计算机学科导论第五章.doc

云计算的概念与应用1云计算的相关技术云计算的产生云计算的概念云计算的层次及案例云计算发展的难题云计算的概念与应用2并行计算（Parallel Computing）指同时使用多种计算资源解决计算问题的过程，其主要目的是快速解决大型且复杂的计算问题并行计算是相对于串行计算来说的，所谓并行计算分为时间上的并行和空间上的并行。时间上的并行就是指流水线技术，而空间上的并行则是指用多个处理器并发的执行计算。并行计算的特点将工作分离成离散部分，有助于同时解决随时并及时地执行多个程序指令（多条线同时运行）多计算资源下解决问题的耗时要少于单个计算资源下的耗时云计算的相关技术云计算的概念与应用3并行计算机体系结构对称多处理机系统(SMP)系统中的任何处理机均可直接访问任何内存模块的存储单元和I/O模块连接的I/O 设备，且访问的延迟、带宽和访问成功率是一致的。分布共享存储处理机系统(DSM)并行计算机以节点为单位：每个节点由一个或多个CPU 组成，每个CPU 拥有自己的局部高速缓存(Cache)，并共享局部存储器和I/O 设备，所有节点通过高性能网络互联。云计算的相关技术云计算的概念与应用4分布式计算（Distributed Computing）分布式计算是一门计算机科学，它研究如何把一个需要非常巨大的计算能力才能解决的问题分成许多小的部分，然后把这些部分分配给许多计算机进行处理，最后把这些计算结果综合起来得到最终的结果。分布式计算的原理一方面，随着计算机的普及，越来越多的电脑处于闲置状态，即使在开机状态下中央处理器的潜力也远远不能被完全利用另一方面，存在一些本身非常复杂的但是却很适合于划分为大量的更小的计算片断的问题因此可以将计算问题分成许多小的计算部分，然后把这些部分分配给许多联网参与计算的计算机进行并行处理，最后将这些计算结果综合起来得到最终的结果。云计算的相关技术云计算的概念与应用5实践证明，目前一些较大的分布式计算项目的处理能力已经可以达到甚而超过目前世界上速度最快的巨型计算机。一些流行的分布式项目SETIHome：分析来自外太空的电讯号，寻找隐蔽的黑洞，并探索可能存在的外星智慧生命RC-72：密码分析和破解，研究和寻找最为安全的密码系统Foldinghome：研究蛋白质折叠，误解，聚合及由此引起的相关疾病Rosettahome：蛋白质折叠项目，预测并设计蛋白质结构United Devices：寻找对抗癌症的有效的药物GIMPS：寻找最大的梅森素数（解决较为复杂的数学问题）云计算的相关技术云计算的概念与应用6网格计算（Grid Computing）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） 网格计算是分布式计算的一种，是分布式计算封装Grid v.s PowerGrid电力网格用高压线路把分散在各地的发电站连接在一起，向用户提供源源不断的电力。用户只需插上插头、打开开关就能用电，一点都不需要关心电能是从哪个电站送来的，也不需要知道是水力电、火力电还是核能电。建设网格的目的也是一样，其最终目的是希望它能够把分布在因特网上数以亿计的计算机、存储器、贵重设备、数据库等结合起来，形成一个虚拟的、空前强大的超级计算机，满足不断增长的计算、存储需求，并使信息世界成为一个有机的整体。 云计算的相关技术云计算的概念与应用7云计算的起源Cloud Computing2006年前后出现、2007年末成为热点、2008年被翻译成“云计算”相关的公司Dell：较早提出云计算的概念Dell在08年6月初发布的第一季度财报，里面提到“在产品与服务方面，戴尔都将不断采纳新的标准化技术、降低客户部署解决方案、维护安全稳定的系统架构的复杂度和成本。为此，戴尔最近采取了一系列措施，比如组建新的戴尔数据中心解决方案部门(Dell Data Center Solution Division)，提供戴尔的云计算(Cloud Computing)服务和设计模型，使客户能够根据他们的实际需求优化IT系统架构”云计算的产生云计算的概念与应用8相关的公司Google/IBM：云计算的推动者与普及者2007年10月初，Google和IBM联合与美国6所大学签署协议，两家公司将各自出资2000万2500万美元，提供在大型分布式计算系统上开发软件的课程和支持服务，帮助学生和研究人员获得开发网络级应用软件的经验。IBM发言人称：这种相对新的并行计算（有时也称云计算）形式还未在大学中流行，虽然这种技术已经在行业里得到应用，但大学里还未教授该课程。这两家公司将向这些大学提供软件、硬件和服务。Amazon：云计算的商业化源头EC2（Elastic Compute Cloud）：根据用户请求提供具有各种资源（CPU，磁盘，内存等）的虚拟主机服务。S3（Simple Storage Service）：按流量付费的网络存储服务。