目录 第7章云计算及其体系结构 7.1云计算概述 71.1云计算概念的由来 7.12云计算的定义 713云计算的特征 714云计算的分类 7.15云计算发展历程和标志性事件 71.6国内外云计算标准化进展 7.1.7云计算发展趋势 72云计算体系结构 721云计算机体系 722云计算的组成和拓扑结构 72.3云计算的逻辑架构和系统架构 724云计算的技术体系结构 725云计算的服务层次结构 726云计算中的网络层次结构 727云计算服务交易市场系统模型 728主要云计算平台及其体系结构 73云计算的相关技术 731云计算与相关计算形式的关系 732云计算的核心技术 733虚拟化技术 734云计算安全技术
102 目 录 第 7 章 云计算及其体系结构 7.1 云计算概述 7.1.1 云计算概念的由来 7.1.2 云计算的定义 7.1.3 云计算的特征 7.1.4 云计算的分类 7.1.5 云计算发展历程和标志性事件 7.1.6 国内外云计算标准化进展 7.1.7 云计算发展趋势 7.2 云计算体系结构 7.2.1 云计算机体系 7.2.2 云计算的组成和拓扑结构 7.2.3 云计算的逻辑架构和系统架构 7.2.4 云计算的技术体系结构 7.2.5 云计算的服务层次结构 7.2.6 云计算中的网络层次结构 7.2.7 云计算服务交易市场系统模型 7.2.8 主要云计算平台及其体系结构 7.3 云计算的相关技术 7.3.1 云计算与相关计算形式的关系 7.3.2 云计算的核心技术 7.3.3 虚拟化技术 7.3.4 云计算安全技术
第7章云计算及其体系结构 7.1云计算概述 71.1云计算概念的由来 云计算( Cloud Computing)不但体现了新兴技术的组合和创新,更代表着业务和商 业模式的拓展,是继计算机和互联网之后信息技术发展的最新趋势,将极大地改变人们 的生活、工作和学习的方式。 云计算”的概念起源于大规模分布式计算技术,是网格计算、并行计算、分布式 计算、网络存储和负载均衡等传统计算机技术和网络技术发展融合的产物,是虚拟化、 效用计算、软件即服务(SaS, Software as a service)、平台即服务(PaaS, Platform as a service)、基础架构即服务(IaaS, Infrastructure as a Service)和成功的项目群管理 等概念混合演进并跃升的结果。“云计算”术语的出现和使用纯属偶然。在互联网技术 发展初期,研究者都习惯性地将互联网画成一朵“云”来代表,因为这样,人们可以筒 化网络内部的技术细节和复杂机制,方便地讨论新技术。随着互联网技术的飞速发展, 采用“云计算”代表和体现新型的网络计算特征和技术趋势就变得非常自然。因此,云 计算这一术语很容易就在业界流行起来 计算机的应用大体经历了四种主要模式:1960年至今的“大型机一终端”模式;1980 年至今的“客户机一服务器”模式;2000年至今的“服务器聚集”模式;2007年至今 的“网格计算”和“云计算”模式。 早在20世纪60年代麦卡锡( John McCarthy)就提出了把计算能力作为一种像水和 电一样的公用事业提供给用户。云计算的第一个里程碑是,1999年 Salesforce:com提出 的通过一个网站向企业提供企业级的应用的概念。另一个重要进展是2002年亚马逊 ( Amazon)提供一组包括存储空间、计算能力甚至人工智能等资源服务的 Web service。 Web Service允许小企业和私人租用亚马逊的计算机来运行他们的应用。2005年亚马逊 又提出了弹性计算云( Elastic Compute Cloud),也称亚马逊EC2,并取得了商业上的成 功。云计算被视为“革命性的计算模型”,因为它使得超级计算能力通过互联网自由流 通成为了可能。企业与个人用户无需再投入昂贵的硬件购置成本,只需要通过互联网来 购买租赁计算力。 云计算中的“计算”是一个简单而明确的概念。“计算”系指计算应用,在产业和
