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云计算云计算 课程 课程论文论文 专业班级 专业班级 学学 号号 学生姓名 学生姓名 联系方式 联系方式 E Mail 实验题目实验题目 谈谈 谈谈计算系统的感想 心得体会计算系统的感想 心得体会 以及以及集群集群 网格网格 云的应用云的应用 指导教师 指导教师 吴吴 松松 成绩评定 成绩评定 完成日期完成日期 2012 年年 01 月月 谈谈对计算系统的感想和心得体会谈谈对计算系统的感想和心得体会 G M 亚当等人为了说明和研究从程序设计角度所看到的计算机的属性 外特 性 在 1964 年最先提出计算机系统结构的概念 一种计算机系统结构可以用多 种计算机组织来实现 包括软件和硬件的计算机系统可被看成是按功能划分的多 级层次结构 每一级各对应一类机器 各有自己的机器语言 在这里 机器 的定义是能存储 执行程序的算法和数据结构的集合体 各级机器的算法和数据 结构的实现方法不同 由软件实现的机器称为虚拟机器 以区别由硬件或固件实 现的实际机器 各级的程序被翻译成比它低一级的语言的程序 或由低一级的程 序解释 计算机系统结构作为一门学科 主要研究软件 硬件功能分配和对软件 硬 件界面的确定 70 年代以来 在计算机软件方面有了显著的进展 在计算机组 织和实现技术上 最显著的是器件技术的进展 其次是微程序技术 并行技术 专用部件和运算方法等方面的进展 计算机在性能 速度 价格 可靠性和组织 实现技术上虽比 50 年代末 60 年代初有了巨大的突破 然而 它们的系统结构却 并没有什么明显的 突破性的进展 从程序设计者的角度所看到的计算机的属性 和 60 年代初相比 变化很小 例如 对于指令系统 程序设计者基本上仍然立 足于 60 年代初的计算机系统结构观点来设计复杂得多的软件 绝大多数机器的 计算机系统结构 仍然没有脱离诺伊曼型的范围 但是 J 诺伊曼设计其系统结 构时 既没有考虑到要采用高级语言 也没有顾及有操作系统和许多应用领域的 各种要求 由此引起的矛盾日益突出 计算机系统结构的设计要求 经历了从 面向汇编程序设计 到面向编译程序设计和操作系统设计 直至增加面向应用软 件研制的几个阶段 计算机系统结构落后于其设计要求的状况 可以用语义差距 来说明 这包括高级语言与机器语言的语义差距 操作系统与计算机系统结构的 语义差距 以及程序设计环境与计算机系统结构的语义差距 随着计算机技术的快速发展 计算机系统的定义也在不断变化更新中 尤其 是在进入 21 世纪以来 传统的计算机系统模型已经日益满足不了现实的需求 在传统的计算模型中 计算机的软硬件一般都是统一管理的 都是由自己构建组 织 因此 作为大中型企业而言 必须在每年计划好来年的软硬件投入 预先留 出资产 不过 问题也随之出现 因为市场是很具有弹性的 往往因为预测失误 产生的不良结果 要么会使得预留资金多余而导致资金闲置 要么预留资金不足 导致业务不正常 而且 因为每年的市场不一样 投入的资金也不一样 所以自 己构建的计算系统其利用率一般都很低 比如对于 windows 操作系统而言 其设 定的目标就是一台计算机上运行一个操作系统 但是在通常情况下 对于一台计 算机只运行一个操作系统实际上是很浪费资源的 因此一种新的计算系统应运而 生了 它就是云计算系统 云计算是一种基于互联网的计算方式 通过这种方式 共享的软硬件资源和 信息可以按需提供给计算机和其他设备 典型的云计算提供商往往提供通用的网 络业务应用 可以通过浏览器等软件或者其他 Web 服务来访问 而软件和数据都 存储在服务器上 云计算服务通常提供通用的通过浏览器访问的在线商业应用 软件和数据可存储在数据中心 狭义云计算是指 IT 基础设施的交付和使用模式 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 随时 扩展 按使用付费 这种特性经常被称为像水电一样使用 IT 基础设施 广义云计算是指服务的交付和使用模式 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 IT 和软件 互联网相关的 也可以是任意其他 的服务 云计算经常与并行计算 分布式计算和网格计算相混淆 云计算是网格计算 分布式计算 并行计算 效用计算 网络存储 虚拟化 负载均衡等传统计算机 技术和网络技术发展融合的产物 它旨在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 并借助 SaaS PaaS IaaS MSP 等先进的商业模式把这强大的计算能力分布到终端用户手中 Cloud