云计算简介PPT

云计算的简介

1.云计算的简介

1.1云计算的定义

Google的一名普通工程师最先提出了“云计算”的一词，就在谷歌提出云计算这个名词之后，连IBM这样的IT概念营销高手都被吸引了，IBM决定和谷歌一起，开始推广这一概念，并且连续在北京、约翰内斯堡、阿姆斯特丹等地成立以“云计算”命名的中心。事实上，云计算这一概念经历了十几年的演进，从“网络就是计算机”到“网格计算”，再到“分布式计算”，九十年代中期的ASP。云计算在2007、2008年开始大红大紫，这一技术名词运用了诗意的比喻——形容未来用户不用知道自身是怎么获得计算服务的，这些计算服务好像都集中在天上的云彩上，无时无刻不在头顶笼罩，我们可以像抬头看云彩一样容易就获得服务。

如果你询问6个人关于如何来定义云计算的问题，你可能会得到至少一打数量的答案。而如果你询问他们软件即服务(SaaS)和云计算之间到底有怎样的关系时，你得到的答案可能就会更加多种多样。

（1）美国国家标准与技术研究院（NIST）的定义

云计算是一种新兴的商业计算模型，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。

（2）维基百科的定义

云计算是一种将IT相关能力提供为服务的计算风格。由于利用了互联网技术，云计算外部用户数量一般非常庞大。用户在享受服务的同时甚至可能对支撑云的技术基础设施没有任何了解和专业认知，当然更不需要对其有掌控能力了。被访资源一般由第三方提供商提供和运作，提供商往往拥有数个基础牢固的数据处理中心。云计算的用户按需购买计算能力，他们一般对完成服务器容量增长的底层技术不是特别关心。不过对于非常关心底层技术的开发人员来说，云计算也在平台服务方面也提供了越来越多的选择。

（3）其它的定义

Def 1：云计算是一个囊括了开发，负载平衡，商业模式，以及架构的时髦词，是软件业的未来模式（Software 10.0），或者简单地讲，云计算就是以Internet 为中心的软件。

Def 2：云计算是一种基于Web 的服务，目的是让用户只为自己需要的功能付钱，同时消除传统软件在硬件，软件，专业技能方面的投资。云计算让用户脱离技术与部署上的复杂性而获得应用。

Def 3：云计算这个词将在未来的一到两年内将炙手可热，人们会依此实现虚拟化并重造IT 应用，创造出基于服务的业务模式。

Def 4：云计算就是新的Web2.0，一种既有技术上的市场绽放。就象以前人们在自己的网站上放一点ajax 就宣称自己是Web2.0 一样，云计算是一个新的流行词。积极的一面是，Web2.0 最终抓住了主流眼球，同样，云计算概念最终也会改变人们的思想，最终爆发出各种各样的概念，托管服务，ASP，网格计算，软件作为服务，平台作为服务，任何东西作为服务。

Def 5：从消费者的角度看，SaaS 是云计算的一种，然而行业内的人必须明白这到底是什么意思。简单说，云计算就是SaaS的升华。

Def 6：云是一个庞大的资源池，你按需购买；云是虚拟化的；云可以象自来水，电，煤气那样计费。

Def 7：云计算是用户友好的网格计算。

Def 8：云计算的意思是，外包的，用多少买多少的，各取所需的，一些来自Internet 的

东西。

Def 9：关于云计算的分布，我们可以借用金字塔模型。处于顶端的是那些只需要用户关心这是什么的一些应用，如Gmail，Hotmail，Quicken Online等等。处于中间的是一些服务，你拥有逐渐增强的灵活性与可控制性，但仍受一些限制，Google App Engine，Heroku，Mosso，Engine Yard，Joyent or https://www.360docs.net/doc/1617252151.html, （SalesForce platform）一类的应用算这一类别。处于底端的是一些诸如Amazon EC2，GoGrid，RightScale 和Linode 一类的架构。