103 第 7 章 云计算及其体系结构 7.1 云计算概述 7.1.1 云计算概念的由来 云计算（Cloud Computing）不但体现了新兴技术的组合和创新，更代表着业务和商 业模式的拓展，是继计算机和互联网之后信息技术发展的最新趋势，将极大地改变人们 的生活、工作和学习的方式。 “云计算”的概念起源于大规模分布式计算技术，是网格计算、并行计算、分布式 计算、网络存储和负载均衡等传统计算机技术和网络技术发展融合的产物，是虚拟化、 效用计算、软件即服务（SaaS，Software as a Service）、平台即服务（PaaS，Platform as a Service）、基础架构即服务（IaaS，Infrastructure as a Service）和成功的项目群管理 等概念混合演进并跃升的结果。“云计算”术语的出现和使用纯属偶然。在互联网技术 发展初期，研究者都习惯性地将互联网画成一朵“云”来代表，因为这样，人们可以简 化网络内部的技术细节和复杂机制，方便地讨论新技术。随着互联网技术的飞速发展， 采用“云计算”代表和体现新型的网络计算特征和技术趋势就变得非常自然。因此，云 计算这一术语很容易就在业界流行起来。 计算机的应用大体经历了四种主要模式：1960 年至今的“大型机一终端”模式；1980 年至今的“客户机一服务器”模式；2000 年至今的“服务器聚集”模式；2007 年至今 的“网格计算”和“云计算”模式。 早在 20 世纪 60 年代麦卡锡（John McCaithy）就提出了把计算能力作为一种像水和 电一样的公用事业提供给用户。云计算的第一个里程碑是，1999 年 Salesforee.com 提出 的通过一个网站向企业提供企业级的应用的概念。另一个重要进展是 2002 年亚马逊 （Amazon）提供一组包括存储空间、计算能力甚至人工智能等资源服务的 Web Service。 Web Service 允许小企业和私人租用亚马逊的计算机来运行他们的应用。2005 年亚马逊 又提出了弹性计算云（Elastic Compute Cloud），也称亚马逊 EC2，并取得了商业上的成 功。云计算被视为“革命性的计算模型”，因为它使得超级计算能力通过互联网自由流 通成为了可能。企业与个人用户无需再投入昂贵的硬件购置成本，只需要通过互联网来 购买租赁计算力。 云计算中的“计算”是一个简单而明确的概念。“计算”系指计算应用，在产业和
市场中,可以指一切IT应用。随着网络技术的融合,一切信息和通信应用也都整合在 统一的平台之上。由此推而广之,云计算中的“计算”可以泛指一切信息和通信技术的 融合应用。所以,云计算术语的关键特征并不在于“计算”,而在于“云”。 之所以称为“云”,是因为它在某些方面具有现实中云的特征:云一般都较大;云 的规模可以动态伸缩,它的边界是模糊的;云在空中飘忽不定,你无法也无需确定它的 具体位置,但它确实存在于某处;云在空中,每个人都能看到,雨水能落到每个人头上。 2006年谷歌推出了“ Coogle101计划”,正式提出“云”的概念和理论。随后亚马 逊、微软、惠普、雅虎、英特尔、IBM等公司都宣布了自己的“云计划” 712云计算的定义 云计算借用了量子物理中的“电子云”( Electron cloud)思想,强调说明计算的弥 漫性、无所不在的分布性和社会性等。 关于云计算的定义有很多种。维基百科对云计算的定义是:云计算是一种商业计算 模型和信息服务模式。它将计算任务分布在大量物理计算机服务器和虚拟服务器构成的 不同数据中心,使各种应用能够根据需要获取计算能力、存储能力和信息服务。