云計(jì)算概念、模型和關(guān)鍵技術(shù)

摘要:云計(jì)算指IP技術(shù)架構(gòu)下的網(wǎng)絡(luò)計(jì)算，其本質(zhì)是ICT業(yè)務(wù)的一種新的應(yīng)用方式。絕大數(shù)企業(yè)和運(yùn)營(yíng)商的數(shù)據(jù)中心的改造將是云計(jì)算未來發(fā)展的主要任務(wù)：使云計(jì)算技術(shù)更為普遍和更為廣泛地為絕大部分企業(yè)、機(jī)構(gòu)、團(tuán)體和運(yùn)營(yíng)商服務(wù)。云計(jì)算技術(shù)將不僅提供傳統(tǒng)意義的IT資源和應(yīng)用服務(wù)，而且將支持包括IT、通信、電視、移動(dòng)和物聯(lián)等一切互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融合后的資源使用和業(yè)務(wù)應(yīng)用。云計(jì)算發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)主要有統(tǒng)一交換構(gòu)架、統(tǒng)一虛擬化和統(tǒng)一計(jì)算系統(tǒng)，云計(jì)算發(fā)展的戰(zhàn)略推手將是組建開放產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟和推動(dòng)開放技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵字:云計(jì)算；統(tǒng)一交換構(gòu)架；統(tǒng)一虛擬化；統(tǒng)一計(jì)算系統(tǒng)

英文摘要:Cloud computing is a new technology for network computing under the IP architecture, and its potential lies in new ICT business applications. For the majority of operators and enterprises, the main task of cloud computing is data centre transformation. This will ensure cloud computing becomes more widespread among enterprises, institutions, organizations, and operators. Cloud computing will not only provide traditional IT resource usage and application services, but will also support full resource usage and application services—such as IT, communications, video, mobile, as well as Internet of Things under a converged network infrastructure. Some key cloud computing technologies include unified fabric, unified virtualization, and a unified computing system. The formation of an open industry alliance and promotion of open technology standards will also be strategically critical for future development of cloud computing.

英文關(guān)鍵字:cloud computing; unified fabrics; unified virtualization; unified computing system
 
    隨著有關(guān)云計(jì)算概念、術(shù)語和技術(shù)的不斷涌現(xiàn)和大量報(bào)道，人們對(duì)在企業(yè)中采用和實(shí)施云計(jì)算技術(shù)的熱情大增�，F(xiàn)在人們對(duì)云計(jì)算可能帶來的好處已有所了解，但同時(shí)也應(yīng)該看到，由于云計(jì)算概念和技術(shù)比較新穎，涵義比較寬泛，再加上市場(chǎng)上一些人將云計(jì)算放大成無所不包、無所不能和無所不在的萬能技術(shù)，因此對(duì)云計(jì)算的描述和推銷多少出現(xiàn)了一些浮燥和炒做的嫌疑。云計(jì)算有點(diǎn)像天上的云的感覺：飄忽不定，虛無縹緲。本文認(rèn)為，脫離實(shí)際過分夸大或缺乏全面分析地炒做云計(jì)算不僅可能帶來誤解，也會(huì)使得云計(jì)算的市場(chǎng)實(shí)踐盲目推進(jìn)，對(duì)于云計(jì)算產(chǎn)業(yè)在中國的成長(zhǎng)非常不利。事實(shí)上在中國產(chǎn)業(yè)界有關(guān)云計(jì)算的介紹文章較多，對(duì)云計(jì)算發(fā)展趨勢(shì)的理性分析文章較少。所以，有必要對(duì)云計(jì)算的由來和概念進(jìn)行了較為全面的梳理和定義，并在此基礎(chǔ)上，分析云計(jì)算的早期技術(shù)模式和業(yè)務(wù)形態(tài)。在總結(jié)云計(jì)算技術(shù)為IT產(chǎn)業(yè)帶來好處的同時(shí)，理性分析其技術(shù)的不足及局限，從而找出云計(jì)算未來發(fā)展的突破方向十分必要。

