云計(jì)算的核心技術(shù)與應(yīng)用實(shí)例

一、云計(jì)算的概念

云計(jì)算(Cloud Computing)是由分布式計(jì)算(Distributed Computing)、并行處理(Parallel Computing)、網(wǎng)格計(jì)算(Grid Computing)發(fā)展來(lái)的，是一種新興的商業(yè)計(jì)算模型。目前，對(duì)于云計(jì)算的認(rèn)識(shí)在不斷的發(fā)展變化，云計(jì)算沒(méi)仍沒(méi)有普遍一致的定義。

中國(guó)網(wǎng)格計(jì)算、云計(jì)算專家劉鵬給出如下定義：“云計(jì)算將計(jì)算任務(wù)分布在大量計(jì)算機(jī)構(gòu)成的資源池上，使各種應(yīng)用系統(tǒng)能夠根據(jù)需要獲取計(jì)算力、存儲(chǔ)空間和各種軟件服務(wù)”。

狹義的云計(jì)算指的是廠商通過(guò)分布式計(jì)算和虛擬化技術(shù)搭建數(shù)據(jù)中心或超級(jí)計(jì)算機(jī)，以免費(fèi)或按需租用方式向技術(shù)開(kāi)發(fā)者或者企業(yè)客戶提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析以及科學(xué)計(jì)算等服務(wù)，比如亞馬遜數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)出租生意。

二、云計(jì)算的核心技術(shù)

云計(jì)算系統(tǒng)運(yùn)用了許多技術(shù)，其中以編程模型、數(shù)據(jù)管理技術(shù)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)、虛擬化技術(shù)、云計(jì)算平臺(tái)管理技術(shù)最為關(guān)鍵。

(一)編程模型

MapReduce是Google開(kāi)發(fā)的java、Python、C++編程模型，它是一種簡(jiǎn)化的分布式編程模型和高效的任務(wù)調(diào)度模型，用于大規(guī)模數(shù)據(jù)集(大于1TB)的并行運(yùn)算。嚴(yán)格的編程模型使云計(jì)算環(huán)境下的編程十分簡(jiǎn)單。MapReduce模式的思想是將要執(zhí)行的問(wèn)題分解成Map(映射)和Reduce(化簡(jiǎn))的方式，先通過(guò)Map程序?qū)?shù)據(jù)切割成不相關(guān)的區(qū)塊，分配(調(diào)度)給大量計(jì)算機(jī)處理，達(dá)到分布式運(yùn)算的效果，再通過(guò)Reduce程序?qū)⒔Y(jié)果匯整輸出。

(二)海量數(shù)據(jù)分布存儲(chǔ)技術(shù)

云計(jì)算系統(tǒng)由大量服務(wù)器組成，同時(shí)為大量用戶服務(wù)，因此云計(jì)算系統(tǒng)采用分布式存儲(chǔ)的方式存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，用冗余存儲(chǔ)的方式保證數(shù)據(jù)的可靠性。云計(jì)算系統(tǒng)中廣泛使用的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)是Google的GFS和Hadoop團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的GFS的開(kāi)源實(shí)現(xiàn)HDFS。

GFS即Google文件系統(tǒng)(Google File System)，是一個(gè)可擴(kuò)展的分布式文件系統(tǒng)，用于大型的、分布式的、對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問(wèn)的應(yīng)用。GFS的設(shè)計(jì)思想不同于傳統(tǒng)的文件系統(tǒng)，是針對(duì)大規(guī)模數(shù)據(jù)處理和Google應(yīng)用特性而設(shè)計(jì)的。它運(yùn)行于廉價(jià)的普通硬件上，但可以提供容錯(cuò)功能。它可以給大量的用戶提供總體性能較高的服務(wù)。

(三)海量數(shù)據(jù)管理技術(shù)

