云计算基本概念及原理

1目录云计算基本概念云计算市场及产业发展状况云计算标准建设云计算关键技术云计算在运营商应用现状介绍2云计算起源云计算这个概念的直接起源来自亚马逊EC2产品和Google-IBM分布式计算项目。这两个项目中直接使用到了云计算这个概念和单词。为什么要采用这个单词，很大程度上与这两个项目与网络的关系十分密切，而“云”在很多示意图里面是表示互联网的，云计算的原始含义即将计算能力放在互联网上。3云计算–NIST定义云计算模型能以按需方式，通过网络，方便的访问云系统的可配置计算资源共享池(比如：网络，服务器，存储，应用程序和服务)。同时它以最少的管理开销及最少的与供应商的交互，迅速配置提供或释放资源。1879,ThedynamoCorporateDCIDC1882,Centralpowerstation云计算所倡导的是一种新的基于网络的IT服务的供给、消费、交付模式！4云计算原理在动态、多机构参与的虚拟组织中协同共享资源和求解问题同时使用多种计算资源解决计算问题的过程将需要巨大计算能力的问题分成许多小部分进行处理，最后综合结果分布式计算并行计算网格计算云计算5云计算的特点系统具备高度的扩展性和弹性，可以以即插即用的方式方便、快速地增加和减少资源提供一种或多种形式的计算或存储能力资源池，如物理服务器，虚拟服务器（虚拟机），事务和文件处理能力或任务进程（如并行计算），以及存储能力等资源池可通过抽象化方式提供，并能够同时为多种应用提供服务实现资源的自动分配管理，包括资源即时监控和自动调度等，并能够提供使用量监控和管理能够将分布于于多个物理地点的资源进行整合，提供统一的资源共享，并能在各物理地点间实现负载均衡由具备一定规模的多个节点组成的IT系统，系统规模几乎可以无限扩大5.跨地域1.大规模2.平滑扩展3.资源共享4.动态分配云计算（CloudComputing）：一种利用大规模低成本运算单元通过IP网络连接，以提供各种计算和存储服务的IT技术。6目录云计算基本概念云计算市场及产业发展状况云计算标准建设云计算关键技术云计算在运营商应用现状介绍7云计算产业架构云计算产业由云计算服务业、云计算制造业、基础设施服务业以及支持产业等组成。8云计算产业发展现状9云计算市场概述云计算应用(服务)可分为IaaS、PaaS、SaaS三类，国外云计算发展已初具规模，2010年市场规模为220亿美元，预计2014年将达到550亿美元，平均年增长率达到22%。操作系统+应用服务引擎应用系统基础设施应用平台应用软件(IaaS)(PaaS)(SaaS)InfrastructureasaService以服务的形式提供虚拟硬件资源，如虚拟主机/存储/网络/数据库管理等资源。典型应用：AmazonWebService(AWS)PlatformasaService提供应用服务引擎，如互联网应用编程接口/运行平台等。典型应用：GoogleAppEngine,Force.com,MicrosoftAzure服务平台SoftwareasaService用户通过Internet(如浏览器)来使用软件。用户不必购买软件，只需按需租用软件典型应用：GoogleDoc,Salesforce.com数据来源：IDC咨询公司、赛迪顾问•根据IDC公司预测，到2014年总体云计算收入将达到550亿美元，IaaS收入将达到250亿美元注：目前国际上没有统一的云计算收入统计标准，但云计算思想已被普遍接受。上述IaaS收入应包括真正的公有云服务、主机托管租赁等传统IDC服务及部分企业的私有云服务•赛迪顾问发布的《中国云计算产业发展白皮书》预测，2010年中国云计算规模超过100亿元。