云计算(cloud-computing)概念PPT课件.ppt

云计算基本概念BasicConceptsofCloudComputing 黄胜龙吉林大学2011年4月9日智能控制与嵌入式系统 1 基本概念 云计算 Cloudcomputing 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 云其实是网络 互联网的一种比喻说法 因为过去在图中往往用云来表示电信网 后来也用来表示互联网和底层基础设施的抽象 云计算是继1980年代大型计算机到客户端 服务器的大转变之后的又一种巨变 云计算描述了一种基于互联网的新的IT服务增加 使用和交付模式 通常涉及通过互联网来提供动态易扩展而且经常是虚拟化的资源 智能控制与嵌入式系统 图1 云 2 用户角度 1 用户不再需要了解 云 中基础设施的细节 2 不必具有相应的专业知识 也无需直接进行控制 只要按需提交问题 操作简单 3 减轻终端的处理负担 4 能提供个性的用户体验 智能控制与嵌入式系统 图2 云计算应用 3 云计算提供商角度 1 典型的云计算提供商往往提供通用的网络业务应用 2 用户可通过浏览器等软件或者其他Web服务来访问 软件和数据都存储在服务器上 3 提高设备的利用率 提高可靠性 降低成本 智能控制与嵌入式系统 图3 云计算产业结构 4 云计算技术特点 1 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 2 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 3 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 4 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 5 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 6 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 7 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 智能控制与嵌入式系统 5 产业三级分层 三种服务模式 云计算的产业三级分层 云软件 云平台 云设备 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 上层分级 云软件SoftwareasaService SaaS 打破以往大厂垄断的局面 所有人都可以在上面自由挥洒创意 提供各式各样的软件服务 参与者 世界各地的软件开发者 中层分级 云平台PlatformasaService PaaS 打造程序开发平台与操作系统平台 让开发人员可以通过网络撰写程序与服务 一般消费者也可以在上面运行程序 参与者 Google 微软 苹果 Yahoo等 下层分级 云设备InfrastructureasaService IaaS 将基础设备 如IT系统 数据库等 集成起来 像旅馆一样 分隔成不同的房间供企业租用 参与者 Intel IBM 戴尔 SUN 惠普 亚马逊等 智能控制与嵌入式系统 6 1 上层分级 云软件SoftwareasaService SaaS 它是一种通过Internet提供软件的模式 用户无需购买软件 而是向提供商租用基于Web的软件 来管理企业经营活动 相对于传统的软件 SaaS解决方案有明显的优势 种类丰富 统一的平台和编译环境会让云软件非常丰富 低成本 包括较低的前期成本 便于维护 快速展开使用 如浏览器 需求大 随着企业IT预算持续受到严格的审查和企业减少雇用技术人员 市场对SaaS解决方案有明显的需求 参与者 世界各地的软件开发者 智能控制与嵌入式系统 7 2 中层分级 云平台PlatformasaService PaaS 云计算时代相应的服务器平台或者开发环境作为服务进行提供就成为了PaaS PlatformasaService 将软件研发的平台作为一种服务 以SaaS的模式提交给用户 因此 PaaS也是SaaS模式的一种应用 在云计算应用的大环境下 PaaS的优势显而易见 开发简单 因为开发人员能限定应用自带的操作系统 中间件和数据库等软件级统一平台 这样将非常有效缩小开发和测试的范围 从而极大地减低开发测试的难度和复杂度 部署简单 虚拟器件方式部署的话 能将本来需要几天的工作缩短到几分钟 能将本来几十步操作精简到轻轻一击 可移植性强 能非常简单的将应用部署或者迁移到公有云上 以应对突发情况 维护简单 因为整个虚拟器件可能都是来自于同一个ISV IndependentSoftwareVendors的英文缩写 意为 独立软件开发商 所以任何软件升级和技术支持 只要和一个ISV联系 参与者 Google 微软 苹果 Yahoo等 智能控制与嵌入式系统 8 3 下层分级 云设备InfrastructureasaService IaaS 基础设施即服务 消费者通过Internet可以从完善的计算机基础设施获得服务 这类服务称为基础设施即服务 InfrastructureasaService IaaS 基于Internet的服务 如存储和数据库 是IaaS的一部分 如 IBM 戴尔 SUN 惠普 亚马逊 Amazon IaaS基础设施即服务优势 动态 在于它允许用户动态申请或释放节点 