值得一提的是，目前中國云計(jì)算的討論多數(shù)集中在早期云計(jì)算的概念、技術(shù)和模式。早期的云計(jì)算是一種動(dòng)態(tài)的、易擴(kuò)展的、通過互聯(lián)網(wǎng)提供虛擬化IT資源和應(yīng)用的一種計(jì)算模式。用戶不需要了解云技術(shù)內(nèi)部的細(xì)節(jié)，也不必具有云內(nèi)部的專業(yè)知識(shí)，更不需要直接參與、投入、建設(shè)、維護(hù)和控制就能直接按需使用并按用量付費(fèi)。早期的云計(jì)算技術(shù)本質(zhì)特征是采用虛擬技術(shù)使用戶共享一個(gè)共同的物理資源池，但應(yīng)看到虛擬技術(shù)不是云計(jì)算技術(shù)的全部。

早期云計(jì)算的IT資源包括服務(wù)器、存儲(chǔ)、寬帶、網(wǎng)絡(luò)及安全等資源組件，而數(shù)據(jù)中心是云計(jì)算資源和能力的主要支持和供應(yīng)核心。早期云計(jì)算實(shí)踐結(jié)合了虛擬化技術(shù)、網(wǎng)格計(jì)算技術(shù)、分布式計(jì)算技術(shù)，不但體現(xiàn)了新興技術(shù)的組合和創(chuàng)新，更代表著業(yè)務(wù)和商業(yè)模式的創(chuàng)新和開拓。早期云計(jì)算的實(shí)踐不僅影響了IT技術(shù)和架構(gòu)未來的走向，還影響著商業(yè)模式、應(yīng)用開發(fā)、業(yè)務(wù)部署、運(yùn)行交付的一系列IT應(yīng)用和實(shí)現(xiàn)。

盡管人們所普遍熟悉和廣為介紹的這些早期的云計(jì)算概念、技術(shù)和模式已經(jīng)商用，并取得一些矚目的成功，但是必須看到，早期的云計(jì)算理念和技術(shù)還有極大的局限性。本文分析了早期的云計(jì)算理念的由來、基礎(chǔ)設(shè)施、云業(yè)務(wù)適用的模式、商業(yè)模型以及相關(guān)技術(shù)和應(yīng)用場(chǎng)景，同時(shí)也指出了其局限性及造成局限性的技術(shù)根源，并從產(chǎn)業(yè)發(fā)展的視野來分析云計(jì)算下一個(gè)階段的重點(diǎn)。本文認(rèn)為絕大數(shù)企業(yè)和運(yùn)營(yíng)商的數(shù)據(jù)中心的改造將是云計(jì)算未來發(fā)展的主要任務(wù)：使云計(jì)算技術(shù)更為普遍和更為廣泛地為絕大部分企業(yè)、機(jī)構(gòu)、團(tuán)體和運(yùn)營(yíng)商服務(wù)[1-4]。

早期的云計(jì)算概念、技術(shù)和模式將得以全面拓展，云計(jì)算將不僅提供傳統(tǒng)意義的IT資源和應(yīng)用服務(wù)，而且將支持包括IT、通信、電視、移動(dòng)和物聯(lián)等一切互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融合后的資源和應(yīng)用。毫無疑問，云計(jì)算作為一個(gè)新技術(shù)和新的運(yùn)營(yíng)模式正影響著IT產(chǎn)業(yè)的未來走向。

1 云計(jì)算的概念

計(jì)算機(jī)的應(yīng)用模式大體經(jīng)歷了以大型機(jī)為主體的集中式架構(gòu)(數(shù)據(jù)中心1.0)、以PC機(jī)為主體的客戶/服務(wù)器分布式計(jì)算架構(gòu)(數(shù)據(jù)中心2.0)、以虛擬化技術(shù)為核心面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)(SOA)及基于Web2.0應(yīng)用特征的新型架構(gòu)(數(shù)據(jù)中心3.0)。計(jì)算機(jī)的應(yīng)用模式、技術(shù)架構(gòu)及實(shí)現(xiàn)特征的演變是云計(jì)算發(fā)展的時(shí)代背景。