云计算的产生云计算的概念与应用9PC时代信息处理：个人计算机每个CPU芯片的处理能力是每秒种执行两亿次指令 数据存储：使用硬盘存储资料，通过电子邮件或U盘共享资料“云计算”时代“云”会替我们做存储和计算的工作，“云”就是计算机群，每一群包括了几十万台、甚至上百万台计算机，可以让你体验每秒10万亿次的运算能力我们只需要一台能上网的电脑，不需关心存储或计算发生在哪朵“云”上我们可以在任何地点用任何设备，如电脑、手机等，快速地计算和找到这些资料，再也不用担心资料丢失。云计算的产生云计算的概念与应用10云计算可以为我们做什么？数据中心“云”用手机或相机或DV随时随地地拍照，通过3G网络，透明地同步到云中；多部手机、电脑或终端使用同一份联系人，不用担心手机丢失；不用再管理纸质的名片，因为整个CRM客户关系管理系统都在云中，你可以通过浏览器、手机、笔记本等任一终端管理你的客户运算中心“云”拍出的相片立即编辑修改在线编写文档、报告随时随地写日志随时随地的身体健康状况监控云计算的产生云计算的概念与应用11云计算的产生计算能力的需求的增长Web2.0的兴起Web2.0时代的一个重要特点是用户数量多以及用户参与程度高如何有效地为如此巨大的用户群体服务，让他们参与时能够享受方便、快捷的服务，是所有Web2.0网站的关键问题凭借Google文件系统搭建起来Google服务器群，为Google提供强大的搜索速度与处理能力有效利用这些这种技术，为更多的企业或个人提供强大的计算能力与多种多样的服务，成为像Google这样拥有巨大服务器资源的企业在考虑的问题云计算的产生云计算的概念与应用12云计算的演进云计算的产生使用并行计算解决大型问题基于网络预订的服务程序于2001年提出将计算资源作为可计量的服务提供于上世纪90年代末提出在任意时间和地点对IT资源的访问以服务的形式提供软件即服务公共计算云计算网格计算云计算的概念与应用13云计算为用户提供无限计算资源的商业服务，是能够自我管理计算资源的系统平台，是应用服务按需定制、易于扩展的软件架构。云计算是并行计算、分布式计算和网格计算的发展，是这些计算机科学概念的商业实现。云计算是虚拟化(Virtualization)、效用计算(Utility Computing)、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。云计算的概念云计算的概念与应用14“云”的本质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。为何称之为“云”云一般都较大；云的规模可以动态伸缩，它的边界是模糊的；云在空中飘忽不定，你无法也无需确定它的具体位置，但它确实存在于某处。云计算的概念云计算的概念与应用15计算资源的演进：从集中到分散再到集中“全世界只需要5台电脑就足够了”（ IBM的创立者托马斯沃森）“个人用户的内存只需640K足矣”（Microsoft的创始人比尔盖茨）云计算的概念计算时代网络时代云时代云计算的概念与应用16云计算的目标资源利用率最大化云计算的本质就是通过整合、共享和动态的提供资源来实现IT投资利用率的最大化，它包括了新投资的资源和已投资的资源。实施云计算不需要舍弃原有的IT基础设施资源。云计算的实施不仅可以利用已有的IT基础设施资源，而且云计算可以高效地监控管理IT基础设施资源。实施云计算将使资源更容易被充分利用。云计算的概念云计算的概念与应用17云计算的特点超大规模“云”具有相当的规模，Google云计算已经拥有100多万台服务器， Amazon、IBM、微软、Yahoo等的“云”均拥有几十万台服务器。企业私有云一般拥有数百上千台服务器。“云”能赋予用户前所未有的计算能力。虚拟化云计算支持用户在任意位置、使用各种终端获取应用服务。所请求的资源来自“云”，而不是固定的有形的实体。应用在“云”中某处运行，但实际上用户无需了解、也不用担心应用运行的具体位置。只需要一台笔记本或者一个手机，就可以通过网络服务来实现我们需要的一切，甚至包括超级计算这样的任务。高可靠性“云”使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。云计算的概念云计算的概念与应用18云计算的特点通用性云计算不针对特定的应用，在“云”的支撑下可以构造出千变万化的应用，同一个“云”可以同时支撑不同的应用运行。高可扩展性“云”的规模可以动态伸缩，满足应用和用户规模增长的需要。按需服务“云”是一个庞大的资源池，你按需购买；云可以象自来水，电，煤气那样计费。 比如一个视频网站，刚成立或空闲期只需买几千点的计算量；成功推广或用户高峰期，买几亿点。云计算的概念云计算的概念与应用19云计算的特点极其廉价由于“云”的特殊容错措施可以采用极其廉价的节点来构成云，“云”的自动化集中式管理使大量企业无需负担日益高昂的数据中心管理成本，“云”的通用性使资源的利用率较之传统系统大幅提升，因此用户可以充分享受“云”的低成本优势，经常只要花费几百美元、几天时间就能完成以前需要数万美元、数月时间才能完成的任务。