19063编号详解云计算技术

《19063编号详解云计算技术》由会员分享，可在线阅读，更多相关《19063编号详解云计算技术（8页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、摘要：云计算(Cloud computing)是当今 IT 界的热门技术，借助云计算，网络服务提供者可以在瞬息之间， 处理数以千万计甚至亿计的信息，实现和超级计算机同样强大的效能。同时，用户可以按需弹性地使用这 些资源和服务，从而实现将计算作为一种公用设施来提供的梦想。本文首先介绍了云计算的基本概念、组 成部分、技术要点和国内外发展情况，然后分别从服务器虚拟化、存储虚拟化、应用虚拟化、平台虚拟化 和桌面虚拟化五个方面重点介绍虚拟化技术同云计算之间密不可分的关系。 1、云计算概念简介1、云计算概念简介 对于云计算，人们有着不同的理解和定义。本文认为，云计算是一种大规模资源整合的 思想。云计算是

2、IT 界未来发展的必然趋势，所谓“天下大势，分久必合，合久必分”，IT 界亦然。 1946 年 2 月 15 日，世界上第一台电脑 ENIAC 诞生，占地十几间屋子，计算机行业也随 着这个庞然大物应运而生。之后 IT 界开始了第一次“分”的过程，即个人电脑的诞生。随 着网络的出现， IT 界出现了第一次 “合” 的过程， 如 Client/Server 架构、 万维网 WWW、 Email 等都是由高性能服务器通过网络为多个客户提供服务。但是，随着用户数量不断增加，服务 器端的负荷越来越重，这种模式的瓶颈由于那个年代有限的资源(如带宽、计算、存储等)而 变的越发严重， 所以第二次 “分” 的时

3、代来临， 如分布式计算、 点对点 P2P 技术、 网格计算(Grid Computing)、Web2.0 等。每个用户(Peer)既是被服务者同时也是服务者，大家共同分担庞 大的计算、传输及存储任务。由此而诞生的企业有 PPStream、YouTube、维基百科等。 为方便理解以上云的思想， 可从图 1 的类比来进行阐述和表达。 “服务器群” 类似于 “发 电机”提供“电力”资源 ； 虚拟技术类似于“变压装置”使电压成倍增加或降低，从而实现 弹性计算 ； 资源调度器类似于“整流装置”，可以整合各个“发电站”的电力进行集中供电 ； 服务管理器传送云服务，类似于“电力传输设备”，可以统一提供和管理

4、 IaaS(基础设施即 服务)、PaaS(平台即服务)和 SaaS(软件即服务)等一系列云服务；安全监控系统类似于“保 险装置”，可以保证传输过来的“电”安全可靠，不会由于异常情况(如短路)损害家电和人 身安全；云电脑、云手机等终端设备类似于家电，可以通过他们获取“电”(云资源)。 2、云计算在国内外发展情况简述2、云计算在国内外发展情况简述 尽管云计算的思想已经孕育很久， 但在美国取得蓬勃发展也只是最近五六年的事情。 中 国近一两年也在云计算方面有了长足发展。 2.1 云计算在美国的发展情况2.1 云计算在美国的发展情况 2003 年，美国国家科学基金(NSF)投资 830 万美元支持由美国

5、七所顶尖院校提出的“网 格虚拟化和云计算 VGrADS” 项目, 由此正式启动了云计算的研发工作。 基于此项目的后续开 源产品有现在著名的云计算开源软件 Eucalyptus(此软件在美国已经被广泛应用)，美国航 空航天局(NASA)的云计算系统 Nebula。亚马逊公司的云计算也采用了相同技术(其客户端软 件 EC2 可以直接连入 Eucalyptus 的服务器)。本文作者继续深入研发，相继推出了云点 (Cloudian)系列产品(www.cloudian.org)， 涵盖了建设云平台所必须的各个模块， 包括虚拟 化、管理、调度、服务(IaaS、PaaS、SaaS)、安全、可信、云电脑和手机

6、终端等。 从 2004 年开始， Amazon 陆续推出了简单队列服务、 MechanicalTurk 等云计算服务雏形。 云计算服务成熟的标志是亚马逊在 2006 年推出的简单存储服务(S3)和弹性计算云(EC2)。 Google 以应用托管、 企业搜索以及其他更多形式向企业开放了他们的 “云”。 Google 以发 表学术论文的形式公开其云计算三大法宝：GFS、MapReduce 和 BigTable，并在美国、中国 等高校开设云计算编程课程。 目前， Google 已经允许第三方在 Google 云计算中通过 Google App Engine 运行大型并行应用程序。 2009 年 4

