云计算架构比较和关键技术讲解

云计算——CloudComputing近年来，云计算已成为IT业界最热门的研究方向之一。几乎所有的主流IT厂商都在谈论云计算，既包括硬件厂商（IBM、英特尔等）、软件开发商（微软等），也包括互联网服务提供商（Google、Amazon等）和电信运营商（AT&T、中国移动等）。这些企业覆盖了整个IT产业链，构建了一个完整的云计算生态系统。引言2引言3云计算的最终目标是将计算、服务和应用作为一种公共设施提供给公众，使人们能够像使用水、电、煤气和电话那样使用计算机资源。引言41.云计算概述2.云计算体系结构3.云计算关键技术4.云计算研究现状5.云计算机遇与挑战6.云计算与分布式处理目录51.1云计算起源•2006年3月，亚马逊推出弹性计算云服务。•2006年8月9日，Google首席执行官埃里克·施密特在搜索引擎大会首次提出“云计算”的概念。•2007年10月，Google与IBM开始在美国大学校园，推广云计算的计划，这项计划希望能降低分散式计算技术在学术研究方面的成本，并为这些大学提供相关的软硬件设备及技术支持。•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，推出云计算研究测试床，推进云计算。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，戴尔正在申请“云计算”商标。戴尔在申请文件中称，云计算是“在数据中心和巨型规模的计算环境中，为他人提供计算机硬件定制制造”。61.1云计算起源•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”。•2010年7月，美国国家航空航天局和包括Rackspace、AMD、Intel、戴尔等支持厂商共同宣布“OpenStack”开放源代码计划。•微软在2010年10月表示支持OpenStack与WindowsServer2008R2的集成；而Ubuntu已把OpenStack加至11.04版本中。•2011年2月，思科系统正式加入OpenStack，重点研制OpenStack的网络服务。71.1云计算起源（续）•计算资源的演进：从集中到分步再到集中计算时代网络时代云时代81.2云计算发展路线91.2.1并行计算10•ParallelComputing–是指同时使用多种计算资源解决计算问题的过程，其主要目的是快速解决大型且复杂的计算问题–特点：把计算任务分派给系统内的多个运算单元•并行机的多CPU和多存储器–并行计算问题的特征•将工作分离成离散部分，有助于同时解决•随时并及时地执行多个程序指令（多CPU同时运行）•多计算资源下解决问题的耗时要少于单个计算资源下的耗时1.2.2分布式计算11•DistributedComputing–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。–特点：把计算任务分派给网络中的多台独立的机器–优点：•稀有资源可以共享•通过分布式计算可以在多台计算机上平衡计算负载•可以把程序放在最适合运行它的计算机上1.2.3云计算12硬件为中心软件为中心服务为中心PCC/S云计算数据在云端：不怕丢失，不必备份；软件在云端：不必下载自动升级；无所不在的计算：在任何时间、任何地点、任何设备登录即可进行计算服务；强大的计算：空间大，快速度。1.2.3云计算（续）13电：从购买发电设备到购买电力服务信息：从购买软硬件到购买信息服务发电机现代发电厂计算软件存储信息服务提供商有了云计算，广大用户无需自购软、硬件，甚至无需知道是谁提供的服务，只关注自己真正需要什么样的资源或者得到什么样的服务。1.3云计算定义•维基百科：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。•Google：将所有的计算和应用放置在“云”中，设备终端不需要安装任何东西，通过互联网络来分享程序和服务。•微软：认为云计算的应是“云+端”的计算，将计算资源分散分布，部分资源放在云上，部分资源放在用户终端，部分资源放在合作伙伴处，最终由用户选择合理的计算资源分布。•美国国家标准与技术实验室：云计算是一个提供便捷的通过互联网访问一个可定制的IT资源共享池能力的按使用量付费模式（IT资源包括网络，服务器，存储，应用，服务），这些资源能够快速部署，并只需要很少的管理工作或很少的与服务供应商的交互；到目前为止，云计算还没有一个统一的定义。云计算领先者如Google、Microsoft等IT厂商，依据各自的利益和各自不同的研究视角都给出了对云计算的定义和理解。141.3云计算定义(续)狭义云计算狭义云计算是指IT基础设施的交付和使用模式，通过网络以按需、易扩展的方式获得所需的资源（硬件、平台、软件）。广义云计算广义云计算是指服务的交付和使用模式，通过网络以按需、易扩展的方式获得所需的服务。这种服务可以是IT和软件、互联网相关的，也可以是任意其它的服务。151.4云计算基本特征16TextTextText经济性可靠性安全性ConceptTextTextTextTextTextText云端/终端共享性低成本性多样性高效性敏捷性虚拟性Text环保性松散耦合大规模协同实时同步云端终端1.5云计算优势17按需服务快速服务通用性高可靠性极其廉价超大规模虚拟化高扩展性1.6云计算模式18软件即服务（SaaS）——SoftwareasaService平台即服务（PaaS）——PlatformasaService基础设施既服务（IaaS）——InfrastructureasaService1.6云计算模式(续)19服务多租赁化平台可伸缩化资源虚拟化云计算的服务体系1.6.1软件即服务（SaaS）20提供给客户的服务是服务商运行在云计算基础设施上的应用程序，可以在各种客户端设备上通过瘦客户端界面访问，比如浏览器。