云計(jì)算由英文Cloud Computing直接翻譯而來。這樣一個(gè)通俗的技術(shù)術(shù)語，卻難以找到業(yè)界統(tǒng)一的定義。隨著云計(jì)算術(shù)語的流行和廣泛使用，有必要對(duì)云計(jì)算的由來和其核心概念簡(jiǎn)略進(jìn)行介紹，以方便理性分析和討論。

云計(jì)算中的“計(jì)算”是一個(gè)簡(jiǎn)單而明確的概念。“計(jì)算”系指計(jì)算應(yīng)用，在產(chǎn)業(yè)和市場(chǎng)中，可以指一切IT應(yīng)用。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的融合，一切信息、通信和視頻應(yīng)用也都整合在統(tǒng)一的平臺(tái)之上。由此推而廣之，云計(jì)算中的“計(jì)算”可以泛指一切ICT的融合應(yīng)用。所以，云計(jì)算術(shù)語的關(guān)鍵特征并不在于“計(jì)算”，而在于“云”。

應(yīng)該說，云概念這個(gè)術(shù)語的誕生和使用純屬偶然。在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的早期階段，技術(shù)人員都習(xí)慣性地將互聯(lián)網(wǎng)畫成一朵“云”來代表，因?yàn)檫@樣一來，人們可以簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的技術(shù)細(xì)節(jié)和復(fù)雜機(jī)制來方便討論新技術(shù)。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的全面普及和廣泛深入，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)使ICT應(yīng)用架構(gòu)發(fā)生了深刻和根本的改變，于是采用云計(jì)算來代表和體現(xiàn)新型的網(wǎng)絡(luò)計(jì)算特征和技術(shù)趨勢(shì)就變得非常自然。因此，云計(jì)算這一術(shù)語很容易就在業(yè)界流行起來。

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)成為ICT應(yīng)用的基礎(chǔ)，層出不窮的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需求也要求ICT理念進(jìn)行重新思考和設(shè)計(jì)。這種改變不僅帶來ICT應(yīng)用平臺(tái)的更新?lián)Q代，而且也帶來ICT應(yīng)用實(shí)現(xiàn)和商用模式的創(chuàng)新。這種變化的影響是如此巨大而鮮明，以至于人們可以從多個(gè)角度和視角來描述這些新的特征和現(xiàn)象。盡管云計(jì)算的概念和定義很多，但究其本質(zhì)還是為了滿足ICT應(yīng)用和業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。為了理論和討論的嚴(yán)謹(jǐn)性，本文給云計(jì)算更為明確而嚴(yán)格的定義：云計(jì)算是在整合的架構(gòu)之下，基于IP網(wǎng)絡(luò)的虛擬化資源平臺(tái)，提供規(guī)�；疘CT應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)方式。

云計(jì)算的實(shí)質(zhì)是網(wǎng)絡(luò)下的應(yīng)用，是由IP和IT技術(shù)共同構(gòu)建的。從發(fā)展的角度來看，“云”的技術(shù)和目標(biāo)是一個(gè)逐步演化的過程。比如，Web技術(shù)出現(xiàn)時(shí)，就具備了云計(jì)算的應(yīng)用特征有了統(tǒng)一界面的雛形。隨著服務(wù)器應(yīng)用平臺(tái)上的虛擬化技術(shù)的成熟和Web統(tǒng)一界面的推出，虛擬化和Web走向結(jié)合，使得云計(jì)算可以在一個(gè)整合的架構(gòu)上統(tǒng)一實(shí)現(xiàn)。

2 云計(jì)算的實(shí)現(xiàn)模型

如果說“云”的本質(zhì)就是業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)的方式，那么云計(jì)算有哪些新的業(yè)務(wù)模型呢？

比較熟悉的早期云計(jì)算實(shí)踐來之于國際上以亞馬遜、谷歌(Google)和Saleforces.com為代表的公司，并且都提供了具有顯著特征，但又代表著不同模式的成功云業(yè)務(wù)。

