計算機云計算的原理與應(yīng)用

　　近年來，計算機云計算在公眾視野中頻現(xiàn)，引發(fā)公眾對于云計算的關(guān)注與探討，在此小編與大家共同探討云計算的原理及應(yīng)用。

　　一、 基本原理

　　云計算的基本原理是將用戶所需的計算分布在數(shù)量無限的分布式計算機上，而非本地計算機或遠程服務(wù)器中，使得企業(yè)數(shù)據(jù)中心的運行類似于互聯(lián)網(wǎng)，企業(yè)能夠?qū)①Y源切換到需要的應(yīng)用上，根據(jù)需求訪問計算機及其存儲系統(tǒng)。就像從古老的單臺發(fā)電機模式轉(zhuǎn)向了電廠集中供電的模式，從而意味著計算能力透過互聯(lián)網(wǎng)來作為一種商品進行流通，如同水電一樣，取用方便，費用低廉。

　　目前，云計算有IaaS、PaaS和SaaS三種類型，不同的廠家提供不同的解決方案，但沒有形成統(tǒng)一的技術(shù)體系架構(gòu)。筆者綜合不同廠家的方案，提出了一個如圖2所示，供大家商榷的云計算體系架構(gòu)。云計算技術(shù)體系架構(gòu)可分為物理資源層、資源池層、管理中間件層和SOA構(gòu)建層等4層。其中，物理資源層包括計算機、內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)設(shè)施、數(shù)據(jù)庫和軟件等。資源池層是將大量相同類型的資源構(gòu)成同構(gòu)或接近同構(gòu)的資源池，如計算資源池、數(shù)據(jù)資源池等，資源池構(gòu)建主要是物理資源的集成和管理工作。管理中間件層負責對云計算的資源進行管理，并對眾多應(yīng)用任務(wù)進行調(diào)度，使資源能夠高效、安全地為應(yīng)用提供服務(wù)。SOA構(gòu)建層是將云計算能力封裝成標準的Web Services服務(wù)，并納入到SOA體系進行管理和使用，包括服務(wù)注冊、查找、訪問和構(gòu)建服務(wù)工作流等。管理中間件層和資源池層是云計算技術(shù)的最關(guān)鍵部分，SOA構(gòu)建層的功能更多依靠外部設(shè)施提供。

　　二、主要特征與技術(shù)特點

　　云計算服務(wù)是由多組機群系統(tǒng)或一個類似網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的用戶體驗所構(gòu)成。用戶操作的響應(yīng)完全由云端多組不同用處的機群來承擔，用戶依托瀏覽器所呈現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)來獲得一個親切、豐富的用戶體驗。

　　(1)主要特征

　　目前，云計算的主要特征可概括為6個方面。其一是自主計算，即“可自我管理的計算機系統(tǒng)”。其二是客戶服務(wù)器模式，即客戶端服務(wù)器計算主要通過引用分布式應(yīng)用程序來區(qū)分服務(wù)提供者(服務(wù)器)和服務(wù)請求者(客戶端)。其三是網(wǎng)格計算，即采用一種由集群網(wǎng)絡(luò)化和松散耦合計算機的協(xié)同來構(gòu)建可執(zhí)行巨大任務(wù)的‘超級計算機及其虛擬” 。其四是大型主機，即面向海量信息處理，存儲等的功能強大計算機及其應(yīng)用程序。其五是效用計算，即依托類似公用事業(yè)計量服務(wù)的“計算資源”，如計算和存儲系統(tǒng)。其六是P2P，即采用點對點(P2P)方式所組成的一個沒有中心協(xié)調(diào)的分布式結(jié)構(gòu)體系。

　　(2)技術(shù)特點

　　基于云計算應(yīng)用的現(xiàn)狀，云計算的技術(shù)特點可歸納如下：

　�、� 基于虛擬化技術(shù)快速資源部署或服務(wù)獲取

　　云計算支持用戶在任意位置、使用各種終端來獲取應(yīng)用服務(wù)，并依托服務(wù)器端的虛擬化技術(shù)來實現(xiàn)全部的計算工作。云端的終端虛擬化、存儲虛擬化等技術(shù)代替用戶實際計算機的存儲設(shè)備和運算設(shè)備，數(shù)據(jù)運算將變成可共享的公共資源。