云計(jì)算需要對(duì)分布的、海量的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析，因此，數(shù)據(jù)管理技術(shù)必需能夠高效的管理大量的數(shù)據(jù)。云計(jì)算系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)管理技術(shù)主要是Google的BT(BigTable)數(shù)據(jù)管理技術(shù)和Hadoop團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的開(kāi)源數(shù)據(jù)管理模塊HBase。BT是建立在GFS，Scheduler，Lock Service和MapReduce之上的一個(gè)大型的分布式數(shù)據(jù)庫(kù)，與傳統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)不同，它把所有數(shù)據(jù)都作為對(duì)象來(lái)處理，形成一個(gè)巨大的表格，用來(lái)分布存儲(chǔ)大規(guī)模結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。

Google的很多項(xiàng)目使用BT來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，包括網(wǎng)頁(yè)查詢，Google earth和Google金融。這些應(yīng)用程序?qū)T的要求各不相同：數(shù)據(jù)大小(從URL到網(wǎng)頁(yè)到衛(wèi)星圖象)不同，反應(yīng)速度不同(從后端的大批處理到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù))。對(duì)于不同的要求，BT都成功的提供了靈活高效的服務(wù)。

(四)虛擬化技術(shù)

通過(guò)虛擬化技術(shù)可實(shí)現(xiàn)軟件應(yīng)用與底層硬件相隔離，它包括將單個(gè)資源劃分成多個(gè)虛擬資源的裂分模式，也包括將多個(gè)資源整合成一個(gè)虛擬資源的聚合模式。虛擬化技術(shù)根據(jù)對(duì)象可分成存儲(chǔ)虛擬化、計(jì)算虛擬化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化等，計(jì)算虛擬化又分為系統(tǒng)級(jí)虛擬化、應(yīng)用級(jí)虛擬化和桌面虛擬化。

(五)云計(jì)算平臺(tái)管理技術(shù)

云計(jì)算資源規(guī)模龐大，服務(wù)器數(shù)量眾多并分布在不同的地點(diǎn)，同時(shí)運(yùn)行著數(shù)百種應(yīng)用，如何有效的管理這些服務(wù)器，保證整個(gè)系統(tǒng)提供不間斷的服務(wù)是巨大的挑戰(zhàn)。

云計(jì)算系統(tǒng)的平臺(tái)管理技術(shù)能夠使大量的服務(wù)器協(xié)同工作，方便的進(jìn)行業(yè)務(wù)部署和開(kāi)通，快速發(fā)現(xiàn)和恢復(fù)系統(tǒng)故障，通過(guò)自動(dòng)化、智能化的手段實(shí)現(xiàn)大規(guī)模系統(tǒng)的可靠運(yùn)營(yíng)。

三、云計(jì)算的主要服務(wù)形式和典型應(yīng)用

云計(jì)算還處于萌芽階段，有龐雜的各類廠商在開(kāi)發(fā)不同的云計(jì)算服務(wù)。云計(jì)算的表現(xiàn)形式多種多樣，簡(jiǎn)單的云計(jì)算在人們?nèi)粘＞W(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中隨處可見(jiàn)，比如騰訊QQ空間提供的在線制作Flash圖片，Google的搜索服務(wù)，Google Doc，Google Apps等。目前，云計(jì)算的主要服務(wù)形式有：SaaS(Software as a Service)，PaaS(Platform as a Service)，IaaS(Infrastructure as a Service)。

(一)軟件即服務(wù)(SaaS)