伯克利 云计算白皮书则将其定义为“云计算包括互联网上各种服务形式的应用,以及数据中心 提供这些服务的软硬件设施 综合云计算的特点可以把云计算定义为:一种由规模经济效应所驱动的大规模分布 式计算模式,把抽象化、虚拟化、动态可扩展、有效管理的计算、存储、平台和服务等 资源池,通过互联网按需提供给外部用户。 云计算是以虚拟化技术为基础,以网络为载体的进行协同工作的超级分布式计算模 式,是把存储于PC机、智能手机、其它设备上的大量信息、处理器资源和计算任务集 中分布在数不清的计算机和服务器构成的计算机云和资源池上,使各种应用系统能够以 安全、快速、便捷、免费或按需租用以及无人干预的方式获取和释放计算和处理能力 存储空间和各种软件服务。用户通过PC机、手机等工具就可将庞大的计算处理程序自 动分拆成无数个较小的子程序,再交由这庞大的网络系统经搜索、计算分析之后将处理 结果回传给用户。 狭义的云计算是指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、按需使用、随时扩展和按使用付费。这种特性经常
104 市场中，可以指一切 IT 应用。随着网络技术的融合，一切信息和通信应用也都整合在 统一的平台之上。由此推而广之，云计算中的“计算”可以泛指一切信息和通信技术的 融合应用。所以，云计算术语的关键特征并不在于“计算”，而在于“云”。 之所以称为“云”，是因为它在某些方面具有现实中云的特征：云一般都较大；云 的规模可以动态伸缩，它的边界是模糊的；云在空中飘忽不定，你无法也无需确定它的 具体位置，但它确实存在于某处；云在空中，每个人都能看到，雨水能落到每个人头上。 2006 年谷歌推出了“Coogle 101 计划”，正式提出“云”的概念和理论。随后亚马 逊、微软、惠普、雅虎、英特尔、IBM 等公司都宣布了自己的“云计划”。 7.1.2 云计算的定义 云计算借用了量子物理中的“电子云”（Electron Cloud）思想，强调说明计算的弥 漫性、无所不在的分布性和社会性等。 关于云计算的定义有很多种。维基百科对云计算的定义是：云计算是一种商业计算 模型和信息服务模式。它将计算任务分布在大量物理计算机服务器和虚拟服务器构成的 不同数据中心，使各种应用能够根据需要获取计算能力、存储能力和信息服务。伯克利 云计算白皮书则将其定义为“云计算包括互联网上各种服务形式的应用，以及数据中心 提供这些服务的软硬件设施”。 综合云计算的特点可以把云计算定义为：一种由规模经济效应所驱动的大规模分布 式计算模式，把抽象化、虚拟化、动态可扩展、有效管理的计算、存储、平台和服务等 资源池，通过互联网按需提供给外部用户。 云计算是以虚拟化技术为基础，以网络为载体的进行协同工作的超级分布式计算模 式，是把存储于 PC 机、智能手机、其它设备上的大量信息、处理器资源和计算任务集 中分布在数不清的计算机和服务器构成的计算机云和资源池上，使各种应用系统能够以 安全、快速、便捷、免费或按需租用以及无人干预的方式获取和释放计算和处理能力、 存储空间和各种软件服务。用户通过 PC 机、手机等工具就可将庞大的计算处理程序自 动分拆成无数个较小的子程序，再交由这庞大的网络系统经搜索、计算分析之后将处理 结果回传给用户。 狭义的云计算是指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、按需使用、随时扩展和按使用付费。这种特性经常