　�、� 動態(tài)、可伸縮擴展，資源按需供給、按量付費，降低成本

　　云計算在客戶需要云計算提供更多服務(wù)器支持，能夠按照用戶實際需要，擴展網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和服務(wù)能力，動態(tài)調(diào)整有關(guān)服務(wù)器配置等資源來滿足用戶需求。云計算可實現(xiàn)企業(yè)按需服務(wù)需求，只為所使用服務(wù)付費。企業(yè)可隨需增減所需的處理器、內(nèi)存、帶寬和存儲系統(tǒng)等，并可根據(jù)季度和周工作需求的變化來動態(tài)調(diào)整資源需求，從而降低成本。就如同水電使用按需而取，按量收費一樣，進而大幅降低中小企業(yè)設(shè)備建構(gòu)與擴充增強的成本。

　�、� 通過互聯(lián)網(wǎng)提供、面向海量信息處理、用戶參與便利

　　網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供者通過云計算技術(shù)可在數(shù)秒內(nèi)處理數(shù)以千萬計甚至億計的信息，達到與“超級計算機”同樣強大的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。用戶只要向服務(wù)提需求，擁有可上網(wǎng)終端，如手機、手持計算機等，就可從互聯(lián)網(wǎng)上獲得信息資源和信息能力，如帶寬、存儲空間、計算能力，就能夠隨時隨地、方便、低廉、快速地獲得信息、處理信息、交流信息和展示信息。

　�、� 高可靠性與低碳環(huán)保

　　云計算采用了數(shù)據(jù)多副本容錯、計算節(jié)點同構(gòu)可互換等措施來保障服務(wù)的高可靠性，使用云計算比使用本地計算機可靠性更高。通過云廣計算不僅能夠有效利用服務(wù)器端資源，還能夠方便地對數(shù)據(jù)中心進行整合，大大降低了客戶端設(shè)備的能耗，加大了更新周期，符合社會低碳、環(huán)保的發(fā)展潮流。

　　當然，云計算在使用時，還存在一些亟待完善的不足。其一是云計算的不穩(wěn)定性，即在網(wǎng)絡(luò)無法使用時，企業(yè)的系統(tǒng)將嚴重癱瘓，造成嚴重損失。其二是云計算依賴性，即企業(yè)將基礎(chǔ)設(shè)施建構(gòu)在云計算上，會對云計算產(chǎn)生嚴重依賴，若未來云服務(wù)提供商予取予求，企業(yè)就缺乏應(yīng)對籌碼。其三是安全性，在技術(shù)不完備和法律保障不健全的環(huán)境下，企業(yè)將機密敏感數(shù)據(jù)存放于他人手中，泄漏機密的幾率較大，用戶如何應(yīng)對。

　　三、 云層次

　　新興的云計算作為一種將巨大系統(tǒng)池連接在一起提供各種IT服務(wù)的共享基礎(chǔ)體系，可以替我們完成各種存儲和計算工作。整體上看，云層次包括客戶端、云服務(wù)、云平臺服務(wù)、基礎(chǔ)設(shè)施以及服務(wù)器等五大要件。

　　(1)客戶端

　　云客戶端包括計算機硬件和軟件，通過與云計算的應(yīng)用交互來便利地獲取與使用所需的各項功能。在云客戶端，只需要擁有一臺具備與互聯(lián)網(wǎng)連接的計算機、手機或其它電子設(shè)備，擁有操作系統(tǒng)和瀏覽器，就能夠方便的獲取和使用云計算服務(wù)。

　　(2)云服務(wù)