Def 10：当我们向不懂计算机技术的人提供虚拟技术的时候，我们希望虚拟或隐藏的是其复杂性。绝大多数人希望同应用或服务，而不是软件打交道。对于云计算，我们希望软件本身被虚拟或躲藏在系统或专业人员的背后，或者说“云”的背后。技术的发展也应了这句古话，总是螺旋上升的。早期的大型机时代，大型机集中了所有计算;而到了PC时代，计算能力则分布在每一台PC上;即将进入以“云计算”为代表的互联网时代之后，计算能力又将走向集中。分布式计算的PC时代，创造了微软;集中式计算的“云时代”，创造了谷歌。与谷歌试图将所有计算和应用搬到“云”里不同，微软提出“云-端计算”的平衡理念：“云”和终端都将承担一部分计算和应用。微软提出“云-端计算”的基础是：虽然“云计算”时代，由摩尔定律及WINTEL架构所决定的平衡正在打破，但一个由硬件、带宽、内容构成的新平衡正在形成：终端性能、带宽的发展，永远也赶不上内容的增长速度，三者总是维持一个动态的最佳平衡。

Def 11：云计算就是将以前那些需要大量软硬件投资以及专业技术能力的应用，以基于Web 服务的方式提供给用户。

事实上，“云计算”是指利用大规模的数据中心或超级计算机集群，并通过互联网将计算资源免费或按需租用方式提供给使用者的方式。而“云”可以理解为是互联网连接的大规模计算系统。其本质功能有二，就是提供计算能力和存储能力

“云计算”的本质就像人类用电方式的改变一样，没有发电厂和电网的时代，每家每户都需要购买一台发电机。现在人们不再需要自己购买发电机，而是购买发电企业输送在电网上的电力。未来，甲骨文、谷歌、亚马逊、微软、IBM等都将扮演发电厂的角色。

云计算（cloud computing），是分布式计算技术的一种，其最基本的概念，是透过网络将庞大的计算处理程序自动分拆成无数个较小的子程序，再交由多部服务器所组成的庞大系统经搜寻、计算分析之后将处理结果回传给用户。透过这项技术，网络服务提供者可以在数秒之内，达成处理数以千万计甚至亿计的信息，达到和“超级计算机”同样强大效能的网络服务。云计算是一种资源交付和使用模式，指通过网络获得应用所需的资源（硬件、平台、软件）。提供资源的网络被称为“云”。“云”中的资源在使用者看来是可以无限扩展的，并且可以随时获取。这种特性经常被比喻为像水电一样使用硬件资源，按需购买和使用。最简单的云计算技术在网络服务中已经随处可见，例如搜寻引擎、网络信箱等，使用者只要输入简单指令即能得到大量信息，未来如手机、GPS等行动装置都可以透过云计算技术，发展出更多的应用服务，进一步的云计算不仅只做资料搜寻、分析的功能，更可计算一些像是分析DNA结构、基因图谱定序、解析癌症细胞等。稍早之前的大规模分布式计算技术即为“云计算”的概念起源。

以上可以说是云计算的基本概念解释，与目前微软、谷歌和IBM等炒作的云计算有一定的区别，不过基本没有脱离这个概念范围，微软除了说到“云”还特别强调“端”（既各种终端设备如手机、PC和手提电脑等上运行的“云计算操作系统”），操作系统可是微软的支柱和强项，微软不可能放弃，而这种方式比较接近当前用户的操作习惯，是一种进化式的变更；谷歌则比较强调“云”而淡化“端”，各种数据和计算都放在“云”上，“端”则仅需要Web浏览器既可以了，这样无论什么样的“端”（如手机、台式电话、电视机、PC、手提电脑和MP4等待）只要支持Web浏览器就能实现“云”端计算和应用（无需操作系统的支持，如果成功了

可以说直接掐断微软的生命线，是一种革命式的变化，所以现在和微软吵的狂厉害）；IBM 则仅仅关注与“云”的搭建，帮助客户建立的专有的云计算（私有云），提供数据中心设计服务以及IBM的服务器、存储设备和软件，并还可用自己的数据中心基础设施提供托管的云计算服务（公有云），IBM并不在乎“端”，无论如何各大公司如果想支持“云计算”，出于安全性的考虑，他们都要搭建“私有云”的。

这里我还觉得无论“云计算”将来如何发展，其“云”和“端”以及“云”与“云”之间的通信流量必然非常庞大，必然需要更高效更稳定和大流量的网络支持，而无论微软、谷歌和IBM 在谈论“云计算”时都没有涉及这个方面的问题，我并不认为这是他们的疏忽，而是他们都认为将来的网络一定能够适应“云计算”的需求，那么对于以网络通信起家的思科和华为来说，他们都必将是“云计算”的赢家之一。