被称为像打开电灯用电、打开水龙头用水一样使用IT基础设施,好比是从古老的单台 发电机模式转向了电厂集中供电的模式,而无需考虑电是从哪里来,水是哪家水厂的。 它意味着计算能力也可以作为一种商品流行流通,就像煤气、水电一样,取用方便,费 用低廉。最大的不同在于,它是通过互联网进行传输的。 广义的云计算是指“云”是一些可以自我维护和管理的虚拟计算资源,通常为一些 大型服务器集群,包括计算服务器、存储服务器、宽带资源等。云计算将所有的计算资 源集中起来,由软件实现自动管理,无需人为参与。这使得超级计算能力通过互联网自 由流通成为可能,无需再投入极高的硬件购置成本,而只需通过互联网购买计算能力 把你的计算机当做接入口,一切都交给互联网。应用提供者无需为繁琐的细节而烦恼, 能够更加专注于自己的业务,有利于创新和降低成本。 云计算的一个核心理念就是通过不断提高“云”的处理能力,进而减少用户终端的 处理负担,最终使用户终端简化成一个单纯的输入输出设备,从“购买产品”到“购买 服务”转变,并能按需享受“云”的强大计算处理能力 从硬件上看,云计算能根据需求提供似乎是无限的计算资源,云计算终端用户无需 再为计算能力准备计划或预算;云计算用户可以根据需要,逐步追加硬件资源,而不需 要预先给出承诺;云计算为用户提供短期便用资源的灵活性,当不再需要这些资源的时 候,用户可以方便地释放这些资源 从用户角度看,“云”的基本含义是“资源在互联网中”,是为多个企业和普通用户 提供互联网中的资源,便于用户虚拟拥有和按需使用云端资源服务,用户不需要了解云 内部的细节,也不必具有云内部的专业知识或直接控制基础设施。云端服务,资源由互 联网中的云计算第三方提供,用户享受价值与能力,但并不物理拥有;虚拟拥有,用户 具有一定的贤源自主控制权;按需使用,用户按实际需求灵活扩展与收缩资源量;方便, 用户能以快速、低门槛方式获取资源服务。 从云计算后台看,云计算实现资源的集中化、规樸化。能够实现对各类异构软硬件 基础资源的兼容,如电网支持水电、火电、核电等异构电厂并网;还能够实现资源的动 态流转,如西电东送,西气东输、南水北调等。支持异构资源和实现资源的动态流转, 可以更好地利用资源,降低基础资源供应离的成本 将来的云计算,你需要多少计算能力,就给你多少,不必考虑这些计算机在哪个国 家、哪个城市、是谁在操作。就好像面对大海,你不需要了解这些海水从哪里流进来
105 被称为像打开电灯用电、打开水龙头用水一样使用 IT 基础设施，好比是从古老的单台 发电机模式转向了电厂集中供电的模式，而无需考虑电是从哪里来，水是哪家水厂的。 它意味着计算能力也可以作为一种商品流行流通，就像煤气、水电一样，取用方便，费 用低廉。最大的不同在于，它是通过互联网进行传输的。 广义的云计算是指“云”是一些可以自我维护和管理的虚拟计算资源，通常为一些 大型服务器集群，包括计算服务器、存储服务器、宽带资源等。云计算将所有的计算资 源集中起来，由软件实现自动管理，无需人为参与。这使得超级计算能力通过互联网自 由流通成为可能，无需再投入极高的硬件购置成本，而只需通过互联网购买计算能力， 把你的计算机当做接入口，一切都交给互联网。应用提供者无需为繁琐的细节而烦恼， 能够更加专注于自己的业务，有利于创新和降低成本。 云计算的一个核心理念就是通过不断提高“云”的处理能力，进而减少用户终端的 处理负担，最终使用户终端简化成一个单纯的输入输出设备，从“购买产品”到“购买 服务”转变，并能按需享受“云”的强大计算处理能力。 从硬件上看，云计算能根据需求提供似乎是无限的计算资源，云计算终端用户无需 再为计算能力准备计划或预算；云计算用户可以根据需要，逐步追加硬件资源，而不需 要预先给出承诺；云计算为用户提供短期使用资源的灵活性，当不再需要这些资源的时 候，用户可以方便地释放这些资源。 从用户角度看，“云”的基本含义是“资源在互联网中”，是为多个企业和普通用户 提供互联网中的资源，便于用户虚拟拥有和按需使用云端资源服务，用户不需要了解云 内部的细节，也不必具有云内部的专业知识或直接控制基础设施。