计算相关核心技术虚拟技术虚拟化技术是指计算任务在虚拟的基础上而不是真实的硬件基础上运行。虚拟化技术可以扩大硬件的容量，简化软件的重新配置过程。CPU的虚拟化技术可以单 CPU模拟多CPU并行，允许一个平台同时运行多个操作系统，并且应用程序都可以在相互独立的空间内运行而互不影响，从而显著提高计算机的工作效率。完全虚拟化：使用名为hypervisor的一种软件，在虚拟服务器和底层硬件之间建立一个抽象层。VMware和微软的Virtual PC是代表该方法的两个商用产品，而基于核心的虚拟机(KVM)是面向Linux系统的开源产品。准虚拟化：完全虚拟化是处理器密集型技术，因为它要求hypervisor管理各个虚拟服务器，并让它们彼此独立。减轻这种负担的一种方法就是，改动客户操作系统，让它以为自己运行在虚拟环境下，能够与hypervisor协同工作。这种方法就叫准虚拟化 (para-virtualization)。Xen是开源准虚拟化技术的一个例子。操作系统作为虚拟服务器在Xen hypervisor上运行之前，它必须在核心层面进行某些改变。因此，Xen适用于BSD、Linux、Solaris及其他开源操作系统，但不适合对 像Windows这些专有的操作系统进行虚拟化处理，因为它们无法改动。分布式技术分布式计算：分布式计算是一种把需要进行大量计算的工程数据分割成小块，由多台计算机分别计算，在上传运算结果后，将结果统一合并得出数据结论的科学。分布式计算的概念和内涵上与集群技术有重叠，可参见集群相关技术内容。分布式数据库：分布式数据库是用计算机网络将物理上分散的多个数据库单元连接起来组成的一个逻辑上统一的数据库。每个被连接起来的数据库单元称为站点或结点。分布式数据库有一个统一的数据库管理系统来进行管理，称为分布式数据库管理系统。分布式数据库的基本特点包括：物理分布性、逻辑整体性和站点自治性。从这三个基本特点还可以导出的其它特点有：数据分布透明性、集中与自治相结合的控制机制、适当的数据冗余度和事务管理的分布性。分布式文件系统（ Distributed File System ）：分布式文件系统是指文件系统管理的物理存储资源不一定直接连接在本地节点上，而是通过计算机网络与节点相连。分布式文件系统的设计应满足透明性、并发控制、可伸缩性、容错以及安全需求等。目前活跃的分布式文件系统项目有：Hadoop，GFS，DFS等。集群技术它通过一组松散集成的计算机软件和/或硬件连 接起来高度紧密地协作完成计算工作。在某种意义上，他们可以被看作是一台计算机。集群系统中的单个计算机通常称为节点，通常通过局域网连接，但也有其它的可能连接方式。集群计算机通常用来改进单个计算机的计算速度和/或可靠性。一般情况下集群计算机比单个计算机，比如工作站或超级计算机性能价格比要高得多。高可用性集群：一般是指当集群中有某个节点失效的情况下，其上的任务会自动转移到其他正常的节点上。还指可以将集群中的某节点进行离线维护再上线，该过程并不影响整个集群的运行。这类集群典型的软件是著名的Heartbeat项目。负载均衡集群：负载均衡集群运行时，一般通过一个或者多个前端负载均衡器，将工作负载分发到后端的一组服务器上，从而达到整个系统的高性能和高可用性。这样的计算机集群有时也被称为服务器群（Server Farm）。 一般高可用性集群和负载均衡集群会使用类似的技术，或同时具有高可用性与负载均衡的特点。Linux虚拟服务器（LVS）项目在Linux操作系统上提供了最常用的负载均衡软件。高性能计算/并行计算高性能计算集群采用将计算任务分配到集群的不同计算节点儿提高计算能力，因而主要应用在科学计算领域。比较流行的HPC采用Linux操作系统和其它一些免费软件来完成并行运算。这一集群配置通常被称为Beowulf集群。这类集群通常运行特定的程序以发挥HPC cluster的并行能力。这类程序一般应用特定的运行库, 比如专为科学计算设计的MPI库。