1.2云计算的发展动力

（1）Web2.0时代大用户量/高参与度/服务集中，竞争的基石－数据中心，Internet服务商空闲的CPU/存储，Google服务器群、Amazon服务器群，企业与传统IT厂商的诉求（传统IT产品价格过高，客户对新型IT产品的需求），统计数据表明，企业IT投入的80%用于运维，金融危机大背景下IT开支削减，IT厂商希望在包括中国在内的新兴市场以及中小企业领域获得更多收入，来自google、SalesForce等非传统IT公司的竞争压力，IT巨头（Google、Oracle、Microsoft、IBM、SUN）的一致参与。

（2）个人或者商业团体需要云计算的原因非常多，这些只是云作为可行性选项的一小部分理由，其中包括：

费用——连接费用越来越低，硬件扩展变得越来越高效

管理成本——无须购买和维护实际硬件设备，既降低成本又节省空间

可靠性——规模扩展和压缩变得非常容易，因此能为客户提供更可靠的服务

（3）进入2008年以来，云计算(Cloud Computing)已经成为IT业的热点话题。在当前全球金融危机的形势下，用户的IT投资将出现下降趋势。然而IDC认为，在云计算方面的IT 支出，由于金融危机的作用将反而有所增长。这是由于金融危机迫使众多企业更加重视投资回报率，而相对于自建数据中心，云计算的租赁方式具有更好的性价比，这将促使更多的最终用户关注和使用云计算模式。同时，这也将促使提供公共云计算服务的供应商迅速发展，成为云计算发展的主要推动力。

（4）数据量的高速增长与数据处理能力的相对不足。数字技术和互联网的发展，特别是Web2.0的发展导致数据量高速增长，因此对数据的处理能力提出了更高的要求。

（5）计算资源的利用率处于一种不平衡的状态，一些应用需要大量的计算资源和存储资源，同时大量的计算设备和存储资源没有得到充分利用。

（6）对于个人和中小企业来说，目前，一方面存在数据管理的需求，另一方面他们对于计算能力的需求往往是不平衡的。如果购置大量的存储和计算设备，那么投资和维护费用会大大提高，同时低水平的利用率也会造成资源的巨大浪费。这样，云计算模式为这一问题的解决提出了一个新的思路，一些个人和企业可以在这种开放的体系架构下享受云计算提供的服务。那么如何实现这种服务，就需要数据空间等数据管理技术研究解决。

（7）在这个Web2.0的时代，Flickr、MySpace、YouTube等网站的访问量，已经远远超过传统门户网站。用户数量多以及用户参与程度高，是这些网站的特点。因此，如何有效地为如此巨大的用户群体服务，让他们参与时能够享受方便、快捷的服务，成为这些网站不得不解决的一个问题。

而与此同时，凭借Google文件系统搭建起来Google服务器群，为Google提供强大的搜索速度与处理能力。于是，如何有效利用这些这种技术，为更多的企业或个人提供强大的计算能力与多种多样的服务，就是像Google这样拥有巨大服务器资源的企业在考虑的问题。

正是因为一方对计算能力的需求，而另一方能够提供这样的计算能力，于是云计算就应运而生。

1.3云计算的5个基本特征

（1）按需自助服务。视客户需要，可以从每个服务提供商那里单方面地向客户提供计算能力，譬如，服务器时间和网络存储，而这些是自动进行无需干涉的。

（2）遍地网络访问。具有通过规范机制网络访问的能力，这种机制可以使用各种各样的瘦和胖客户端平台（例如，携带电话、笔记本电脑以及PDA）。

（3）共享的资源池。提供商提供的计算资源被集中起来通过一个多客户共享模型来为多个客户提供服务，并根据客户的需求，动态地分配或再分配不同的物理和虚拟资源。有一个区域独立的观念，就是客户通常不需要控制或者需要知道被提供的资源的确切的位置，但是可能会在更高一层的抽象（例如，国家、州或者数据中心）上指定资源的位置。资源的例子包括存储设备、数据加工、内存、网络带宽和虚拟机等。

（4）快速弹性能力。具有快速地可伸缩性地提供服务的能力。在一些场景中，所提供的服务可以自动地，快速地横向扩展，在某种条件下迅速释放、以及快速横向收缩。对于客户来讲，这种能力用于使所提供的服务看起来好象是无限的，并且可以在任何时间、购买任何数量。