客户不需要管理或控制的底层的云计算基础设施，包括网络、服务器、操作系统、存储，甚至单个应用程序的功能.如：GoogleAPPS、SoftWare+Services；1.6.2平台即服务（PaaS）21提供给客户的是将客户用供应商提供的开发语言和工具（例如Java，python,.Net）创建的应用程序部署到云计算基础设施上去。客户不需要管理或控制的底层的云基础设施，包括网络、服务器、操作系统、存储，但客户能控制部署的应用程序，也可能控制应用的托管环境配置。如：IBMITFactory、GoogleAPPEngine、Force.com；SaaS&PaaS示例22定制化硬件，集装箱式数据中心云计算IT平台GoogleAppEngine(GAE)Dynamic,ScalableRuntimePython&DjangoPAASGoogleAccountsGAEDatastoreGDataSocialGraphAPIOthersGoogle应用托管的第三方应用Google云计算IT架构搜索广告VoIP/IM地图服务照片分享邮件视频分享办公套件日历GFSBigTableMapReduce集群管理－SaaS&PaaS1.6.3基础设施即服务（IaaS）23提供给客户的是出租处理能力、存储、网络和其它基本的计算资源，用户能够部署和运行任意软件，包括操作系统和应用程序。客户不管理或控制的底层的云计算基础设施，但能控制操作系统、储存、部署的应用，也有可能选择网络组件（例如，防火墙，负载均衡器）。如：AmazoEc2、IBMBlueCloud、SunGrid；实例24战略：利用内部IT资源平台，对外提供IT公用服务作为云计算的推动者，Amazon历经2年多时间形成了基本成熟的云计算服务商业模式计算，存储，带宽等IT基础设施出租Web基础能力，电子商务基本能力作为服务出租按需使用，按需付费网上支付客户互联网应用开发者企业（纳斯达克，纽约时报）面向全球，目前主要集中在北美和欧洲，09年已经启动中国市场拓展合作伙伴IBM、Microsoft、Oracle、Google、AppleAmazonTechnologyPlatform（计算，存储，网络）EC2S3SimpleDBSQSDevPayFPSMTAlexaSearchFWSOther…计算支付订单履行搜索人工智能AWS–AmazonWebServices存储数据库消息队列计费其他设施能力进展到08年11月为止，已经有45万开发者基于AmazonAWS开发Web应用存储对象数从07年4月份50亿增长到08年10月份的290亿，在一年半的时间里增长6倍08年云服务收入约4亿美金251.7云计算部署模式26类型特征公共云（1）一般由大型IT服务商利用自己的云基础架构，向所有用户提供云计算服务；（2）用户可以通过互联网访问公共云中的服务，但不能长期独占；（3）云端提供的服务具有通用性；私有云（1）组织机构自己搭建云基础架构，面向组织机构内部或特定客户；（2）组织机构对自己的云计算平台具有自主权，可以根据自己的需求进行自主创新；（3）云端提供的服务具有针对性；混合云（1）组织机构同时混合使用公共云和私有云；（2）组织机构对私有云具有自主权，但对公共云没有自主权；（3）组织机构可以在公共云提供的通用服务基础上，运用自己的私有云，开发具有针对自己需求的混合云。部署层次的类型27平台即服务PlatformasaServiceHighVolumeTransactionsSoftwareasaService服务器网络存储Metering监控计费服务云开发云企业云多租赁安全中间件协作业务服务CRM/ERP/HR定制服务数据中心虚拟化，动态供应服务管理J2EEOn-ramps服务封装Ajax开发On-ramps开发工具与其他云的互操作软件即服务基础设施即服务1.7云计算部署模式（续）1.8云计算推动力量28虚拟化技术宽带的普及互联网应用增加服务器浏览器开发技术的进步IT基础设施利用率低下数据中心能耗问题突出IT管理与维护成本提高….云计算的基本原理是通过使计算分布在大量的计算服务器上，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。2云计算体系结构292.1云计算体系逻辑结构用户互动界面系统管理资源工具服务器服务目录监控和测定30云用户端：提供云用户请求服务的交互界面，也是用户使用云的入口，用户通过Web浏览器可以注册、登录及定制服务、配置和管理用户。打开应用实例与本地操作桌面系统一样。服务目录：云用户在取得相应的权限后可以选择或定制的服务列表，也可以对已有服务进行退订的操作，在云用户端界面生产相应的图标或列表的形式展示相关服务。2.1云计算体系逻辑结构(续)31管理系统和部署工具：提供管理和服务，能管理云用户，能对用户授权、认证、登录进行管理，并可以管理可用计算资源和服务，接收用户发送的请求，根据用户请求转发相应的程序，调度资源智能地部署资源和应用，动态部署、配置和回收资源。监控：监控和计量云系统资源的使用情况，以便做出迅速反应，完成借点同步配置、负载均衡配置和资源监控，确保资源能顺利分配给合适的用户。服务器集群：虚拟的或物理的服务器，由管理系统来管理负载、高并发量的用户请求处理、大运算量计算处理、用户Web应用服务，云数据存储时采用相应数据切割算法，采用并行方式上传和下载大容量数据。用户可以通过云用户端从列表中选择所需的服务，其请求通过管理系统调度相应的资源，并通过部署工具分发请求、配置Web应用。2.2云计算技术系统结构3233云计算技术体系结构分为4层：物理资源层、资源池层、管理中间件层和SOA构建层（如上图）；物理资源层包括计算机、存储器、网络设施、数据库和软件等；资源池层是将大量相同类型的资源构成同构或接