安全云计算提供了最可靠、最安全的数据存储中心，用户不用再担心数据丢失、病毒入侵等麻烦。方便它对用户端的设备要求最低，使用起来很方便，而且支持各种各样的设备；它可以轻松实现不同设备间的数据与应用共享。 云计算的概念云计算的概念与应用20云计算的层次云计算的层次及案例云计算的概念与应用21IT Foundation构成云计算的IT基础设施的集合，具体表现为不同的软硬件厂商的产品与方案。IaaS（Infrastructure as a Service）基础架构即服务：通过虚拟化、动态化将IT基础资源(计算、网络、存储)形成资源池，资源池即是计算能力的集合。PaaS（Platform as a Service）平台即服务：具备了业务的开发运行环境，可以为企业或个人业务创新提供快速低成本的环境。SaaS（Software as a Service）软件即服务：按需使用的软件，与传统的软件形式有着很大的不同。云计算的层次及案例云计算的概念与应用22云计算各层次间的关系各层可独立提供云服务下一层的架构也可以为上一层云计算提供支撑以搜狗拼音为例由大型服务器群、高速网络、存储系统等组成的IaaS架构为内部的业务开发部门提供基础服务；内部业务开发系统在IaaS上构建了PaaS，并部署运行搜狗拼音应用系统；这样一个大型的系统对互联网用户而言，就是一个大规模SaaS应用。云计算的层次及案例云计算的概念与应用23IaaS：Infrastructure as a Service 是为IT行业创造虚拟的计算和数据中心，使得其能够把计算单元、存储器、I/O设备、带宽等计算机基础设施，集中起来成为一个虚拟的资源池来为整个网络提供服务。IaaS云让开发者完全控制虚拟机的供应、配置、安装，因此IaaS云的价值就在于它可以提高开发人员的工作效率。适用于IaaS的三类应用测试：在云中建立和验证新应用，开发人员应着重测试其应用程序的功能、性能和可扩展性部署Web应用程序高性能计算云计算的层次及案例云计算的概念与应用24IaaS典型案例Amazon使用弹性计算云（EC2）和简单存储服务（S3）为企业提供计算和存储服务收费的服务项目包括存储服务器、带宽、CPU资源以及月租费。月租费与电话月租费类似，存储服务器、带宽按容量收费，CPU根据时长(小时)运算量收费。 不到两年时间，Amazon上的注册开发人员达44万人，还有为数众多的企业级用户。Amazon与云计算相关的业务收入已达1亿美元。云计算是Amazon增长最快的业务之一。 EC2：创建包含应用、库、数据和配置的机器映像，或者使用事先配置好的模板映像；用Web Service配置安全性和网络访问。S3：支持最小1byte,最大5G的存储对象；无存贮对象个数上的限制；每个存储对象存储在bucket中，且由有个用户定义的唯一性key来标识；可以对每个存贮对象设置访问权限；提供了REST和SOAP接口对对象进行读写、删除等操作。云计算的层次及案例云计算的概念与应用25SaaS：Software as a Service是随着互联网技术的发展和应用软件的成熟，而在21世纪开始兴起的一种完全创新的软件应用模式。SaaS服务模式与传统的销售软件永久许可证的方式有很大的不同，它采用软件租赁的形式。这种模式是未来管理软件的发展趋势 。软件通过浏览器向用户交付使用。SaaS的优势用户：省去在服务器和软件授权上的开支供应商：只需要维持一个程序就够了，可以减少成本中小型企业：SaaS是采用先进技术实施信息化的最好途径。企业无需购买软硬件、建设机房、招聘IT人员，即可通过互联网使用信息系统。就像打开自来水龙头就能用水一样，企业根据实际需要，向SaaS提供商租赁软件服务。 云计算的层次及案例云计算的概念与应用26SaaS典型案例SalesForce一家客户关系管理（CRM）软件服务提供商，宣称可提供随需应用的客户关系管理（On-demand CRM），允许客户与独立软件供应商定制并整合其产品，同时建立他们各自所需的应用软件。八百客Google appsGoogle Apps是 Google 推出的在线的应用服务。开发者通过Google App Engine，开发各种在线服务通过 Goolge Apps ，你可以向你的用户提供带有私人标志的电子邮件、即时通信(网上聊天)，日历工具，网站设计工具等云计算的层次及案例云计算的概念与应用27PaaS（Platform as a Service）指将软件研发的平台作为一种服务，以SaaS的模式提交给用户提供企业进行定制化研发的中间件平台，同时涵盖数据库和应用服务器等PaaS的出现可以加快SaaS的发展，尤其是加快SaaS应用的开发速度典型案例800app国内的SaaS厂商八百客的PaaS开发平台，用户不再需要任何编程即可开发包括CRM、OA、HR、SCM、进销存管理等任何企业管理软件，而且