（5）可度量的服务。云系统通过一种可计量的能力杠杆在某些抽象层上自动地控制并优化资源以达到某种服务类型（例如，存储、处理、带宽以及活动用户帐号）。资源的使用可以被监视和控制，通过向供应商和用户提供这些被使用服务报告以达到透明化。

在五个基本特征中最重要的仍然是快速伸缩和无限扩展能力，这个能力的支持是需要首先建立标准化的资源池，而按需自助服务和普遍的网络访问体现的仍然是计算和存储能力由终端向云端的迁移。

1.4云计算的8个常见特征

（1）大规模；（2）虚拟化；（3）永不停机；（4）高级安全技术；（5）免费软件；（6）地理分布；（7）面向服务的软件；（8）自动化管理和控制。

1.5云计算特征总结

（1）采集模式，以满足服务为目的，重要的是结果，不关心云计算是如何做的；

（2）商业模式，以按需计费的方式提供服务，不想支付固定投入成本，更愿意支付弹性使用费，就像用电一样；

（3）访问模式，基于互联网模式访问，可以随时随地的访问；

（4）技术模式，可扩展的、弹性的、可共享的技术支持，带来了规模经济性，提高资源利用率和动态共享资源。

总之，云计算是一种计算模式，能将大量的灵活弹性的IT相关能力打包成服务提供给使用互联网技术的外部客户。

2.云计算的应用模式

2.1云计算的服务模式

云计算以按需付费的模式向消费者提供基础设施、平台和软件（应用程序）三个方面的服务，分别称这些服务模式为基础即服务（IaaS）、平台即服务（PaaS）、软件即服务（SaaS）。

（1）软件交付的模式（SaaS）：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

（2）平台交付的模式（PaaS）：可以看成是SaaS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

（3）Computer交付的模式(IaaS)：也称为硬件即服务，或效用计算(Utility Computing)，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2.2云计算的4种部署模式

（1）私有云，企业独立拥有或独立承租的云系统；

（2）社区云，在特定社区内共享的云系统，如：由某公司及其合作伙伴共同承建并分享使用的云系统；

（3）公有云，面向公众开放租售的大规模云系统；

（4）混合云，由以上三种云系统中的两种以上的云系统共同配合而提供IT能力的混合型云系统。

2.3 云计算的核心业务能力

（1）SaaS层，提供各种软件服务和按需计费功能；

（2）PaaS层，SaaS层的营运支撑平台，可以提供数据库服务、平台软件服务等功能；

（3）IaaS层，在以数据中心为支撑的服务中，提供弹性计算、弹性软件租用、云存储、免灾备份等服务，以基础设施为支撑的服务中，提供平台级的负载均衡、虚拟化网络、虚拟化服务器、虚拟化存储、防火墙等服务功能。

2.4云计算的关键技术需求

云计算是一种新型的超级计算方式，以数据为中心，是一种数据密集型的超级计算。云计算的关键技术包括以下几个方向：

（1）云计算中的云平台技术。

云计算平台的主要特点是用户不必关心云平台底层的实现。用户使用平台，或使用云平台发布第三方应用的开发者(服务提供商，或者云平台用户)只需要调用平台提供的接口就可以在云平台中完成自己的工作。利用虚拟化技术，云平台提供商可以实现按需提供服务，这一方面降低了云的成本，另一方面保证了用户的需求得到满足。云平台基于大规模的数据中心或者网络，因此云平台可以提供高性能的计算服务，并且对于云平台用户，云的资源几乎是无限的。

（2）虚拟化技术。

虚拟化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。虚拟化技术主要有以下几种：

（a）服务器虚拟化。

在服务器虚拟化中，虚拟化软件需要实现对硬件资源的分配、调度和管理，虚拟机与宿主操作系统及多个虚拟机间的隔离等功能，它的主要功能技术是在一个物理服务器上运行多个虚拟服务器；可以使一个物理服务器虚拟成若干个服务器使用。服务器的虚拟化还有无知觉故障恢复、负载均衡、统一管理以及快速部署等功能。

（b）存储虚拟化。

存储虚拟化的方式是将整个云系统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。它的主要功能有：把存储资源统一整合管理形成数据中心模式；用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；将云存储系统虚拟成用户本地硬盘；它的功能还有节能减排、安全认证、数据加密、基层管理等功能。