按使用量计费 资源无限 运行IaaS的服务器规模达到几十万台之多 用户因而可以认为能够申请的资源几乎是无限的 效率高 而IaaS是由公众共享的 因而具有更高的资源使用效率 参与者 Intel IBM 戴尔 SUN 惠普 亚马逊等 智能控制与嵌入式系统 9 智能控制与嵌入式系统 图4 云计算产业全景图 10 云计算 产业特征 1 倒金字塔形架构 从硬件基础设施 到SaaS服务界面以及无处不在的移动云中终端 全都实现标准化的无缝集成和整合 多方面的融合 单机虚拟化与多机虚拟化技术打造 结合网格计算 并行计算 费用计算优势 及各种基础设施与面向服务的WebServices SaaS计算等技术建立的无处不在的服务设施之间的融合 三层架构 SaaS面对最终用户提供服务 PaaS中间件承上启下整合软件资源 IaaS面对底层设施整合硬件资源 智能控制与嵌入式系统 11 云计算 产业特征 2 部署方式 私有云一般存在于内网和专网中 为单一机构服务 社区云一般存在云内网和专网以及VPN网络中 为多家关联机构服务 共有云面向互联网 服务于大众 混合云是上述两种或三种云的组合 关键功能 按需自助服务 泛在的网络访问方式 动态的资源池 快速可伸缩性 可计量的服务 基本特性 可自修复能力 通过单机虚拟化实现的同质性 广泛的地理分布 面向服务的SOA架构 低费用和先进的安全措施 智能控制与嵌入式系统 12 云计算服务特性 互联网上的云计算服务特征和自然界的云 水循环具有一定的相似性 因此 云是一个相当贴切的比喻 通常云计算服务应该具备以下几条特征 基于虚拟化技术 快速部署资源或获得服务实现动态的 可伸缩的扩展 按需求提供资源 按使用量付费通过方便的互联网提供 面向海量信息处理 相对个人 减少用户终端的处理负担降低了用户对于IT专业知识的依赖 智能控制与嵌入式系统 13 体系架构 云计算架构分为四层 1 其中有三层是横向的 分别是显示层 中间件层和基础设施层 通过这三层技术能够提供非常丰富的云计算能力和友好的用户界面 2 云计算架构还有一层是纵向的 称为管理层 是为了更好地管理和维护横向的三层而存在的 云计算核心技术 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 如Google通过MapReduce架构将数据拆成小块计算后再重组回来 而且BigTable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 以帮助数据快速穿过 云 智能控制与嵌入式系统 14 1 云计算架构 显示层 这层主要是用于以友好的方式展现用户所需的内容 并会利用到下面中间件层提供的多种服务 主要有五种技术 HTML 标准的Web页面技术 现在主要以HTML4为主 但是将要推出的HTML5会在很多方面推动Web页面的发展 比如视频和本地存储等方面 JavaScript 一种用于Web页面的动态语言 通过JavaScript 能够极大地丰富Web页面的功能 CSS CascadingStyleSheet 层叠样式表 主要用于控制Web页面的外观 而且能使页面的内容与其表现形式之间进行优雅地分离 Flash 业界最常用的RIA RichInternetApplications 技术 能够在现阶段提供HTML等技术所无法提供的基于Web的富应用 而且在用户体验方面 非常不错 Silverlight 来自业界巨擎微软的RIA技术 虽然其现在市场占有率稍逊于Flash 但由于其可以使用C 来进行编程 所以对开发者非常友好 智能控制与嵌入式系统 15 2 云计算架构 中间层 这层是承上启下的 它在下面的基础设施层所提供资源的基础上提供了多种服务 比如缓存服务和REST服务等 而且这些服务即可用于支撑显示层 也可以直接让用户调用 并主要有五种技术 REST 通过REST技术 能够非常方便和优雅地将中间件层所支撑的部分服务提供给调用者 多租户 就是能让一个单独的应用实例可以为多个组织服务 而且保持良好的隔离性和安全性 并且通过这种技术 能有效地降低应用的购置和维护成本 并行处理 为了处理海量的数据 需要利用庞大的X86集群进行规模巨大的并行处理 Google的MapReduce是这方面的代表之作 应用服务器 在原有的应用服务器的基础上为云计算做了一定程度的优化 比如用于GoogleAppEngine的Jetty应用服务器 分布式缓存 通过分布式缓存技术 不仅能有效地降低对后台服务器的压力 而且还能加快相应的反应速度 最著名的分布式缓存例子莫过于Memcached 智能控制与嵌入式系统 16 3 云计算架构 基础设施层 这层作用是为给上面的中间件层或者用户准备其所需的计算和存储等资源 主要有四种技术 虚拟化 也可以理解它为基础设施层的 多租户 因为通过虚拟化技术 能够在一个物理服务器上生成多个虚拟机 并且能在这些虚拟机之间能实现全面的隔离 这样不仅能减低服务器的购置成本 而且还能同时降低服务器的运维成本 成熟的X86虚拟化技术有VMware的ESX和开源的Xen 分布式存储 为了承载海量的数据 同时也要保证这些数据的可管理性 所以需要一整套分布式的存储系统 关系型数据库 基本是在原有的关系型数据库的基础上做了扩展和管理等方面的优化 使其在云中更适应 NoSQL 为了满足一些关系数据库所无法满足的目标 比如支撑海量的数据等 一些公司特地设计一批不是基于关系模型的数据库 智能控制与嵌入式系统 17 4 