用户控制的云计算：透明计算-云计算操作系统-张尧学-中国工程院院士

张张尧尧学学[e-mail]@[e-mail]@[e-mail]@[e-mail]@moe.edu.cn20112011201120112011201120112011年年0505050505050505月月1919191919191919日日用户控制的云计算：透明计算////云计算操作系统目录目录�一、为什么提出用户控制的云计算？�二、透明计算可实现用户控制的云计算�三、透明计算////云计算操作系统一、为什么提出用户控制的云计算？一、为什么提出用户控制的云计算？1.11.11.11.1云计算不是超大型计算中心�一种新的计算模式（单机向网络化）�一种新的哲学模式（以机器为中心到以用户为中心）�一种新的服务模式（不知不觉、无处不在）一、为什么提出用户控制的云计算？一、为什么提出用户控制的云计算？1.21.21.21.2云计算的核心是为用户提供““““不知不觉、无处不在的服务””””�存储和运算分离存储：服务器运算：前端或指定机器�软件和硬件互不依存（IndependentIndependentIndependentIndependent）同一硬件平台：不同的软件平台同一软件平台：运行于不同的硬件平台�程序运算以流的模式二、透明计算可实现用户控制的云计算二、透明计算可实现用户控制的云计算把计算还原成不知不觉、用户可控的服务((((透明）一种Client/CustomerControlledCloudClient/CustomerControlledCloudClient/CustomerControlledCloudClient/CustomerControlledCloud�运算：虚拟化的前端�存储：网络化的云后端�管理：集中化的后端�终端：轻巧移动小型化的前端�服务：用户选择2.12.12.12.1什么是透明计算？2.22.22.22.2透明计算的技术特点特点1111：有一个BIOSBIOSBIOSBIOS之上,,,,传统OSOSOSOS之下的底层分布式OSOSOSOS标准接口：例如标准接口：例如标准接口：例如标准接口：例如EFIEFIEFIEFI（新一代（新一代（新一代（新一代BIOSBIOSBIOSBIOS））））X86X86X86X86MIPSMIPSMIPSMIPS数字电视板ARMARMARMARM透明计算操作系统透明计算操作系统透明计算操作系统透明计算操作系统调度与管理模块UEFIUEFIUEFIUEFI服务模块////协议UEFIUEFIUEFIUEFI服务模块////协议TNOSTNOSTNOSTNOS客户端TNOSTNOSTNOSTNOS服务器端UEFIUEFIUEFIUEFI服务模块////协议其他操作系统((((虚拟执行))))协议MRBPMRBPMRBPMRBPNSAPNSAPNSAPNSAPUDPUDPUDPUDP…………其他操作系统((((虚拟执行))))协议MRBPMRBPMRBPMRBPNSAPNSAPNSAPNSAPUDPUDPUDPUDP…………TNOSTNOSTNOSTNOS客户端其他操作系统其他操作系统其他操作系统特点2222：管理其他操作系统（也看做资源）等网络软硬件资源例如：特点3333：跨硬件平台、不知不觉的服务计算平台计算平台计算平台计算平台数字家电数字家电数字家电数字家电电话服电话服电话服电话服务务务务PCPCPCPC手机手机手机手机MIDMIDMIDMIDLIDLIDLIDLID不同硬件平台不同硬件平台不同硬件平台不同硬件平台电话电话电话电话服务服务服务服务同一服务同一服务同一服务同一服务透明操作系统客户端透明操作系统服务端MRBPMRBPMRBPMRBPNSAPNSAPNSAPNSAP…………特点4444：跨软件平台、不知不觉的服务有线或无线通信网络有线或无线通信网络有线或无线通信网络有线或无线通信网络终端系统终端系统终端系统终端系统(MID)(MID)(MID)(MID)电话电话电话电话计算计算计算计算电视电视电视电视InternetInternetInternetInternet卡拉卡拉卡拉卡拉OKOKOKOKDVDDVDDVDDVDQQQQQQQQiPodiPodiPodiPodPINMPINMPINMPINM操作系统操作系统操作系统操作系统网络网络网络网络终端终端终端终端不同服务不同服务不同服务不同服务不同操作系统不同操作系统不同操作系统不同操作系统服务服务服务服务透明操作系统服务端透明操作系统客户端MRBPMRBPMRBPMRBPNSAPNSAPNSAPNSAP…………不同硬件和网络平台BIOSBIOSBIOSBIOSBIOSBIOSBIOSBIOSBIOSBIOSBIOSBIOSBIOSBIOSBIOSBIOSBIOSBIOSBIOSBIOSBIOSBIOSBIOSBIOS透明操作系统服务器端BIOSBIOSBIOSBIOSBIOSBIOSBIOSBIOSBIOSBIOSBIOSBIOS特点5555：可管理////虚拟////轻载的端到端服务透明操作系统客户端透明操作系统客户端透明操作系统服务器端MRBPMRBPMRBPMRBPNSAPNSAPNSAPNSAPUDPUDPUDPUDP…………MRBPMRBPMRBPMRBPNSAPNSAPNSAPNSAPUDPUDPUDPUDP…………终端轻载终端轻载OS&APPOS&APPOS&APPOS&APP集中管理I/OI/OI/OI/OCPUCPUCPUCPU总线外存外存外存外存内存内存内存内存I/OI/OI/OI/OCPUCPUCPUCPU外存外存外存外存内存内存内存内存总线ServersServersServersServersClientsClientsClientsClients操作系统应用程序特点6666：服务是基于块流调度执行得到服务请求服务请求服务请求服务请求泛在网络服务响应（块）服务