云端服务，资源由互 联网中的云计算第三方提供，用户享受价值与能力，但并不物理拥有；虚拟拥有，用户 具有一定的贤源自主控制权；按需使用，用户按实际需求灵活扩展与收缩资源量；方便， 用户能以快速、低门槛方式获取资源服务。 从云计算后台看，云计算实现资源的集中化、规模化。能够实现对各类异构软硬件 基础资源的兼容，如电网支持水电、火电、核电等异构电厂并网；还能够实现资源的动 态流转，如西电东送，西气东输、南水北调等。支持异构资源和实现资源的动态流转， 可以更好地利用资源，降低基础资源供应商的成本。 将来的云计算，你需要多少计算能力，就给你多少，不必考虑这些计算机在哪个国 家、哪个城市、是谁在操作。就好像面对大海，你不需要了解这些海水从哪里流进来
也不需要担心海水会干,可以想用多少就有多少。这就是云计算的威力。 在不久的将来,有电的地方都能计算,有计算的地方都有智能。有智能的地方都能 上网,个人和企业都将由此迎来新的发展机遇。 7.13云计算的特征 云计算具有显著的特征,具体表现在以下几个方面 1)基于网络。云计算本质是通过网络将计算力进行集中,并通过网络进行服务 如果没有网络,计算力集中规模、服务的种类和可获得性就会受到极大限制,如集群计 算虽然也是基于网络的计算模式,但不能提供基于网络的服务,还不能称之为云计算 (2)超大规模。云计算支持用户在任何有互联网的地方、使用任何上网终端获取 应用服务。用户所请求的资源来自于规模巨大的云平台。 Google云计算已经拥有10 多万台服务器, Amazon、IBM、微软、 Yahoo等的“云”均拥有几十万台服务器。企业 私有云一般拥有数百上千台服务器。 3)虚拟化。现有云计算平台最大特点是利用软件来实现硬件资源的虚拟化管理 调度及应用。通过虛拟平台用户使用网络资源、计算资源、数据库资源、硬件资源、存 储资源等,与在自己的本地计算机上使用的感觉一样,相当于在操作自己的计算机。 计算支持用户在任何时间、任意地点、使用各种终端获取应用服务。所请求的资源来自 “云”,而不是固定的有形的实体。用户无需了解也不用担心应用运行的具体位置 4)数据安全可靠。云计算提供了最可靠、最安全的数据存储中心,使用了数据 多副本容错;数据在云端,不怕丢失,不必备份,可在任意点恢复,用户不用再担心病 毒入侵等麻烦。 (5)通用性好。云计算不针对特定的应用,在“云”的支撑下可以构造出千变万 化的应用,同一个“云”可以同时支撑不同的应用运行 (6)高可扩展性。云技术使用户可以随时随地根据应用的需求动态地增减IT资源, 将服务器实时加入到现有服务器群中。“云”的规模可以动态扩展,以满足特定时期、 特定应用及用户规模增长的需要。 (7)按需服务。“云”是一个庞大的资源池,可按需购买;就像自来水、电和煤气 等公用事业那样根据用户的使用量计费,无需任何软硬件和设施等方面的前期投入。 (8)极其麇价。由于“云”的特殊容错措施可以采用极其廉价的节点来构成云,“云” 的自动化集中式管理使大量企业无需负担日益高昂的数据中心管理成本,“云”的通用
106 也不需要担心海水会干，可以想用多少就有多少。这就是云计算的威力。 在不久的将来，有电的地方都能计算，有计算的地方都有智能。有智能的地方都能 上网，个人和企业都将由此迎来新的发展机遇。 7.1.3 云计算的特征 云计算具有显著的特征，具体表现在以下几个方面： （1）基于网络。云计算本质是通过网络将计算力进行集中，并通过网络进行服务， 如果没有网络，计算力集中规模、服务的种类和可获得性就会受到极大限制，如集群计 算虽然也是基于网络的计算模式，但不能提供基于网络的服务，还不能称之为云计算。 （2）超大规模。云计算支持用户在任何有互联网的地方、使用任何上网终端获取 应用服务。用户所请求的资源来自于规模巨大的云平台。Google 云计算已经拥有 100 多万台服务器，Amazon、IBM、微软、Yahoo 等的“云”均拥有几十万台服务器。