Computing 的一个核心理念就是通过不断提高 云 的处理能力 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 云计算的特征表现在以下几点 1 基于虚拟化技术快速部署资源或获得服务 2 实现动态的 可伸缩的扩展 3 按需求提供资源 按使用量付费 4 通过互联网提供 面向海量信息处理 5 用户可以方便地参与 6 形态灵活 聚散自如 7 减少用户终端的处理负担 8 降低了用户对于 IT 专业知识的依赖 这种应运而生的云计算系统自从 Google 提出来以后 到现在已经越来越热 门了 关于云计算的讨论和应用也是随处可见 有句话是这么说的 平生不知云 计算 便称精英也扯淡 由此可以看出 IT 界的云计算是多么炙手可热 已经到了需要普及 的地步了 诚然 云计算已经到了众人所知 众人所捧的地步 但是到底云计算系统到底给 我们带来了什么呢 其一 对于我们这些贫穷而买不起高昂的硬件设备的同学来说 如果云计算 充分作用 那么到时我们只需要一个拥有显示屏和网络的设备 不需要安装哪些 复杂多样的软件 即可实现我们所有的需求 包括文档处理 照片处理 音乐播 放 计算等 我们把那些软件 安装 云端 使用云端的高端处理器来处理计算 而我们所要做的只是连接到自己的云端 把我们的任务交给它 它就会像管家那 样兢兢业业地按照你的要求完成工作 也就是说 我们把大部分原本由我们自己 的计算机系统完成的工作交付给云端处理即可 其二 对于大中型企业而言 本 来由自己构建的存储 计算等工作 现在你只需要租用云端的设备 利用那边的 设备帮助企业完成自己的需求 这样企业就不必为了预测市场发展而调整资金投 入 因为 企业可以根据市场即时反应 即时使用云端设备完成 方便可靠 还 有 我们需要关注的是云端的安全 对于我们而言 我们只需要在一个设备上把 数据更新到云端 那么我们就可以使用任何设备去获取自己的数据 这样的话我 们就可以随时随地接触到我们的数据 可以随时随地操控我们的数据 不必为了 数据的安全而担忧 不过 在这个激烈的云计算斗争中 我们也要理性的看待云计算系统中出现 的一些问题 首先一个重要的问题就是安全问题 对于我们用户而言 我们选择 云端系统的话 也就表明我们充分信任了云计算系统 不过 具体这个云计算系 统值不值得信任就是一个问题了 其一 我们如何知道云计算系统的服务提供者 可以不出差错地提供服务 他们会不会出现系统故障 会不会因为出现故障而导 致不能提供正常的服务 要知道 如果对于一个企业而言 当他们把自己的网站 挂到云端的时候 要是突然说云端服务提供者的系统出现故障 导致企业的网站 不能正常访问 那么对于企业而言那是一个致命的打击 其二 我们如何能够信 任云端服务提供者不会把我们的数据泄露给其他人 或者说非法使用我们的数 据 泄露了机密或者隐私 在 2001 年 10 月 26 日由美国总统 乔治 沃克 布 什签署颁布的国会法案中 它从法律上给予美国国内执法机构和国际情报机构广 泛的权力和相应的设施以防止 侦破和打击恐怖主义活动 其中有规定 联邦调 查局人员具有获取商业活动记录的权力 因此 美国政府可以从我们所信任的云 端服务提供者获取我们的所有数据 也就是说包括你存储在云端的商业机密 如 此而言 我们的安全感何在 在历史的长河中 总是新事物在不断地替代旧事物 所以云计算的到来是个 迟早的问题 面对如今炙手可热的云计算 我们不可盲目推崇 我们应该理性地 认识云计算系统 为自己量身打造一个云系统 不跟风 同时 由于云计算系统 还处于起步阶段 还有很多东西需要我们去探索和研究 因此 充分挖掘云计算 的价值才是我们迫切的任务 集群集群 网格网格 云云 集群是一组相互独立的 通过高速网络互联的计算机 它们构成了一个组 并以单一系统的模式加以管理 一个客户与集群相互作用时 集群像是一个独立 的服务器 集群配置是用于提高可用性和可缩放性 和传统的高性能计算机技术 相比 集群技术可以利用各档次的服务器作为节点 系统造价低 可以实现很高 的运算速度 完成大运算量的计算 具有较高的响应能力 能够满足当今日益增 长的信息服务的需求 而集群技术是一种通用的技术 其目的是为了解决单机 运算能力的不足 IO 能力的不足 提高服务的可靠性 获得规模可扩展能力 降低整体方案的运维成本 运行 升级 维护成本 只要在其他技术不能达到 以上的目的 或者虽然能够达到以上的目的 但是成本过高的情况下 就可以考 虑采用集群技术 传统因特网实现了计算机硬件的连通 万维网实现了信息网页的连通 而网格的目标是 实现互联网上所有资源的全面连通 网格是把整个因特网整合成一台巨大的超级计算机 实 现计算资源 存储资源 数据资源 信息资源 