云计算架构 管理层 这层是为横向的三层服务的 并给这三层提供多种管理和维护等方面的技术 主要有下面这六个方面 帐号管理 通过良好的帐号管理技术 能够在安全的条件下方便用户地登录 并方便管理员对帐号的管理 SLA 服务等级协议 监控 对各个层次运行的虚拟机 服务和应用等进行性能方面的监控 以使它们都能在满足预先设定的SLA ServiceLevelAgreement 的情况下运行 计费管理 也就是对每个用户所消耗的资源等进行统计 来准确地向用户索取费用 安全管理 对数据 应用和帐号等IT资源采取全面地保护 使其免受犯罪分子和恶意程序的侵害 负载均衡 通过将流量分发给一个应用或者服务的多个实例来应对突发情况 运维管理 主要是使运维操作尽可能地专业和自动化 从而降低云计算中心的运维成本 智能控制与嵌入式系统 18 对比及演进 1 云计算常与网格计算 由一群松散耦合的计算机集组成的一个超级虚拟计算机 常用来执行大型任务 效用计算 IT资源的一种打包和计费方式 比如按照计算 存储分别计量费用 自主计算 具有自我管理功能的计算机系统 相混淆 所谓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 网格计算也是分布式计算的一种 是通过局域网或广域网提供的一系列分布式计算资源 而对终端用户或应用来讲 好像是一台大型虚拟计算机 这种构想是通过在个人 组织和资源之间实现安全 协调的资源共享 来创建虚拟动态的组织 网格计算是分布式计算的一种方法 作业调度是网格技术的核心 智能控制与嵌入式系统 19 对比及演进 2 并行计算或称平行计算是相对于串行计算来说的 所谓并行计算可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 自主计算是美国IBM公司于2001年10月提出的一种新概念 IBM将自主计算定义为 能够保证电子商务基础结构服务水平的自我管理 SelfManaging 技术 其最终目的在于使信息系统能够自动地对自身进行管理 并维持其可靠性 自主计算的核心是自我监控 自我配置 自我优化和自我恢复 计算机集群简称集群 是一种计算机系统 它通过软件和 或硬件把多台计算机以特殊的方式连接起来 协作完成指定的任务 云计算的基本原理是 通过使计算分布在大量的分布式计算机上 而非本地计算机或远程服务器中 企业数据中心的运行将更与互联网相似 这使得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和存储系统 许多云计算部署依赖于计算机集群 但与网格的组成 体系机构 目的 工作方式大相径庭 也吸收了自主计算和效用计算的特点 智能控制与嵌入式系统 20 云计算 CloudComputing 是分布式处理 DistributedComputing 并行处理 ParallelComputing 和网格计算 GridComputing 的发展 或是这些技术的商业实现 智能控制与嵌入式系统 图5 云计算的演进图 21 私有云 私有云 PrivateCloud 是将云基础设施与软硬件资源创建在防火墙内 以供机构或企业内各部门共享资源 创建私有云 除了硬件资源外 一般还有云设备 IaaS 软件 现在开放源代码的云设备软件主要有Eucalyptus和OpenStack 智能控制与嵌入式系统 22 云计算与物联网 物联云作为物联网应用的一种最新实现及交付模式 由普加智能信息公司 PujiaInc 首次提出并实现产业化 其特征在于将传统物联网中传感设备感知的信息和接受的指令连入互联网中 真正实现网络化 并通过云计算技术实现海量数据存储和运算 突出特点 1 为物联网应用提供海量的存储资源和大规模并行计算 2 提供统一的数据存储格式和数据处理及分析手段 3 提供应用集成的接口 4 大大简化应用的交付过程 降低交付成本 5 将物体信息接入互联网 真正实现了网络化 智能控制与嵌入式系统 23 智能控制与嵌入式系统 图6 物联云 24 发展历史 1983年 SunMicrosystems提出 TheNetworkisthecomputer 2006年3月 亚马逊 Amazon 推出弹性计算云 ElasticComputeCloud EC2 服务 2006年8月9日 Google首席执行官EricSchmidt在搜索引擎大会 SESSanJose2006 首次提出 云计算 CloudComputing 的概念 Google 云端计算 源于Google工程师克里斯托弗 比希利亚所做的 Google101 项目 2007年10月 Google与IBM开始在美国大学校园 包括卡内基梅隆大学 麻省理工学院 斯坦福大学 加州大学佰克利分校及马里兰大学等 推广云计算的计划 2008年1月30日 Google宣布在台湾启动 云计算学术计划 将与台湾台大 交大等学校合作 将这种先进的大规模 快速计算技术推广到校园 2008年7月29日 雅虎 惠普和英特尔宣布一项涵盖美国 德国和新加坡的联合研究计划 该计划要与合作伙伴创建6个数据中心作为研究试验平台 每个数据中心配置1400个至4000个处理器 2008年8月3日 美国专利商标局网站信息显示 戴尔正在申请 云计算 CloudComputing 商标 此举旨在加强对这一未来可能重塑技术架构的术语的控制权 2010年3月5日 Novell与云安全联盟 CSA 共同宣布一项供应商中立计划 名为 可信任云计算计划 TrustedClo