企业 私有云一般拥有数百上千台服务器。 （3）虚拟化。现有云计算平台最大特点是利用软件来实现硬件资源的虚拟化管理、 调度及应用。通过虚拟平台用户使用网络资源、计算资源、数据库资源、硬件资源、存 储资源等，与在自己的本地计算机上使用的感觉一样，相当于在操作自己的计算机。云 计算支持用户在任何时间、任意地点、使用各种终端获取应用服务。所请求的资源来自 “云”，而不是固定的有形的实体。用户无需了解也不用担心应用运行的具体位置。 （4）数据安全可靠。云计算提供了最可靠、最安全的数据存储中心，使用了数据 多副本容错；数据在云端，不怕丢失，不必备份，可在任意点恢复，用户不用再担心病 毒入侵等麻烦。 （5）通用性好。云计算不针对特定的应用，在“云”的支撑下可以构造出千变万 化的应用，同一个“云”可以同时支撑不同的应用运行。 （6）高可扩展性。云技术使用户可以随时随地根据应用的需求动态地增减IT资源， 将服务器实时加入到现有服务器群中。“云”的规模可以动态扩展，以满足特定时期、 特定应用及用户规模增长的需要。 （7）按需服务。“云”是一个庞大的资源池，可按需购买；就像自来水、电和煤气 等公用事业那样根据用户的使用量计费，无需任何软硬件和设施等方面的前期投入。 （8）极其廉价。由于“云”的特殊容错措施可以采用极其廉价的节点来构成云，“云” 的自动化集中式管理使大量企业无需负担日益高昂的数据中心管理成本，“云”的通用
性使资源的利用率较之传统系统大幅提升,因此用户可以亢分享受“云”的低成本优势。 (9)节能环保。云计算技术能将许多分散在低利用率服务器上的工作负载整合到 云中来,提升资源的使用效率,其电源使用效率比普通的数据中心要出色很多,并且还 能将云建设在水电厂等洁净资源旁边,这样既能进一步节省能源方面的开支,又能保护 环境 (10)使用筒单方便。云计算对用户端的设备要求最低,使用起来也最方便。用户 只要有一台可以上网的计算机,有一个喜欢的浏览器,就可尽情享受云计算带来的无限 乐趣。在浏览器中直接编辑存储在“云”的另一端的文档,再也不用担心软件是否是最 新版本,再也不用为软件或文档染上病毒而发愁。因为在“云”的另一端,有专业的IT 人员帮助维护硬件,帮助安装和升级软件,帮胁防范病毒和各类网络攻击。 (11)轻松共享数据。云计算可以轻松实现不同设备间的数据与应用共享。在云计 算的网络应用模式中,数据只有一份,保存在“云”的另一端,用户所有电子设备只需 要连接互联网,就可以同时访问和使用同一份数据 (12)无限多的可能。云计算为人们使用网络提供了几乎无限多的可能。为存储和 管理数据提供了几乎无限多的空间,也为完成各类应用提供了几乎无限强大的计算能力。 个人计算机不可能提供无限量的存储空间和计算能力,但在“云”的另一端,由数千台、 数万台甚至更多服务器组成的庞大的集群却可以轻易地做到这一点。个人和单个设备的 能力是有限的,但云计算的潜力却几乎是无限的。 (13)支持异构。包括异构的硬件软件资源。云计算可以构建在不同的基础平台之 上,即可以有效兼容各种不同种类的硬件和软件基础资源。硬件基础资源,主要包括网 络环境下的三大类设备,即计算(服务器)、存储(存储设备)和网络(交换机、路由 器等设备);软件基础资源则包括单机操作系统、中间件、数据库等。 (14)支持资源动态伸缩和流转,具有高的可靠性。添加、删除、修改云计算环境 的任一资源节点(计算节点、存储节点和网络节点),或任一资源节点产生异常,都不 会导致云环境中的各类业务的中断,也不会导致用户数据的丢失。云计算会启动一个程 序或节点,即自动处理失败节点;另外,云计算平台会启动资源调度机制,在用户完全 不知情的情况下,资源可以流转到其它物理资源上继续运行。如在系统业务整体升高情 况下,可以启动闲置资源,纳入系统中,提高整个云平台的承载能力。而在整个系统业 务负载低的情况下,则可以将业务集中起来,而将其它闲置的资源转入节能模式,从而