HPC集群特别适合于在计算中各计算节点之间发生大量数据通讯的计算作业，比如一个节点的中间结果或影响到其它节点计算结果的情况。网格计算网格计算或网格集群是一种与集群计算非常相关的技术。网格与传统集群的主要差别是网格是连接一组相关并不信任的计算机，它的运作更像一个计算公共设施而不是一个独立的计算机。还有，网格通常比集群支持更多不同类型的计算机集合。网格计算是针对有许多独立作业的工作任务作优化，在计算过程中作业间无需共享数据。网格主要服务于管理在独立执行工作的计算机间的作业分配。资源如存储可以被所有结点共享，但作业的中间结果不会影响在其他网格结点上作业的进展。ESBESB全称为Enterprise Service Bus，即企业服务总线。它是传统中间件技术与XML、Web服务等技术结合的产物。ESB提供了网络中最基本的连接中枢，是构筑企业神经系统的必要元素。 ESB的出现改变了传统的软件架构，可以提供比传统中间件产品更为廉价的解决方案，同时它还可以消除不同应用之间的技术差异，让不同的应用服务器协调运作，实现了不同服务之间的通信与整合。从功能上看，ESB提供了事件驱动和文档导向的处理模式，以及分布式的运行管理机制，它支持基于内容的路由和过滤，具备了复杂数据的传输能力，并可以提供一系列的标准接口。 新一代的WEB技术云计算中随着基于互联网的应用模式的逐步形成，大量应用的前端界面从传统的桌面应用转向基于web的应用。这一趋势催生了大量新一代web技术的产生和发展。如：Silverlight/Monolight，JavaFX，HTML 5等等。这些技术的共同特点都是加强web应用的可交互性，及与企业级的应用技术相整合。四、 云计算的应用模式图：云计算服务交付模式云计算三种交付模式1、云计算软件即服务（Saas）：提供给用户的服务时服务商运行在云计算基础设施上的应用程序，可以在各种用户端设备上通过受用户端界面访问，比如浏览器。用户不需要管理或者控制底层的云计算基础设施，包括网络、服务器、操作系统、存储甚至单个应用程序的功能。Saas的案例如：阿里巴巴，八佰客等。2、云计算平台即服务（Paas）：提供给用户的是供应商提供的开发语言和工具（例如Java,python,.Net）创建的应用程序开发环境，并自动部署到云计算基础设施之上。用户不需要管理或控制底层的云基础设施，包括网络、服务器、操作系统、存储，但消费者能控制部署应用程序与环境配置。Google提供免费的Paas服务。3、云基础设施即服务（Iaas）：提供给用户的是计算能力、存储能力、网络和其他基本的资源租用，用户能够部署和运行任意软件，包括操作系统和应用程序。用户不用管理或控制底层的云计算基础设施，但能控制操作系统、存储、部署的应用，也可以选择网络组件（例如防火墙，负载均衡）。亚马逊是典型的Iaas提供商。在云计算产业链各环节中，Saas与用户距离最近，产生的市场规模也最大，利润空间最大；Paas有巨大的发展潜力，同时它的年复合增长率（CAGR）将最高；Iaas投入大，汇报比较慢，风险也较大，但是垄断性很强。据IDC 2012年商用（企业）云计算细分市场预测，2012年Iaas市场规模为20亿美元，增长率约为20%，Paas市场规模为90亿美元，增长率将超过70%，Saas市场规模为210亿美元，增长率约为20%，从Iaas到Saas来看，将由低增值、低边际利润向高增值、高边际利润发展。在这三个环节中，Saas对中国IT产业发展尤为重要。Saas模式可以给中小型企业巨大的发展机会，解决长期困扰中国软件产业发展的“版权难题”；而且，Saas进入门槛也较为灵活，可以充分发挥中国软件人力资源的优势，同时，Saas类型的企业应用市场在中国有着巨大的发展空间。云计算四种部署模式1、公共云：云计算资源和能力池是被一个销售云计算服务的组织所拥有，该组织将云计算服务销售给一般大众或者广泛的企业群体。2、私有云：云计算基础设施是被一个单一的组织拥有或租用，该基础设施完全有该组织管理。