注：国内云计算收入也缺乏统一的统计标准，上述收入应该包括虚拟主机及软件租用服务的收入全球发展趋势云计算服务类型云计算发展现状国外国内国外云计算发展已初具规模国内尚在起步阶段$22B$5.5B$55B$25B01020304050602010E2011E2012E2013E2014ETotalGlobalCloudServicesIaaS云计算服务IaaS22%10云计算发展环境云计算物联网3G三网融合移动互联网11目录云计算基本概念云计算市场及产业发展状况云计算标准建设云计算关键技术云计算在运营商应用现状介绍12云计算标准化进展云计算技术和产业仍处于发展的初期阶段，目前云计算呈现出事实标准（包括企业私有标准与开源实现）和开放标准并存，且在应用中以事实标准为主的情况。随着云计算作为一种公共服务的属性不断加强，以及云间的互通和业务迁移需求不断提升，云计算的开放标准将成为重要的发展趋势。目前，全球范围内已经有50多个标准组织宣布进行云计算开放标准的制订。标准组织的主要研究领域包括以下几个方面：一是云计算的概念、架构与应用场景，NIST（美国国家标准研究院）已经提出了得到产业界公认的云计算概念与架构模型，ITU-T和ISO/IEC正在进行云计算技术架构和应用场景的研究，并形成了相关的研究报告；二是云计算业务的互操作，一些新兴的专门针对云计算的标准组织在这方面有一定的进展，包括OCC（开放云计算联盟）、GICTF（全球云间技术论坛）、CCIF（云计算互操作论坛）等；三是云计算安全，CSA（云计算安全联盟）是这一领域比较领先的组织，提出了云计算的七大安全威胁，ITU-T也在进行相关研究。13云计算标准化进展四是云计算相关技术，在资源与接口定义方面，DMTF（分布式管理任务组）与SNIA（全球网络存储工业协会）分别在统一虚拟机格式以及存储接口方面提出了技术标准，IEEE（美国电气和电子工程师协会）、IETF（互联网工程任务组）在云计算网络技术方面输出了较多成果，TGG（绿色网格组织）提出了绿色数据中心的评测指标；五是云计算的运维与资源管理，DMTF基于对IT系统管理的研究提出了云计算系统的管理模型，OASIS（结构化信息促进组织）正在进行云计算身份管理的研究。14目录云计算基本概念云计算市场及产业发展状况云计算标准建设云计算关键技术云计算在运营商应用现状介绍15云计算技术架构16云计算服务模式InfrastructureasaService（IaaS）PlatformasaService（PaaS）SoftwareasaService（SaaS）软件交付的模式：采用多租赁(Multitenant)方式通过浏览器把程序传给成千上万的用户。在用户眼中看来，这样会省去在服务器和软件授权上的开支；从供应商角度来看，这样只需要维持一个程序就够了，这样能够减少成本平台交付的模式：可以看成是IIaaS的延伸。这种形式的云计算把开发、部署环境作为服务来提供，可以创建自己的应用软件并部署在供应商的基础架构上运行，然后通过网络从供应商的服务器上传递给用户Computer交付的模式：也称为硬件即服务，或效用计算(UtilityComputing)，指的是最基本的计算资源、存贮资源、网络资源，用虚拟化的方法以租用方式提供给客户17云计算基础设施关键技术——服务器技术通用性低成本标准化可扩展云计算的大规模、低成本、高度弹性、自动管理等特征，对服务器提出新的要求X86服务器低成本，标准化程度高，符合IT系统云计算演进趋势通过构建X86服务器集群和云架构IT系统，能够在性能、可靠性等方面提供与传统UNIX服务器相当的能力，且能够实现更好的大规模扩展性，同时在成本、通用性、标准化等方面具有很大优势，也是IT系统降低成本、提高效率的必然选择IT系统从传统UNIX小型机+数据库架构向X86服务器集群和云计算架构演进，是IT系统云计算化的重要技术方向18X86服务器虚拟化UNIX服务器虚拟化服务器虚拟化技术分类隔离性高灵活性高App1App2HWOSApp1OS1App2OS2HW1HW2App1OS1App2OS2HWVMM操作系统级虚拟化在硬件之上构建虚拟层，建立多个逻辑分区或虚拟机硬件级虚拟化在硬件架构上实现物理隔离分区，电气化隔离应用级虚拟化在同一操作系统内