107 性使资源的利用率较之传统系统大幅提升，因此用户可以亢分享受“云”的低成本优势。 （9）节能环保。云计算技术能将许多分散在低利用率服务器上的工作负载整合到 云中来，提升资源的使用效率，其电源使用效率比普通的数据中心要出色很多，并且还 能将云建设在水电厂等洁净资源旁边，这样既能进一步节省能源方面的开支，又能保护 环境。 （10）使用简单方便。云计算对用户端的设备要求最低，使用起来也最方便。用户 只要有一台可以上网的计算机，有一个喜欢的浏览器，就可尽情享受云计算带来的无限 乐趣。在浏览器中直接编辑存储在“云”的另一端的文档，再也不用担心软件是否是最 新版本，再也不用为软件或文档染上病毒而发愁。因为在“云”的另一端，有专业的 IT 人员帮助维护硬件，帮助安装和升级软件，帮胁防范病毒和各类网络攻击。 （11）轻松共享数据。云计算可以轻松实现不同设备间的数据与应用共享。在云计 算的网络应用模式中，数据只有一份，保存在“云”的另一端，用户所有电子设备只需 要连接互联网，就可以同时访问和使用同一份数据。 （12）无限多的可能。云计算为人们使用网络提供了几乎无限多的可能。为存储和 管理数据提供了几乎无限多的空间，也为完成各类应用提供了几乎无限强大的计算能力。 个人计算机不可能提供无限量的存储空间和计算能力，但在“云”的另一端，由数千台、 数万台甚至更多服务器组成的庞大的集群却可以轻易地做到这一点。个人和单个设备的 能力是有限的，但云计算的潜力却几乎是无限的。 （13）支持异构。包括异构的硬件软件资源。云计算可以构建在不同的基础平台之 上，即可以有效兼容各种不同种类的硬件和软件基础资源。硬件基础资源，主要包括网 络环境下的三大类设备，即计算（服务器）、存储（存储设备）和网络（交换机、路由 器等设备）；软件基础资源则包括单机操作系统、中间件、数据库等。 （14）支持资源动态伸缩和流转，具有高的可靠性。添加、删除、修改云计算环境 的任一资源节点（计算节点、存储节点和网络节点），或任一资源节点产生异常，都不 会导致云环境中的各类业务的中断，也不会导致用户数据的丢失。云计算会启动一个程 序或节点，即自动处理失败节点；另外，云计算平台会启动资源调度机制，在用户完全 不知情的情况下，资源可以流转到其它物理资源上继续运行。如在系统业务整体升高情 况下，可以启动闲置资源，纳入系统中，提高整个云平台的承载能力。而在整个系统业 务负载低的情况下，则可以将业务集中起来，而将其它闲置的资源转入节能模式，从而
在提高部分资源利用率的情况下,达到其它资源绿色、低碳的应用效果。 (15)支持异构多业务体系。在云计算平台上,可以同时运行多个不同类型的业务。 异构,表示该业务不是同一的,不是已有的或事先定义好的,而应该是用户可以自己创 建并定义的服务。 7.14云计算的分类 1、按云计算系统的部署方式或存在实体分类 按云系统的部署方式或存在实体可分私有云( Private Cloud)、社区云( Community Cloud)、公有云( Public cloud)和混合云( Hybrid Cloud)四种云计算类型。 ①私有云 私有云或者内云,是指仅仅利用了部分云计算特征的方式,通常是在内部托管部署, 云基础设施被某企业或单一社团组织内部拥有或租用,为内部提供云服务,不对公众开 放,可以位于本地或异地,并且本单位IT人员能对其数据、安全性和服务质量进行有 效地控制。私有云的规模可能仅仅包括数百或数千个节点,其主要通过专用网络连接到 使用该私有云的组织机构。由于所有的应用程序和服务器是公司内部共享的,多租户的 概念很难体现在这样的云中。 