基云系指將IT的基礎(chǔ)設(shè)施作為業(yè)務(wù)平臺(tái)，直接按資源占用的時(shí)長(zhǎng)和多少，通過公共互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)的“云”�；�云的用戶可以是個(gè)人，也可以是企業(yè)、集體和行政單位�；�云在英文里是IaaS，也稱基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)。亞馬遜(Amazon)是業(yè)界通過其彈性計(jì)算云(EC2)最早實(shí)施基云的運(yùn)營(yíng)商�；�云的IT業(yè)務(wù)將計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)、安全等原始IT資源以出租形式租給用戶。用戶可以通過操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件(如數(shù)據(jù)庫和Web服務(wù)軟件)使用租來的IT資源。

平云系指將應(yīng)用開發(fā)環(huán)境作為業(yè)務(wù)平臺(tái)，將應(yīng)用開發(fā)的接口和工具提供給用戶用于創(chuàng)造新的應(yīng)用，并利用互聯(lián)網(wǎng)和提供商來進(jìn)行業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)的“云”。平云可以利用其他基云平臺(tái)，也可以用平云運(yùn)營(yíng)商自己的基云平臺(tái)。平云在英文里是PaaS，也稱平臺(tái)即服務(wù)。谷歌(Google)通過其AppEngine軟件環(huán)境向應(yīng)用開發(fā)者提供平云業(yè)務(wù)，應(yīng)用開發(fā)者必須采用AppEngine應(yīng)用接口來開發(fā)應(yīng)用。

軟云系指基于基云或平云開發(fā)的軟件。與傳統(tǒng)的套裝軟件不同，軟云是通過互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用來進(jìn)行業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)。軟云業(yè)務(wù)可以利用其他的基云和平云平臺(tái)，也可以利用軟云運(yùn)營(yíng)商自己的基云和平云環(huán)境。軟云在英文里是SaaS，也稱軟件即服務(wù)。Saleforces.com是最著名的軟云運(yùn)營(yíng)商之一，提供企業(yè)資源規(guī)劃(ERP)應(yīng)用服務(wù)。軟云為用戶省去了套裝軟件安裝、維護(hù)、升級(jí)和管理造成的麻煩，因?yàn)閼?yīng)用程序完全由軟云運(yùn)營(yíng)商集中管理。

云計(jì)算按照層次可將業(yè)務(wù)模式劃分為3層，最頂層是軟云，中間層是平云，底層是基云。在基云之下是構(gòu)建云計(jì)算的基礎(chǔ)技術(shù)。

基于云計(jì)算的實(shí)踐與運(yùn)營(yíng)案例，可以總結(jié)出云計(jì)算的基本特征：

(1)動(dòng)態(tài)的高可擴(kuò)展性

云技術(shù)使用戶可以隨時(shí)隨地根據(jù)應(yīng)用的需求動(dòng)態(tài)地增減IT資源。由于應(yīng)用運(yùn)行在虛擬平臺(tái)上，沒有事先預(yù)訂的固定資源被鎖定，所以云業(yè)務(wù)量的規(guī)�？梢詣�(dòng)態(tài)伸縮，以滿足特定時(shí)期、特定應(yīng)用及用戶規(guī)模變化的需要。

(2)虛擬化的超大規(guī)模

云業(yè)務(wù)的需求和使用與具體的物理資源無關(guān)，IT應(yīng)用和業(yè)務(wù)運(yùn)行在虛擬平臺(tái)之上。云計(jì)算支持用戶在任何有互聯(lián)網(wǎng)的地方、使用任何上網(wǎng)終端獲取應(yīng)用服務(wù)。用戶所請(qǐng)求的資源來自于規(guī)模巨大的云平臺(tái)。

(3)高可用性

云平臺(tái)使用數(shù)據(jù)多副本拷貝容錯(cuò)、計(jì)算節(jié)點(diǎn)同構(gòu)可互換技術(shù)來保障服務(wù)的高可用性。任何單點(diǎn)物理故障發(fā)生，應(yīng)用都會(huì)在用戶完全不知情的情況下，轉(zhuǎn)移到其他物理資源上繼續(xù)運(yùn)行，使用云計(jì)算比使用其他計(jì)算手段的可用性更高。