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第八章 云計算原理與技術

2020-09-13 08:06:46 其他

云計算的定義:
      云計算(cloud computing)是分布式計算的一種,指的是通過網路“云”將巨大的資料計算處理程式分解成無數個小程式,然后,通過多部服務器組成的系統進行處理和分析這些小程式得到結果并回傳給用戶。        云計算早期,簡單地說,就是簡單的分布式計算,解決任務分發,并進行計算結果的合并。因而,云計算又稱為網格計算。通過這項技術,可以在很短的時間內(幾秒種)完成對數以萬計的資料的處理,從而達到強大的網路服務。
      現階段所說的云服務已經不單單是一種分布式計算,而是分布式計算、效用計算、負載均衡、并行計算、網路存盤、熱備份冗雜和虛擬化等計算機技識訓合演進并躍升的結果。
概述
       “云”實質上就是一個網路,狹義上講,云計算就是一種提供資源的網路,使用者可以隨時獲取“云”上的資源,按需求量使用,并且可以看成是無限擴展的,只要按使用量付費就可以,“云”就像自來水廠一樣,我們可以隨時接水,并且不限量,按照自己家的用水量,付費給自來水廠就可以。
      從廣義上說,云計算是與資訊技術、軟體、互聯網相關的一種服務,這種計算資源共享池叫做“云”,云計算把許多計算資源集合起來,通過軟體實作自動化管理,只需要很少的人參與,就能讓資源被快速提供。也就是說,計算能力作為一種商品,可以在互聯網上流通,就像水、電、煤氣一樣,可以方便地取用,且價格較為低廉。
       總之,云計算不是一種全新的網路技術,而是一種全新的網路應用概念,云計算的核心概念就是以互聯網為中心,在網站上提供快速且安全的云計算服務與資料存盤,讓每一個使用互聯網的人都可以使用網路上的龐大計算資源與資料中心。
       云計算是繼互聯網、計算機后在資訊時代有一種新的革新,云計算是資訊時代的一個大飛躍,未來的時代可能是云計算的時代,雖然目前有關云計算的定義有很多,但總體上來說,云計算雖然有許多得含義,但概括來說,云計算的基本含義是一致的,即云計算具有很強的擴展性和需要性,可以為用戶提供一種全新的體驗,云計算的核心是可以將很多的計算機資源協調在一起,因此,使用戶通過網路就可以獲取到無限的資源,同時獲取的資源不受時間和空間的限制。
產生背景
互聯網自1960年開始興起,主要用于軍方、大型企業等之間的純文字電子郵件或新聞集群組服務。直到1990年才開始進入普通家庭,隨著web網站與電子商務的發展,網路已經成為了目前人們離不開的生活必需品之一。云計算這個概念首次在2006年8月的搜索引擎會議上提出,成為了互聯網的第三次革命。[2]
近幾年來,云計算也正在成為資訊技術產業發展的戰略重點,全球的資訊技術企業都在紛紛向云計算轉型。我們舉例來說,每家公司都需要做資料資訊化,存盤相關的運營資料,進行產品管理,人員管理,財務管理等,而進行這些資料管理的基本設備就是計算機了。[2]
對于一家企業來說,一臺計算機的運算能力是遠遠無法滿足資料運算需求的,那么公司就要購置一臺運算能力更強的計算機,也就是服務器。而對于規模比較大的企業來說,一臺服務器的運算能力顯然還是不夠的,那就需要企業購置多臺服務器,甚至演變成為一個具有多臺服務器的資料中心,而且服務器的數量會直接影響這個資料中心的業務處理能力。除了高額的初期建設成本之外,計算機的運營支出中花費在電費上的金錢要比投資成本高得多,再加上計算機和網路的維護支出,這些總的費用是中小型企業難以承擔的,于是云計算的概念便應運而生了。[2]
發展歷程
云計算這個概念從提出到今天,已經差不多10年了。在這10年間,云計算取得了飛速的發展與翻天覆地的變化。現如今,云計算被視為計算機網路領域的一次革命,因為它的出現,社會的作業方式和商業模式也在發生巨大的改變。[1]
追溯云計算的根源,它的產生和發展與之前所提及的并行計算、分布式計算等計算機技術密切相關,都促進者云計算的成長。但追溯云計算的歷史,可以追溯到1956年,ChristopherStrachey發表了一篇有關于虛擬化的論文,因為正式提出虛擬化。虛擬化則是今天云計算基礎架構的核心,是云計算發展的基礎。而后隨著網路技術的發展,逐漸孕育了云計算的萌芽。[1]
在上世紀的90年代,計算機網路出現了大爆炸,出現了以思科為代表以一系列公司,隨即網路出現泡沫時代。
云計算
1、虛擬化技術。
必須強調的是,虛擬化突破了時間、空間的界限,是云計算最為顯著的特點,虛擬化技術包括應用虛擬和資源虛擬兩種。眾所周知,物理平臺與應用部署的環境在空間上是沒有任何聯系的,正是通過虛擬平臺對相應終端操作完成資料備份、遷移和擴展等。[5]
2、動態可擴展。
云計算具有高效的運算能力,在原有服務器基礎上增加云計算功能能夠使計算速度迅速提高,最終實作動態擴展虛擬化的層次達到對應用進行擴展的目的。[5]
3、按需部署。
計算機包含了許多應用、程式軟體等,不同的應用對應的資料資源庫不同,所以用戶運行不同的應用需要較強的計算能力對資源進行部署,而云計算平臺能夠根據用戶的需求快速配備計算能力及資源。[5]
4、靈活性高。