，创建应用隔离容器•HPnPar，SUNDSD•HPvPar，SUNLD，IBMDLPar•HPSRP，SUNSalorisContainer，IBMWPar•VMWareESX，Xen，KVM，Hyper-V•ParallelsVirtuozzo19X86服务器虚拟化技术架构操作系统级虚拟化应用级虚拟化原理：虚拟层是通过创建虚拟操作系统实例实现的，它再指向根操作系统的关键系统文件，这些指针驻留在操作系统容器受保护的内存中，提供低内存开销应用分析：虚拟化实例的密度很大，维护效率高；但隔离性差，应用对根操作系统的破坏，其他客户机也会跟着被破坏，实际应用较少原理：hypervisor通过一个软件层在现有操作系统上实现硬件虚拟化，与容器架构不一样，II型客户机提供了一个完整的、独立的、无依赖的客户机操作系统副本，通常利用半虚拟化驱动网络和I/O提高客户机性能应用分析：由于虚拟化功能必须通过宿主操作系统，客户机的性能大大低于裸金属架构，可用于开发/测试或桌面类应用程序原理：该类hypervisor直接运行在系统硬件上，提供了更好的客户机性能。通过处理器虚拟化扩展增强，包括英特尔VT和AMD-V技术，hypervisor的性能得到大幅度提升应用分析：隔离性和性能表现均衡，目前是X86服务器虚拟化企业应用的主流选择App1OS1App2OS2HWVMMApp1OS1App2OS2HWVMMHOSTOSApp1App2HWOSOSVirtualizationTypeI：裸金属架构TypeII：寄居架构容器架构20云计算基础设施关键技术——存储技术分布式云存储：易管理，低成本，高可扩展利用专有的、定制设计的硬件组件和互连接口，专门设计集成在一起的，以实现目标设计的性能和可靠性目标采用标准X86架构服务器大规模集群实现，每个模块都是一个离散的处理单元，所有的模块都通过一个可扩展的网络进行连接出于成本及开放性的要求，分布式存储在今后几年的时间内将部分取代传统盘阵存储，该过程正在从非关键性数据和文件存储领域扩展到较关键的数据库存储领域引入分布式存储（云存储）技术，逐步对现有的盘阵存储方式进行替代，实现低成本、高效率的海量数据存储和数据处理传统盘阵存储：复杂和高成本21存储虚拟化▪实现方式：一般由操作系统下的逻辑卷管理软件完成（安装客户端软件），不同操作系统的逻辑卷管理软件也不相同▪优点是性能损耗小，缺点是占用主机资源，主机数量越多，实施/管理成本越高▪代表产品：赛门铁克SF存储虚拟化（FCSAN）使服务器的存储空间可以跨越多个异构的磁盘阵列，常用于解决阵列间利用率不均衡或在不同磁盘阵列之间做数据镜像保护等问题SAN服务器磁盘阵列基于主机的虚拟化SAN服务器磁盘阵列基于存储设备的虚拟化SAN+虚拟化引擎服务器磁盘阵列基于存储网络的虚拟化▪实现方式：在存储控制器上添加虚拟化功能，常见于中高端存储设备▪优点是不占主机资源，技术成熟度高，缺点是消耗存储控制器的资源；异构厂家盘阵的高级存储功能将不能使用▪代表产品：HPUSPV▪实现方式：通过在存储域网（SAN）中添加虚拟化引擎实现▪优点是架构合理，不占用主机和设备资源，缺点是存储阵列的兼容性需要严格验证，原有盘阵的高级存储功能将不能使用高▪代表产品：IBMSVC，EMCVPlex，HPSVSP22存储虚拟化技术适用原则基于主机的虚拟化方案对现有硬件架构没有变动，适于对关键应用解决异构互联问题，由于需要在所有主机上安装管理软件，给后期维护带来一定影响，原有数据迁入必须进行格式转换，实际实施中也需要进行充分风险评估；测试环境中采用时，必须与业务支撑生产环境保持一致性，需要考虑现网主机是否使用SF方案基于网络的虚拟化方案适用范围广，提供产品的厂家最多，网络层虚拟化架构最为合理，但由于引入新的硬件设施，会带来新的故障点和转发性能开销，在对性能要求苛刻的场景需要充分评估基于设备的虚拟化方案虚拟化技术成熟，应用风险小，被整合的存储设备容易地继承存储虚拟化阵列一些固