7、月， 谷歌推出了 Google 应用软件引擎 (Google AppEngine，下称 GAE)，这种服务让开发人员可以编译基于 Python 的应用程序。 Microsoft 推出了 Windows Azure 操作系统， 这个系统作为微软云计算计划的 server 端操作 系统(Cloud OS)为广大开发者提供服务。同时，微软也推出了免费在线手机同步备份业务 MyPhone。 微软为使其在互联网上与 Google 竞争， MS 宣布推出数据存储及网络管理软件 Live Mesh，迈出从 PC 领域到云计算的一大步。Microsoft 将 LiveMesh 视为基于网上数据中心的 软件平台

8、，可以提供多种服务，包括计算机远程控制、电子设备及数据存储等。IBM 于 2008 年提出了“蓝云”计划，推出共有云和私有云的概念。IBM 提出私有云解决方案是为减少诸 如数据、信息安全等共有云现存问题，从而抢占企业云计算市场。将重心放在将现有产品和 技术整合上，并充分利用开源产品，是 IBM 云计算方案的特点。例如利用 Xen 虚拟化产 品 、Linux 操作系统+X86 架构组成的 IBM 服务器云数据中心。在共有云方面，IBM 于 2009 年发布了 LotusLive Engage。 基于云端的协作平台是 IBM 2010 年发展的一个重点。 Apple 是 云计算领域的另一位角色，从

9、近年来推出的 iTunes 服务，到 MobileMe 服务，到收购在线音 乐服务商 Lala，再到最近在美国北卡莱罗纳州投资 10 亿美元建立新数据中心的计划，无不 显示其进军云计算领域的巨大决心。 2.2 云计算国内运营商发展情况2.2 云计算国内运营商发展情况 与美国相比， 国内的云计算发展虽处于起步阶段， 但各大通信运营商都表现得异常活跃。 中国移动推出了“大云”(Big Cloud)云计算基础服务平台，中国电信推出了“e 云”云计算 平台，中国联通则是推出了“互联云”平台。 2009 年 8 月，中国移动研究院发布了 0.5 版本“大云”系统，并在此基础上设计了很 多管理软件和应用。

10、中国移动的“大云”是基于一些重要的开源软件开发的。以此为基础， 中国移动研发和试验了高效的云系统管理软件和比较重要的几个应用，比如并行数据挖掘、 云存储、大容量数据库及对搜索引擎的研究。中国移动通信研究院通过深入研发和试验 HyperDFS、MapReduce、HugeTable、CloudMaster 等云计算平台关键技术，自主搭建了 1000 个 CPU 组成的 256 节点规模的云计算试验平台， 并开展系统评估与优化， 构建了基于云计算 技术的移动互联网业务海量数据存储和处理试验平台，开展了云计算应用研发和试验。 2009 年 9 月 22 日，中国电信上海分公司携手 EMC 推出“e

11、云”。这片“云”能按照用 户的设定，自动利用电脑空闲时间，将信息备份到上海电信的“e 云”数据中心，当用户遇 到电脑破坏、数据破坏、误删除、在家办公、远程办公等情况时，只要通过网络连接至电信 服务器，就可以在任何地方恢复任意一个时间点的数据。“e 云”可以把天翼 Live 等 IM 工 具连接起来，目前，针对主流手机终端以及其他增值服务的开发都在进行中，到时用户可以 实现单一账号式登入。这意味着，未来不论是联通用户还是移动用户，无论是通过 EVDO 还 是 TD 或 WCDMA 方式传输，只要设置一个单一账号，都能接入和使用电信的云服务。中国联 通研究院也开展了“互联云”的试验。 3、云计算和