目前市場上大多數IT資源、軟、硬體都支持虛擬化,比如存盤網路、作業系統和開發軟、硬體等。虛擬化要素統一放在云系統資源虛擬池當中進行管理,可見云計算的兼容性非常強,不僅可以兼容低配置機器、不同廠商的硬體產品,還能夠外設獲得更高性能計算。[5]
5、可靠性高。
倘若服務器故障也不影響計算與應用的正常運行。因為單點服務器出現故障可以通過虛擬化技術將分布在不同物理服務器上面的應用進行恢復或利用動態擴展功能部署新的服務器進行計算。[5]
6、性價比高。
將資源放在虛擬資源池中統一管理在一定程度上優化了物理資源,用戶不再需要昂貴、存盤空間大的主機,可以選擇相對廉價的PC組成云,一方面減少費用,另一方面計算性能不遜于大型主機。[5]
7、可擴展性。
用戶可以利用應用軟體的快速部署條件來更為簡單快捷的將自身所需的已有業務以及新業務進行擴展。如,計算機云計算系統中出現設備的故障,對于用來說,無論是在計算機層面上,亦或是在具體運用上均不會受到阻礙,可以利用計算機云計算具有的動態擴展功能來對其他服務器開展有效擴展。這樣一來就能夠確保任務得以有序完成。在對虛擬化資源進行動態擴展的情況下,同時能夠高效擴展應用,提高計算機云計算的操作水平。[5]
服務型別
通常,它的服務型別分為三類,即基礎設施即服務(IaaS)、平臺即服務(PaaS)和軟體即服務(SaaS)。這3種云計算服務有時稱為云計算堆疊,因為它們構建堆疊,它們位于彼此之上,以下是這三種服務的概述:[6]
1、基礎設施即服務IaaS)
基礎設施即服務是主要的服務類別之一,它向云計算提供商的個人或組織提供虛擬化計算資源,如虛擬機、存盤、網路和作業系統。[6]
2、平臺即服務(PaaS)
平臺即服務是一種服務類別,為開發人員提供通過全球互聯網構建應用程式和服務的平臺。Paas為開發、測驗和管理軟體應用程式提供按需開發環境。[6]
3、軟體即服務(SaaS)
軟體即服務也是其服務的一類,通過互聯網提供按需軟體付費應用程式,云計算提供商托管和管理軟體應用程式,并允許其用戶連接到應用程式并通過全球互聯網訪問應用程式。[6]
實作關鍵技術
云計算實作關鍵技術如下:
一、體系結構
實作計算機云計算需要創造一定的環境與條件,尤其是體系結構必須具備以下關鍵特征。第一,要求系統必須智能化,具有自治能力,減少人作業業的前提下實作自動化處理平臺智地回應要求,因此云系統應內嵌有自動化技術;第二,面對變化信號或需求信號云系統要有敏捷的反應能力,所以對云計算的架構有一定的敏捷要求。與此同時,隨著服務級別和增長速度的快速變化,云計算同樣面臨巨大挑戰,而內嵌集群化技術與虛擬化技術能夠應付此類變化。
云計算的分類
IaaS:虛擬化技術是IaaS的關鍵技術
PaaS:關鍵技術有并行編程技術、海亮資料庫、資源調度與監控、超大型分布式檔案系統等分布式并行計算平臺技術。
意義:使軟體提供成為一種互聯網服務。
        降低用戶使用軟體應用的門檻。
        領域代表者saleforce
        技術特點:在線應用。
云計算與分布式計算
       云計算是一個概念,實質上是把分布在網路上的服務器硬體及軟體資源整合起來以提供服務,如提供大型運算、網路儲存、云應用等。
云計算用到了許多技術,分布式計算就是它用到的其中一個技術。
云計算與網格計算
網格計算和云計算都是利用網路資源進行計算的方式。
它們的主要區別如下:
1、概念不同
網格計算是分布式計算的一種,是一門計算機科學。它指的是把一個需要非常巨大的計算能力才能解決的問題分成許多小的部分,然后把這些部分分配給許多計算機進行處理,最后把這些計算結果綜合起來得到最終結果;
云計算是分布式計算的一種,指的是通過網路“云”將巨大的資料計算處理程式分解成無數個小程式,然后,通過多部服務器組成的系統進行處理和分析這些小程式得到結果并回傳給用戶。
云計算體系結構
      它的體系結構大致分為3個層次:核心服務層,服務管理層、用戶訪問介面層。
     云計算核心服務層分為3個層IaaS、PaaS、SaaS
    IaaS提供硬體基礎設施部署服務,為用戶按需提供物體或虛擬的計算、存盤和網路等資源。在使用IaaS的程序中,用戶需要向IaaS服務提供商提供基礎設施的配置資訊,運行于基礎設施的程式代碼以及相關的用戶資料。為了優化硬體資源的分配,IaaS層引入了虛擬化技術。
      PaaS是云計算應用程式運行環境,提供應用程式部署與管理服務。通過paas層的軟體工具和開發語言應用程式,開發者只需上傳程式代碼和資料即可使用服務,而不必關注底層的網路存盤作業系統的管理問題。
SaaS是基于云計算基礎平臺所開發的應用程式,企業可以通過租用saaS層服務解決企業信息化問題。
資料存盤:云計算環境下的資料存盤通常稱為海量資料存盤或大資料存盤,大資料存盤與傳統的資料庫服務在本質上有著較大的區別。
      與google的mapreduce相似。microsoft公司于2010年12月推出了Dryad的公測版,Dryad通過分布式計算網路計算海量資料。Dryad采用基于有向五環圖DAG的并行模型。
虛擬化:技術主要有3個特點:資源共享、資源定制、細粒度資源管理。
goole云計算原理關鍵技術:GFS、mapreduce、bigtable
    

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