（c）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，从而使其具有良好的兼容性。

（d）平台虚拟化。

平台虚拟化是集成各种开发资源虚拟出的一个面向开发人员的统一接口，软件开发人员可以方便地在这个虚拟平台中开发各种应用并嵌入到云计算系统中，使其成为新的云服务供用户使用。它的主要功能有：它支持各种通用的开发工具以及开发软件，如C、C++、Java、C#、Basic等；它还有测试环境、服务计费、排名打分、升级更新和管理监控等功能。

（e）桌面虚拟化。

桌面虚拟化将用户的桌面环境与其使用的终端设备解耦。服务器上存放的是每个用户的完整桌面环境。用户可以使用具有足够处理和显示功能的不同终端设备通过网络访问该桌面环境。它的主要功能有：集中在服务器端管理和配置PC环境及其他客户端需要的软件可以对企业数据、应用和系统进行集中管理、维护和控制，以减少现场支持工作量；它还有使用连续性、故障恢复、用户自定义等功能。

（3）数据存储技术。

云计算的数据存储技术具有分布式、高吞吐率和高传输率的特点。为保证高可用、高可靠和经济性，云计算采用分布式存储的方式来存储数据，采用冗余存储的方式来保证存储数据的可靠性，即为同一份数据存储多个副本。目前数据存储技术主要有Google的GFS（Google File System，非开源）以及Hadoop 开发团队开发的HDFS（Hadoop Distributed File System，开源），目前这两种技术已经成为事实标准。云计算的数据存储技术未来的发展将集中在超大规模的数据存储、数据加密和安全性保证以及继续提高I/O速率等方面。

（4）数据管理技术。

云计算系统对大数据集进行处理、分析向用户提供高效的服务。因此，数据管理技术必须能够高效地管理大数据集。其次，如何在规模巨大的数据中找到特定的数据，也是云计算数据管理技术所必须解决的问题。

云计算的特点是对海量的数据存储、读取后进行大量的分析，如何提高数据的更新速率以及进一步提高随机读速率是未来的数据管理技术必须解决的问题。云计算的数据管理技术最著名的是Google的BigTable数据管理技术，由于采用列存储的方式管理数据，如何提高数据的更新速率以及进一步提高随机读速率是未来的数据管理技术必须解决的问题。同时Hadoop开发团队正在开发类似BigTable的开源数据管理模块。

（5）分布式编程与计算。

为了使用户能更轻松的享受云计算带来的服务，让用户能利用该编程模型编写简单的程序来实现特定的目的，云计算上的编程模型必须十分简单，必须保证后台复杂的并行执行和任务调度向用户和编程人员透明。当前各IT厂商提出的“云”计划的编程工具均基于Map-Reduce的编程模型。Map-Reduce是一种处理和产生大规模数据集的编程模型，程序员在Map函数中指定对各分块数据的处理过程，在Reduce函数中指定如何对分块数据处理的中间结果进行归约。用户只需要指定map和reduce函数来编写分布式的并行程序。

（6）云计算的业务接口。

为了方便用户业务由传统IT系统向云计算环境的迁移，云计算应对用户提供统一的业务接口。业务接口的统一不仅方便用户业务向云端的迁移，也会使用户业务在云与云之间的迁移更加容易。在云计算时代，SOA架构和以Web Service为特征的业务模式仍是业务发展的主要路线。

（7）云计算相关的安全技术。

云计算模式带来一系列的安全问题，包括用户隐私的保护、用户数据的备份和云计算基础设施的防护等。云计算中虚拟服务的规模化、集约化和专业化改变了信息资源大量分散于端设备的格局，云计算本身可以通过安全作为服务的形式为改善互联网安全作出贡献。云计算中心可以实现集约化和专业化的安全服务，改变当前人人都在打补丁、个个都在杀病毒的状况；还可以将备份作为一种服务形式，实现专门的云备份服务等。

2.5云计算的应用实例

云计算的应用实例如下：

（1）通过网络访问计算资源

软件作为服务，E.g. Siebel on Demand, https://www.360docs.net/doc/1617252151.html,

平台作为服务，E.g. Google Apps, https://www.360docs.net/doc/1617252151.html,

基础设置作为服务，E.g. Amazon EC2, Rackspace

（2）按需求/自服务

?按远近快速安装

?弹性能力

?随收随付

2.5.1 SAAS的应用实例

（1）特点

?多客户共享单一应用

?专门的SaaS供应商来提供和管理

?多用户或单用户

?只需通过浏览器/手持设备即可享受服务

（2）应用场景

?CRM

?Financial Planning

?Human Resources

?Word Processing, etc.