12、虚拟化3、云计算和虚拟化 虚拟化(Virtualization)技术是云计算系统的核心组成部分之一， 是将各种计算及存储 资源充分整合和高效利用的关键技术。 虚拟化的定义 ： 虚拟化是为某些对象创造的虚拟(相对于真实)版本，比如操作系统、计 算机系统、存储设备和网络资源等。它是表示计算机资源的抽象方法，通过虚拟化可以用与 访问抽象前资源一致的方法访问抽象后的资源， 可以为一组类似资源提供一个通用的抽象接 口集，从而隐藏属性和操作之间的差异，并允许通过一种通用的方式来查看和维护资源。 3.1 服务器虚拟化3.1 服务器虚拟化 服务器虚拟化技术可以使一个物理服务器虚拟成若干个服务器使用， 如图 2

13、 所示。 服务 器虚拟化是基础设施即服务(Infrastructure as a Service,IaaS)的基础。 服务器虚拟化需 要具备以下功能和技术： 1) 多实例：在一个物理服务器上可以运行多个虚拟服务器。 2) 隔离性：在多实例的服务器虚拟化中，一个虚拟机与其他虚拟机完全隔离，以保证 良好的可靠性及安全性。 3) CPU 虚拟化 ： 把物理 CPU 抽象成虚拟 CPU，无论任何时间一个物理 CPU 只能运行一个 虚拟 CPU 的指令。而多个虚拟机同时提供服务将会大大提高物理 CPU 的利用率。 4) 内存虚拟化：统一管理物理内存，将其包装成多个虚拟的物理内存分别供给若干个 虚拟机使用

14、，使得每个虚拟机拥有各自独立的内存空间，互不干扰。 5) 设备与 I/O 虚拟化：统一管理物理机的真实设备，将其包装成多个虚拟设备给若干 个虚拟机使用，响应每个虚拟机的设备访问请求和 I/O 请求。 6) 无知觉故障恢复 ： 运用虚拟机之间的快速热迁移技术(Live Migration)，可以使一个 故障虚拟机上的用户在没有明显感觉的情况下迅速转移到另一个新开的正常虚拟机上。 7) 负载均衡：利用调度和分配技术，平衡各个虚拟机和物理机之间的利用率。 8) 统一管理 ： 由多个物理服务器支持的多个虚拟机的动态实时生成、 启动、 停止、 迁移、 调度、负荷、监控等应当有一个方便易用的统一管理界面。

15、 9) 快速部署：整个系统要有一套快速部署机制，对多个虚拟机及上面的不同操作系统 和应用进行高效部署、更新和升级。 3.2 存储虚拟化3.2 存储虚拟化 存储虚拟化的方式是将整个云系统的存储资源进行统一整合管理， 为用户提供一个统一 的存储空间，如图 3 所示。 存储虚拟化具有以下功能和特点： 1) 集中存储：存储资源统一整合管理，集中存储，形成数据中心模式。 2） 分布式扩展 ： 存储介质易于扩展，由多个异构存储服务器实现分布式存储，以统一 模式访问虚拟化后的用户接口。 3) 节能减排：服务器和硬盘的耗电量巨大，为提供全时段数据访问，存储服务器及硬 盘不可以停机。但为了节能减排，需要利用更合

16、理的协议和存储模式，尽可能减少开启服务 器和硬盘的次数。 4) 虚拟本地硬盘：存储虚拟化应当便于用户使用，最方便的形式是将云存储系统虚拟 成用户本地硬盘，使用方法与本地硬盘相同。 5) 安全认证：新建用户加入云存储系统前，必须经过安全认证并获得证书。 6) 数据加密：为保证用户数据的私密性，将数据存到云存储系统时必须加密。加密后 的数据除被授权的特殊用户，其他人一概无法解密。 7) 级层管理：支持级层管理模式，即上级可以监控下级的存储数据，而下级无法查看 上级或平级的数据。 3.3 应用虚拟化3.3 应用虚拟化 应用虚拟化是把应用对底层系统和硬件的依赖抽象出来， 从而解除应用与操作系统和硬 件的耦合关系。 应用程序运行在本地应用虚拟化环境中时， 这个环境为应用程序屏蔽了底层 可能与其他应用产生冲突的内容。应用虚拟化是 SaaS 的基础。应用虚拟化需要具备以下功 能和特点： 1) 解耦合：利用屏蔽底层异构性的技术解除虚拟应用与操作系统和硬件的耦合关系。 2) 共享性：应用虚拟化可以使一个真实应用运行在任何共享的计算资源上。 3) 虚拟环境：应用虚拟化为应用程序提供了一个虚