SaaS服務(wù)提供商將應(yīng)用軟件統(tǒng)一部署在自己的服務(wù)器上，用戶根據(jù)需求通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)向廠商訂購(gòu)應(yīng)用軟件服務(wù)，服務(wù)提供商根據(jù)客戶所定軟件的數(shù)量、時(shí)間的長(zhǎng)短等因素收費(fèi)，并且通過(guò)瀏覽器向客戶提供軟件的模式。這種服務(wù)模式的優(yōu)勢(shì)是，由服務(wù)提供商維護(hù)和管理軟件、提供軟件運(yùn)行的硬件設(shè)施，用戶只需擁有能夠接入互聯(lián)網(wǎng)的終端，即可隨時(shí)隨地使用軟件。這種模式下，客戶不再像傳統(tǒng)模式那樣花費(fèi)大量資金在硬件、軟件、維護(hù)人員，只需要支出一定的租賃服務(wù)費(fèi)用，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)就可以享受到相應(yīng)的硬件、軟件和維護(hù)服務(wù)，這是網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用最具效益的營(yíng)運(yùn)模式。對(duì)于小型企業(yè)來(lái)說(shuō)，SaaS是采用先進(jìn)技術(shù)的最好途徑。

以企業(yè)管理軟件來(lái)說(shuō)，SaaS模式的云計(jì)算ERP可以讓客戶根據(jù)并發(fā)用戶數(shù)量、所用功能多少、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量、使用時(shí)間長(zhǎng)短等因素不同組合按需支付服務(wù)費(fèi)用，既不用支付軟件許可費(fèi)用，也不需要支付采購(gòu)服務(wù)器等硬件設(shè)備費(fèi)用，也不需要支付購(gòu)買操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)等平臺(tái)軟件費(fèi)用，也不用承擔(dān)軟件項(xiàng)目定制、開(kāi)發(fā)、實(shí)施費(fèi)用，也不需要承擔(dān)IT維護(hù)部門開(kāi)支費(fèi)用，實(shí)際上云計(jì)算ERP正是繼承了開(kāi)源ERP免許可費(fèi)用只收服務(wù)費(fèi)用的最重要特征，是突出了服務(wù)的ERP產(chǎn)品。

目前，Salesforce.com是提供這類服務(wù)最有名的公司，Google Doc，Google Apps和Zoho Office也屬于這類服務(wù)。

(二)平臺(tái)即服務(wù)(PaaS)

把開(kāi)發(fā)環(huán)境作為一種服務(wù)來(lái)提供。這是一種分布式平臺(tái)服務(wù)，廠商提供開(kāi)發(fā)環(huán)境、服務(wù)器平臺(tái)、硬件資源等服務(wù)給客戶，用戶在其平臺(tái)基礎(chǔ)上定制開(kāi)發(fā)自己的應(yīng)用程序并通過(guò)其服務(wù)器和互聯(lián)網(wǎng)傳遞給其他客戶。PaaS能夠給企業(yè)或個(gè)人提供研發(fā)的中間件平臺(tái)，提供應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)、數(shù)據(jù)庫(kù)、應(yīng)用服務(wù)器、試驗(yàn)、托管及應(yīng)用服務(wù)。

Google App Engine，Salesforce的force.com平臺(tái)，八百客的800APP是PaaS的代表產(chǎn)品。以Google App Engine為例，它是一個(gè)由python應(yīng)用服務(wù)器群、BigTable數(shù)據(jù)庫(kù)及GFS組成的平臺(tái)，為開(kāi)發(fā)者提供一體化主機(jī)服務(wù)器及可自動(dòng)升級(jí)的在線應(yīng)用服務(wù)。用戶編寫應(yīng)用程序并在Google的基礎(chǔ)架構(gòu)上運(yùn)行就可以為互聯(lián)網(wǎng)用戶提供服務(wù)，Google提供應(yīng)用運(yùn)行及維護(hù)所需要的平臺(tái)資源。

(三)基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)(IaaS)

IaaS即把廠商的由多臺(tái)服務(wù)器組成的“云端”基礎(chǔ)設(shè)施，作為計(jì)量服務(wù)提供給客戶。它將內(nèi)存、I/O設(shè)備、存儲(chǔ)和計(jì)算能力整合成一個(gè)虛擬的資源池為整個(gè)業(yè)界提供所需要的存儲(chǔ)資源和虛擬化服務(wù)器等服務(wù)。這是一種托管型硬件方式，用戶付費(fèi)使用廠商的硬件設(shè)施。例如Amazon Web服務(wù)(AWS)，IBM的BlueCloud等均是將基礎(chǔ)設(shè)施作為服務(wù)出租。