（3）市场代表

?SalesForce

?Oracle CRM OnDemand

?Google Apps,i.e.,Gmail.Google Doc

?Zoho Office

?Workday(ERP)

2.5.2 PAAS的应用实例

（1）特点

?强化客户的黏度，为客户或第三方提供开放的API或开发平台，通常包括数据库、中间件、开发工具等。用户必须在指定的平台上开发

?通常基于虚拟化和网格的计算架构

?通常包括服务管理功能

?计费

?自我配置

?多租户

?可使供应商变为多应用提供者（如：SalesForce籍此跨出单纯的CRM服务）（2）市场代表

?Google App Engine: Python Java

?Amazon web services

?Sales Force的https://www.360docs.net/doc/1617252151.html,: Apex

?Microsoft https://www.360docs.net/doc/1617252151.html,

?CogHead(为SAP收购): Flex

2.5.3 IAAS的应用实例

（1）特点

?硬件及相关的软件作为服务

?机器/存储/网络/防火墙/路由器/负载均衡

?操作系统，虚拟机，文件系统均衡

?基于网格计算

?虚拟化

?集群

?动态资源提供

?用于虚拟的数据中心

（2）市场代表

?Amazon EC2 & S3:

?The New York Times使用成百上千台 Amazon EC2(Amazon Elastic

Compute Cloud) 实例在 36 小时内处理 TB 级的文档数据。如果没

有 EC2，The New York Times 处理这些数据将要花费数天或者数月

的时间

?AWS S3(Simple Storage Service)提供存储资源

2.5.4 典型云计算服务提供商分析

表1典型云计算服务提供商分析

表2典型云计算服务提供商分析

2.6中国移动的云计算解决方案

虚拟和操作系统层 存储平台 OPhon

ID OA 绿色数据中心 IT 支撑系统 等互联网应用

并行程序框架 PC 与不可靠硬盘上

系统之上

图1 CMCC 云计算架构 图

2.7中国电信的云计算解决方案

图1中国电信的云计算解决方案

? 在开源Hadoop DFS 统，提高性能、可管理性 ?

修订Bug 多NameNode 系统

Hbase 基础HugeTable ? 提供部分SQL 操作和索引能力 ? 提高性能和系统可靠性 ? 心管理效率，本，管理到硬件资源、CloudMaster 系统 ? ? 管理分布式环

境中的数据和

计算 ? 提供虚拟化资源管理和调度 BC-PDM ? 在开源界出于领先地位 图3 C M C C 云计算平台和应用关键技术研究和开发

图2中国电信云计算服务规划

3云计算的研究

3.1云计算的体系架构

云计算的体系描述如下，架构的主体部分为由多台服务器(服务器池)按照分布式共享机制构成的计算云团，直接与服务分析、监控测量和服务器配置等组件组成的工具模块(或子系统)紧密相连接，这些工具模块又与服务分类设备和系统管理器相连接，系统管理器又与系统监控测量设备是紧密互通的，用户经过用户交互界面与服务分类设备和系统管理器传送服务需求信息，调度利用系统内的资源，从而使系统交互有机协同运作，实现云计算“按需供应服务”。

3.2绿色云体系架构

基于绿色云计算体系和云计算体系架构，设计高效的绿色云计算体系架构，有利于促进各种基于绿色云环境的技术（资源分配、任务调度和服务器利用等）的开发与研究，推动云数据中心的合理设计。在云计算基础架构[3]的基础上，将绿色节能服务分配体系融入到云体系架构中，设计出图1所示绿色云体系架构。

绿色云体系架构基本上包括以下四个层次：

(1)消费者或经理人，他们在世界上任何地方向云提交服务请求。注意区分云消费者和部署服务的所有用户之间的差异，云消费者可以是一个公司部署的Web应用程序，根据访问它

的用户数量显示不同的工作负载。

图1.绿色云系统体系架构

(2)绿色服务分配器，作为云基础设施和消费者之间的绿色服务接口，需要以下模块的交互作用来实现节能资源管理:

绿色评判，利用与消费者或经理人的谈判，依据消费者的QoS要求和节能计划最终确定SLA，明确价格与云服务提供商和消费者之间的惩罚（针对违反SLA的）；服务分析，在接收一个提交请求的服务之前解释和分析它，基于业务服务水平管理和配置管理，从虚拟机管理器和能源监测得到最新的负荷和能量信息；消费者探查器，收集、整理和分析消费者的具体特点，使重要消费者给予特别优惠或先于其他消费者提供服务；定价，决定如何收取服务费用，管理计算资源的供应和需求，有效地促进优先服务分配；能源监测，观测记录虚拟机和物理机产生的能耗，提供给虚拟机管理者来签发高效节能的资源分配策略；任务调度器，分配服务请求给虚拟机和确定已分配虚拟机的资源权利；虚拟机管理器，跟踪记录虚拟机的可用性和资源利用情况，负责供应新的虚拟机及跨物理机重新分配虚拟机来适应位置；核算，监控虚拟机对资源的实际利用率和核算资源的使用成本，利用历史使用记录改善资源分配策略。

(3)虚拟机，根据输入请求动态地启动或关闭物理机上的多个虚拟机，从而提供了在同一台物理机上依据不同的服务需求来配置资源分区的灵活性。多个虚拟机基于单个物理机上的不同操作系统环境同时运行所有的应用程序。采用跨物理机动态迁移虚拟机，整合工作负载，将未使用的资源切换到低功耗状态、关闭或配置成以低性能运行，以节约资源和降低功耗。

(4)物理资源与基础设施管理，底层物理计算服务器提供硬件基础设施用于创建虚拟化资源来满足服务需求。

基于以上四个层次建立的绿色云体系架构，通过消费者界面和云界面的系统管理器和服务分类设备形成的绿色分配器，建立自主能源感知资源管理机制和策略，利用云计算环境中虚拟机的资源分配和任务调度等操作技术，有效地依据用户的需求变化动态地分配任务给云系统物理服务器，根据服务请求动态地管理物理机的开启和关闭，整合系统的工作负载，合理地配置和管理未使用的资源，实现绿色云系统的高效性与节能环保。

3.3云环境下的绿色任务调度算法设计

基于绿色云架构的设计，将服务器具有的能量看作一种系统资源进行资源管理和分配，提出了三种绿色任务调度算法：

1）最短任务优先给能量最少的服务器以最优速度处理（简称STF-OS）算法；

2）最长任务优先给能量最少的服务器以最优速度处理（简称LTF-OS）算法；

3）随机任务给能量最少的服务器以最优速度处理（简称RT-OS）算法。

基于绿色云架构，将服务器具有的能量看作一种系统资源进行资源管理和分配，最短任务优先给能量最少的服务器以最优速度处理，简称STF-OS算法。

图2 STF-OS 算法流程图

3.4仿真实验的分析

3.4.1 基于能量消耗比较各种算法

与上面三种绿色任务调度算法不同，仿真实验也实现了利用最大速度的三种常规任务调度算法：最短任务优先给能量最少服务器以最大速度处理，简称STF-MS 算法；最长任务优先给能量最少服务器以最大速度处理，简称LTF-MS 算法；随机任务给能量最少服务器以最大速度处理，简称RT-MS 算法。

在仿真过程中，自行扩展了云计算仿真平台CloudSim2.1[11]，重写了VirtualMachineList 、DataCenterBroker 、Cloudlet 等类，重新生成了云计算仿真平台，对三种绿色任务调度算法进行仿真，进行了实验结果数据的统计分析。任务j 的指令数(j I )、i a 、i b 、i C 和i β等参数都是随机产生的，100001000≤≤j I (i n j ,,2,1 =)，μ+=10i a 和μ+=50i b ,μ是一个在]20,0[j 内随机数，15001000≤≤i C 和43≤≤i β（m i ,,2,1 =）。对于服务器i 的N 个速度等级计算公式为1

)(

--+=N a b g i a i j V i i （1,,2,1,0-=N g ），每次仿真取20=N 。为了使统计结果可信，每个结果都是1000次随机仿真结果的平均数。

仿真实验准备了三种方案组合，方案1利用100项任务和5台服务器，方案2利用500项任务和10台服务器与方案3利用1000项任务和20台服务器。图3到5分别显示各方案中的任务调度的能量消耗，单位焦耳。

能量

消耗(J)

60002500 3000 3500 40004500 5000 5500 0

时间（ms) STF-OS LTF-OS RT-OS STF-MS LTF-MS RT-MS

12100.3?12100.1?12105.1?12100.2?12105.2?12105.0?