3、混合云：云计算基础设施是由两种云（私有或公共）组成，每种云仍然保持独立，但用标准的或专有的技术将他们组合起来，具有数据和应用程序的可移植性。4、“社区”云：云计算基础设施由一组具备相同使命、相同安全需求、相同政策或相同IT遵循策略的组织共享。如政府云。五、 国内云计算发展中关注的问题1. 云服务质量问题目前，云服务分工还不够细致、厂商合作也不够广泛，因此需要深入思考如何完善服务、扩大合作领域，同时加强监管，重视安全性问题，通过互联网运营模式，为用户提供高质量、有保障的云计算服务。2. 数据灾难备份问题灾难备份是信息系统安全的关键基础设施，重要信息系统必须构建灾难备份系统，以防范和抵御灾难所带来的毁灭性打击，对于云计算这种大存储技术更要如此，在基础备份的原则上，还需采用增量备份、双备份等措施。3. 安全性问题随着云计算的不断发展，安全性问题成为企业高端、金融机构和政府IT部门的核心和关键性任务，云计算服务供应商需在信息安全方面增加投入，保证用户商业信息。同时，云服务提供商业和用户也需明确保密责任，完善细化赔偿条款，避免分歧。 4. 云计算标准化工作目前所有的云计算厂商都在各自为战，云计算并没有形成一个标准化的体系，这导致了用户从一个云计算环境迁移到另一个环境时的复杂性大大增加。因此需要开展云计算标准化需求研究，与国际标准化工作衔接，明确我国云计算标准化工作的思路、定位和作用，为云计算的推广应用及相关的产业化工作提供标准化支撑。 5. 相关法律问题云计算依据软件即服务（SaaS）的理念，通过网络提供软件服务，从而替代原先在用户个人电脑上的软件功能，这种商业模式在为企业带来巨大利润的同时也蕴含着一定的法律风险。就目前的法律制度层面而言，要适应云计算时代的到来，现行的法律制度对于新的商业模式也有一个调整的过程，尚有很多问题亟待解决，云计算模式下的知识产权、用户隐私保护、商业保密信息等一系列可能引起法律争端的问题都不容忽视。六、 促进我国云计算发展的建议云计算在全球的发展势不可挡，在这样的形势下，我们希望可以在以下几个方面加强建设：1. 建立云计算技术联盟目前国内从事云计算相关的技术研究机构、大学和公司发展很快。但多各自为战，相互之间缺乏开放的标准，无法在技术、数据和服务上达到互联互通，相互协调并形成合力；多数云计算技术和服务属于私有云计算，无法为更多的企业和个人提供公共服务。同时许多服务多基于国外的商业软件系统，缺乏核心技术的积累；作为未来计算的战略性发展趋势，我们应该从国家的层面，有效的促进和推动我国云计算的发展，提供相应的政策引导，资金支持和环境保障。为此应首先建立一个运行高效的云计算技术联盟，集中各方面的技术力量和资源，形成合力，加大云计算技术的研发；推广开源技术和开放标准，推动相关技术和服务的互联互通。2. 发展开源云计算技术，提升IDC服务能力。从国际趋势来看，数据中心（IDC）将成为云计算重要的运营机构。目前国内的IDC业务发展还不完善，产品与服务同质化严重，能源利用率低，运营成本过高，此外，随着网络游戏、Web2.0网站的迅速发展，各种音频、视频、图片和游戏等将需要大量存储空间和相应的服务器来支撑，企业对IDC的需求会逐步增加，对数据中心资源的利用效率和服务水平将提出更高的要求。而云计算技术为IDC提供了一种既基于未来发展战略，又符合当前发展要求的解决方案。云计算通过虚拟化技术，使IDC中心的服务器、存储、网络等资源形成一个巨大的资源池，管理者通过云计算管理平台可以动态监控、调度和部署其中的各种资源，并通过网络提供给用户。统一的资源管理平台提高了IDC运营维护的效率，降低了管理的复杂度，提高了中心内资源的调度效率和利用率；自动化的资源部署和软件安装保证了业务的及时上线和快速推向市场，为客户缩短了进入市场的时间。用户根据业务需要通过租赁的方式使用数据中心的资源，并可以根据业务发展的需要，及时调整所需租赁的资源，最终根据资源使用情况来付费，灵活的计费方式使IDC更具价格吸引力。另外，统一平台的管理还有助于IDC的扩展，当IDC运营者