响应（块）服务响应（块）服务响应（块）云二、透明计算可实现用户控制的云计算二、透明计算可实现用户控制的云计算2.32.32.32.3透明计算示例局域环境下的多操作系统和多种类应用（OS的存储和运算分离）ClientClientClientClient1111ClientClientClientClient2222ClientClientClientClientnnnn存储计算////服务二、透明计算可实现用户控制的云计算二、透明计算可实现用户控制的云计算服务手机、服务家电服务器DataDataDataData1111DataDataDataData2222Internet/3GInternet/3GInternet/3GInternet/3G云（数据与程序）裸机（跨平台调度执行）二、透明计算可实现用户控制的云计算二、透明计算可实现用户控制的云计算2.4透明计算与云计算的比较�相同：1111、存储和计算分离（虚拟计算）2222、中央管理3333、面向服务�不同之处：1111、云计算::::服务器����终端透明计算::::终端((((可管理的虚拟客户端))))����服务器2222、云计算::::广域网存储及搜索、工具、应用透明计算::::可管理////虚拟////轻载终端////服务三、透明计算三、透明计算////////云计算操作系统云计算操作系统3.13.13.13.1OSOSOSOS的基本概念与变迁操作系统：管理和控制计算机系统中硬件和软件资源的系统软件20202020世纪40404040年代20202020世纪50505050年代20202020世纪60606060年代20202020世纪70707070年代20202020世纪80808080年代21212121世纪00000000年代无操作系统批处理系统多道程序系统分时系统新型操作系统............三、透明计算三、透明计算////////云计算操作系统云计算操作系统3.23.23.23.2操作系统的两条技术路线�传统操作系统(Windows,Linux,(Windows,Linux,(Windows,Linux,(Windows,Linux,SymbianSymbianSymbianSymbian))))�以单机作为资源管理和运行平台，基于冯····诺依曼结构�通过通信协议进行网络访问�功能日趋增多，庞大和复杂�新型操作系统(Chrome(Chrome(Chrome(Chrome、iOSiOSiOSiOS、TOSTOSTOSTOS等))))�以网络作为资源管理和运行平台，扩展冯····诺依曼结构�前端功能轻载化、虚拟化、移动化�减少用户管理，提高安全性和可用性�把传统操作系统也看作资源三、三、透明计算透明计算////////云计算云计算OSOSOSOSOSOSOSOS（底层的（底层的OSOSOSOSOSOSOSOS））3.33.33.33.3为什么要透明计算////云计算OSOSOSOS？�是取代单机OSOSOSOS还是把它们看作一类网络资源？�在多大范围内进行管理？�谁对底层网络资源进行管理????�谁统筹网络资源存储和调度????�谁安排和统筹提供为用户的服务????三、透明计算三、透明计算////////云计算云计算OSOSOSOSOSOSOSOS3.43.43.43.4关键技术�网络资源调度→虚拟计算与中央管理�网络中断////驱动→虚拟计算与服务�网络资源分配////回收→网络存储与管理�网络资源搜索与导航→搜索引擎和浏览器�网络文件系统→非结构化数据库�底层通信→新的传输协议�界面→便于服务�体系结构和硬件→网络化设计三、透明计算三、透明计算////////云计算云计算OSOSOSOSOSOSOSOS�单机的中断与驱动((((缺页中断、键盘中断等))))�网络的中断与驱动(boot(boot(boot(boot区启动中断、网络缺页中断等))))3.53.53.53.5技术问题示例：网络中断////驱动单机中断单机（有存储）中断恢复中断执行过程处理单机（无存储）中断恢复中断执行过程网络中断：传输传输网络中断处理服务器执行过程客户端客户端BIOSBIOSBIOSBIOSMetaOSClientMetaOSClientMetaOSClientMetaOSClient((((非驻留))))(MRBP(MRBP(MRBP(MRBPNASP)NASP)NASP)NASP)IOS(IOS(IOS(IOS(非驻留))))客户端客户端BIOSBIOSBIOSBIOSMetaOSClientMetaOSClientMetaOSClientMetaOSClient((((非驻留))))(MRBP(MRBP(MRBP(MRBPNASP)NASP)NASP)NASP)IOS(IOS(IOS(IOS(非驻留))))服务器服务器服务器服务器三、透明计算云计算三、透明计算云计算OSOSOSOSOSOSOSOS3.63.63.63.6示例TNOS(TransparentNetworkOperatingTNOS(TransparentNetworkOperatingTNOS(TransparentNetworkOperatingTNOS(TransparentNetworkOperatingSystem)System)System)System)服务器服务器虚拟网络IOIOIOIO管理虚拟存储管理网络中断总控网络虚拟交换与调度EFIEFIEFIEFIMRBPMRBPMRBPMRBP服务NSAPNSAPNSAPNSAP服务客户端客户端EFIEFIEFIEFIMetaOSClientMetaOSClientMetaOSClientMetaOSClient((((非驻留))))(MRBP(MRBP(MRBP(MRBPNASP)NASP)NASP)NASP)IOS(IOS(IOS(IOS(非驻留))))服务器协调数据高速处理与搜索主动服务