图3方案1中六种算法的能量消耗

50005100520053005400

550056005700时间（ms ）13

100.2?13

101.2?13109.2?13

100.3?13

108.2?13

106.2?13105.2?13

104.2?13

103.2?13

102.2?13

107.2?能量

消耗(J)STF-OS LTF-OS RT-OS STF-MS LTF-MS RT-MS

图4方案2中六种算法的能量消耗

28002900300031003200

33003400时间(ms)1410

2.2?1410

1.2?1410

4.1?14

105.1?1410

6.1?14

107.1?1410

8.1?14109.1?14100.2?能

量消

耗

(J)STF-OS LTF-OS RT-OS STF-MS LTF-MS RT-MS

图5方案3中六种算法的能量消耗

3.4.2基于期限T 的算法比较

通过图6总结方案1-3的结果，在规定时间T 内完成所有的任务调度，STF-OS 、LTF-OS

和RT-OS 算法比STF-MS 、LTF-MS 和RT-MS 算法能够节省更多能量。由图6显示，六种算法从最好到最坏的排列顺序是

3.5基于改进蚁群算法的云环境任务调度研究

针对蚁群优化算法( ACO) 在解决大规模的组合优化问题时容易陷入搜索速度慢和局部最优的缺陷, 进行算法的改进; 结合遗传算法全局收敛的优点, 将遗传算法融入到蚁群优化算法的每一次迭代中, 加快其收敛速度, 并引入逆转变异策略, 避免了蚁群优化算法陷入局部最优; 深入研究了改进的蚁群优化算法在云计算环境中的任务调度策略, 并通过扩展云计算仿真平台CloudSim 实现了模拟仿真; 实验结果表明, 此算法能够缩短云环境下的任务平均运行时间, 提高了资源利用率。

3.5.1 基于蚁群优化算法的任务调度算法

云环境下, 基于蚁群优化算法的任务调度算法执行流程图如下：

图1基于蚁群优化算法的任务调度算法执行流程图

3.5.2 仿真实验结果

为验证本算法的优越性, 在本次实验中, 我们分别采用了CloudSim 现有的轮循( Round Ro bin, RR) 调度算法、ACO 算法及MACO 算法进行任务调度。各任务平均执行时间如图2所示。从总体上看, RR 算法随着任务数量的增加, 所花费的时间也就越多。而ACO 算法, 开始时信息素较少, 任务执行的较慢, 后期随着信息素的不断增加, 正反馈性增强,时间增加幅度小于RR 算法。改进的ACO 算法, 显然比前两种算法执行时间要短, 效率要高。

图2任务平均执行时间对比

4 云计算的发展前景

4.1企业云能力的进化

4.2电信运营商运能力构建策略

（1）私有云入手，尝试云计算技术，积累经验；

（2）IaaS 能力构建作为基础，先解决基础资源云化问题；

（3）然后以构建PaaS 能力作为私有云建设的核心；

a)Platform 是企业应用的基础；

b)企业内部应用不会一夜之间革命，需要连续性和逐步演进；

c)以目前的中间件层为基础，补充缺失的云能力，实现满足要求的Platform 层； d)重点是实现自动化按需开通能力和可管理性，实现云的弹性；

（4）构建公有云成为云运营商；

以商业运营为目的，构建于可靠平台之上。

4.3企业引入云计算的主要受益

（1）解耦并分离“业务服务”与其运行的“基础架构平台”（虚拟化）；

（2）客户能够灵活选择业务服务、开发环境、基础架构等开箱即用的IT 能力，且能够根据使用付费而不需要签订长期合同；

（3）基于一个大规模的共享资源池，能够以弹性方式按需的满足业务对IT 能力的需求；

（4）帮助客户从资产成本转换为运营成本；

（5）基于运营效率的提升及快速发布能力来帮助降低成本。

4.4 Paa Saa Iaa

公有云群 邦 ? Virtual Private 混合云

Paa Saa Iaa 基于策略的专有 共享服务 ?