知识资源 专家资源的全面共享和协同工作 网格是一种新兴的技术 正处在不断发展和变化当中 目前学术界和商业界围绕网格开展的 研究有很多 其研究的内容和名称也不尽相同因而网格尚未有精确的定义和内容定位 比如 国外媒体常用 下一代互联网 Internet2 下一代 Web 等来称呼网格相关技术 但 下一代互联网 NGI 和 Internet2 又是美国的两个具体科研项目的名字 它们与网 格研究目标相交叉 研究内容和重点有很大不同 企业界用的名称也很多 有内容分发 服 务分发 电子服务 实时企业计算 简称 RTEC 分布式计算 Peer to Peer Computing 简 称 P2P Web 服务等 中国科学院计算所所长李国杰院士认为 网格实际上是继传统互联 网 Web 之后的第三次浪潮 可以称之为第三代互联网应用 网格是利用互联网把地理上 广泛分布的各种资源 包括计算资源 存储资源 带宽资源 软件资源 数据资源 信息资 源 知识资源等 连成一个逻辑整体 就像一台超级计算机一样 为用户提供一体化信息和 应用服务 计算 存储 访问等 虚拟组织最终实现在这个虚拟环境下进行资源共享和协 同工作 彻底消除资源 孤岛 最充分的实现信息共享 网格必须同时满足三个条件 在 非集中控制的环境中协同使用资源 使用标准的 开放的和通用的协议和接口 提供非平凡 的服务 网格具有开放性 通用性 集中性 使用模式 标准化 平台性的特征 同时其优 势主要表现在资源共享 协同工作 通用开放标准 动态功能四个方面 这里所说的云是指云计算中的云 那么计算机系统和云有什么关系呢 狭义云计算是指 IT 基础设施的交付和使用模式 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 随时扩展 按使用付费 云计算的一个核心理念就是通 过不断提高 云 的处理能力 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 云的基本概念 是通过网 络将庞大的计算处理程序自动分拆成无数个较小的子程序 再由多部服务器所组成的庞大系 统搜索 计算分析之后将处理结果回传给用户 通过这项技术 远程的服务供应商可以在数 秒之内 达成处理数以千万计甚至亿计的信息 达到和 超级电脑 同样强大性能的网络服 务 它可分析 DNA 结构 基因图谱定序 解析癌症细胞等高级计算 例如 Skype 以点对点 P2P 方式来共同组成单一系统 又如 Google 通过 MapReduce 架构将数据拆成小块计算 后再重组回来 而且 Big Table 技术完全跳脱一般数据库数据运作方式 以 row 设计存储又 完全的配合 Google 自己的文件系统 Google 文件系统 以帮助数据快速穿过 云 集群的主要应用表现在集群通信系统 是针对专用业务移动通信系统中存在的缺点 产 生的高层次的专用业务移动通信形式 分为模拟集群通信业务 数字集群通信业务 现在国内国外运用得最多的可能是在一些大型院校的计算网格 实现计算资源的共享 简单来说就是计算能力 CPU 计算资源共享就是 CPU 计算的共享 人们把一个集群 cluster 也就是常说的机房 通常有几十台操作系统为 Linux 的计算机 的计算机连成一个局域型网 格 这样就好像把这几十台电脑连成了一台超级计算机 计算能力当然大大提高了 这种局 域计算网格主要运用于一些科研的研究 比如说生物科学 当生物科学的研究员需要高性能 的计算资源来帮助他们分析试验的结果时 他们就把这些分析试验的程序提交给网格 网格 通过计算再把结果返回给这些研究员 计算结果可能是一些图像也可能是一些数据 这些计 算如果在单一 PC 上运行的话 往往会花费几个月的时间 然而在网格中运行一 两天也就 完成了 这就是网格技术最直观的优点之一 当然现在有一些大型主机也有很强的计算能力 但是这种主机太昂贵 而且配置往往不方便 是名副其实的重量级计算的网站指出 世界上 最强大的计算机 IBM 的 ASCI White 可以实现 12 万亿次的浮点运算 但是花费了 1 亿千万 美元 然而 SETI HOME 只用了 50 万美元却实现了 15 万亿次浮点运算 网格另外一个显著 的运用可能就是虚拟组织 Virtual Organisations 这种虚拟组织往往是针对与某一个特定的 项目 或者是某一类特定研究人员 在这里面可以实现计算资源 存储资源 数据资源 信 息资源 知识资源 专家资源的全面共享 比如说中国 2008 年奥运会开幕式研究组就可以 运用网格组成一个虚拟组织 在这个虚拟组织里 任何成员不管在哪个地方都可以有权访问 组织的共享资源 如 开幕式场地图纸 开幕式资金 开幕式节目