　　云服務(wù)SaaS是由軟件提供的，是一種客戶按使用時間或使用量付費的應(yīng)用軟件新銷售方式。對用戶來說，他們不再需要關(guān)心軟件的安裝和升級，也不需要一次性購買軟件許可證，而是根據(jù)租用服務(wù)的實際情況按需付費。從而為用戶提供了更廣闊的增值機會和創(chuàng)新途徑，降低了軟件應(yīng)用和服務(wù)的成本。

　　(3)云平臺服務(wù)

　　云平臺服務(wù)PaaS是指將服務(wù)器平臺作為一種服務(wù)提供的新商業(yè)模式。與通過網(wǎng)絡(luò)進行程序提供服務(wù)的SaaS不同， PaaS實際上是一種將相應(yīng)服務(wù)器平臺或者開發(fā)環(huán)境作為服務(wù)軟件研發(fā)的平臺服務(wù)，最終產(chǎn)品以SaaS模式提交給用戶。因此，PaaS也是SaaS的一種模式。

　　(4)基礎(chǔ)設(shè)施

　　云計算的基礎(chǔ)設(shè)施即IaaS，是指將經(jīng)過虛擬化的硬件資源和相關(guān)管理功能集合，亦指用于支持操作的外包設(shè)備，包括存儲、硬件、服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)組件等。這種服務(wù)通常是通過一個公用計算基礎(chǔ)計費和資源消耗數(shù)量計費來收費，并給予相應(yīng)的服務(wù)提供支持。

　　(5)服務(wù)器

　　服務(wù)器層包括服務(wù)器的計算機硬件和軟件,以及專門為云端服務(wù)器設(shè)計的產(chǎn)品交互，多內(nèi)核處理器連接，云特定的操作系統(tǒng)的指定等。云端服務(wù)器通過數(shù)量可無限擴展的網(wǎng)間服務(wù)器關(guān)聯(lián)來完成用戶多元化需求的滿足和定制。

　　四、云計算和其它計算的比較

　　由于云計算的發(fā)展迅猛，時下公眾常常會將云計算與網(wǎng)格計算、效用計算、自主計算相混淆。事實上，云計算是以計算機集群為基礎(chǔ)的，也吸收了自主計算和效用計算的優(yōu)勢，但在網(wǎng)絡(luò)的組成、體系機構(gòu)、目的、工作方式卻大相徑庭。其與其它計算的比較分述如下：

　　云計算與叢集計算相比，盡管云計算部分底層是由叢集計算所構(gòu)成，像負載平衡或備援技術(shù)，但云計算重在提供服務(wù)，而叢集計算則更注重高效能以及串連各種CPU的計算能力，昂貴的建置成本，大多數(shù)用戶是無法承受的。

　　云計算與網(wǎng)格計算相比，云計算強調(diào)專有，任何人都可獲取自己的專有資源，并且這些資源是由外部提供，用戶無需貢獻自己的資源。在云計算中，計算資源被轉(zhuǎn)換成適應(yīng)工作負載的形式，既支持網(wǎng)格類型的應(yīng)用環(huán)境，也支持非網(wǎng)格環(huán)境。云計算還注重事務(wù)性應(yīng)用，大量的單獨請求，可自動或半自動地實現(xiàn)擴展。而網(wǎng)格計算強調(diào)資源共享，任何人都可以作為請求者使用其它節(jié)點的資源，任何人都需要貢獻一定資源給其它節(jié)點。網(wǎng)格計算強調(diào)將工作量轉(zhuǎn)移到遠程可用的計算資源上，注重并行的計算集中性需求，要么在分布式的計算資源支持下作為服務(wù)被提供在線計算或存儲，要么在一個松散連接的計算機網(wǎng)絡(luò)所構(gòu)成的一個虛擬超級計算機上執(zhí)行大規(guī)模任務(wù)，并且難以自動擴展。此外云計算與網(wǎng)格計算的最大差異在于計算量，云計算大都以單一主機服務(wù)用戶，偏向量少而次多的計算。而網(wǎng)格計算是以多主機來做計算支持，在次少而量大的計算時更有效率，網(wǎng)格計算域內(nèi)的計算機資源可互相支持，不會有資源用盡的疑慮。

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