IaaS的優(yōu)點(diǎn)是用戶只需低成本硬件，按需租用相應(yīng)計(jì)算能力和存儲(chǔ)能力，大大降低了用戶在硬件上的開(kāi)銷。

目前，以Google云應(yīng)用最具代表性，例如GoogleDocs、GoogleApps、Googlesites，云計(jì)算應(yīng)用平臺(tái)GoogleApp Engine。

GoogleDocs是最早推出的云計(jì)算應(yīng)用，是軟件即服務(wù)思想的典型應(yīng)用。它是類似于微軟的Office的在線辦公軟件。它可以處理和搜索文檔、表格、幻燈片，并可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)和他人分享并設(shè)置共享權(quán)限。Google文件是基于網(wǎng)絡(luò)的文字處理和電子表格程序，可提高協(xié)作效率，多名用戶可同時(shí)在線更改文件，并可以實(shí)時(shí)看到其他成員所作的編輯。用戶只需一臺(tái)接入互聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)和可以使用Google文件的標(biāo)準(zhǔn)瀏覽器即可在線創(chuàng)建和管理、實(shí)時(shí)協(xié)作、權(quán)限管理、共享、搜索能力、修訂歷史記錄功能，以及隨時(shí)隨地訪問(wèn)的特性，大大提高了文件操作的共享和協(xié)同能力。

GoogleAPPs是Google企業(yè)應(yīng)用套件，使用戶能夠處理日漸龐大的信息量，隨時(shí)隨地保持聯(lián)系，并可與其他同事、客戶和合作伙伴進(jìn)行溝通、共享和協(xié)作。它集成了Cmail、GoogleTalk、Google日歷、GoogleDocs、以及最新推出的云應(yīng)用GoogleSites、API擴(kuò)展以及一些管理功能，包含了通信、協(xié)作與發(fā)布、管理服務(wù)三方面的應(yīng)用，并且擁有著云計(jì)算的特性，能夠更好的實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地協(xié)同共享。另外，它還具有低成本的優(yōu)勢(shì)和托管的便捷，用戶無(wú)需自己維護(hù)和管理搭建的協(xié)同共享平臺(tái)。

Googlesites是Google最新發(fā)布的云計(jì)算應(yīng)用，作為GoogleApps的一個(gè)組件出現(xiàn)。它是一個(gè)側(cè)重于團(tuán)隊(duì)協(xié)作的網(wǎng)站編輯工具，可利用它創(chuàng)建一個(gè)各種類型的團(tuán)隊(duì)網(wǎng)站，通過(guò)Googlesites可將所有類型的文件包括文檔、視頻、相片、日歷及附件等與好友、團(tuán)隊(duì)或整個(gè)網(wǎng)絡(luò)分享。

Google AppEngine是Google在2008年4月發(fā)布的一個(gè)平臺(tái)，使用戶可以在Google的基礎(chǔ)架構(gòu)上開(kāi)發(fā)和部署運(yùn)行自己的應(yīng)用程序。目前，Google AppEngine支持Python語(yǔ)言和Java語(yǔ)言，每個(gè)Google AppEngine應(yīng)用程序可以使用達(dá)到500MB的持久存儲(chǔ)空間及可支持每月500萬(wàn)綜合瀏覽量的帶寬和CPU。并且，Google AppEngine應(yīng)用程序易于構(gòu)建和維護(hù)，并可根據(jù)用戶的訪問(wèn)量和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)需要的增長(zhǎng)輕松擴(kuò)展。同時(shí)，用戶的應(yīng)用可以和Google的應(yīng)用程序集成，Google AppEngine還推出了軟件開(kāi)發(fā)套件（SDK），包括可以在用戶本地計(jì)算機(jī)上模擬所有Google AppEngine服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器應(yīng)用程序。

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