私有云服务质量非常稳定,不会受到远程网络偶然发生异常的影响,且一般都构筑 在防火墙内,可以提供更多的安全和私密等专属性的保证;另外,私有云充分利用现有 硬件资源、支持定制和遗留应用,不影响现有IT管理的流程。与传统的企业数据中心 相比,私有云可以支持动态灵活的基础设施,降低IT架构的复杂度,使各种IT资源得 以整合和标准化;并且可以通过自动化部署提供策略驱动的服务水平管理,使IT资源 能够更加容易地满足业务需求的变化。由于私有云的服务提供对象是针对企业或社团内 部,私有云上的服务可以更少地受到在公共云中必须考虑的诸多限制,比如带宽、安全 和法规遵从性等。 私有云提供的服务类型也可以是多样化的。私有云不仅可以提供IT基础设施的服 务,而且也支持应用程序和中间件运行环境等云服务,比如企业内部的MS云服务 私有云也有其不足之处,主要是成本开支高。因为建立私有云需要很高的初始成本, 特别是如果需要购买大厂家的解决方案时更是如此;其次,由于需要在企业内部维护 支专业的云计算团队,所以其持续运营成本也同样偏高。 在将来很长一段时间内,私有云将成为大中型企业最认可的云模式,而且将极大地
108 在提高部分资源利用率的情况下，达到其它资源绿色、低碳的应用效果。 （15）支持异构多业务体系。在云计算平台上，可以同时运行多个不同类型的业务。 异构，表示该业务不是同一的，不是已有的或事先定义好的，而应该是用户可以自己创 建并定义的服务。 7.1.4 云计算的分类 1、按云计算系统的部署方式或存在实体分类 按云系统的部署方式或存在实体可分私有云（Private Cloud）、社区云（Community Cloud）、公有云（Public Cloud）和混合云（Hybrid Cloud）四种云计算类型。 ①私有云 私有云或者内云，是指仅仅利用了部分云计算特征的方式，通常是在内部托管部署， 云基础设施被某企业或单一社团组织内部拥有或租用，为内部提供云服务，不对公众开 放，可以位于本地或异地，并且本单位 IT 人员能对其数据、安全性和服务质量进行有 效地控制。私有云的规模可能仅仅包括数百或数千个节点，其主要通过专用网络连接到 使用该私有云的组织机构。由于所有的应用程序和服务器是公司内部共享的，多租户的 概念很难体现在这样的云中。 私有云服务质量非常稳定，不会受到远程网络偶然发生异常的影响，且一般都构筑 在防火墙内，可以提供更多的安全和私密等专属性的保证；另外，私有云充分利用现有 硬件资源、支持定制和遗留应用，不影响现有 IT 管理的流程。与传统的企业数据中心 相比，私有云可以支持动态灵活的基础设施，降低 IT 架构的复杂度，使各种 IT 资源得 以整合和标准化；并且可以通过自动化部署提供策略驱动的服务水平管理，使 IT 资源 能够更加容易地满足业务需求的变化。由于私有云的服务提供对象是针对企业或社团内 部，私有云上的服务可以更少地受到在公共云中必须考虑的诸多限制，比如带宽、安全 和法规遵从性等。 私有云提供的服务类型也可以是多样化的。私有云不仅可以提供 IT 基础设施的服 务，而且也支持应用程序和中间件运行环境等云服务，比如企业内部的 MIS 云服务。 私有云也有其不足之处，主要是成本开支高。因为建立私有云需要很高的初始成本， 特别是如果需要购买大厂家的解决方案时更是如此；其次，由于需要在企业内部维护一 支专业的云计算团队，所以其持续运营成本也同样偏高。 在将来很长一段时间内，私有云将成为大中型企业最认可的云模式，而且将极大地
增强企业内部的IT能力,并使整个IT服务围绕着业务展开,从而更好地为业务服务。 ②社区云 社区云或称机构云,专为一系列互不相连的、严格界定的机构而设立。云基础设施 被一些组织共享,为某个特定群体提供支持,并为一个有共同关注点的社区或大机构服 务(例如,任务、安全要求、政策和准则等),社区云可以被该社区拥有和租用,并且 可以部署在本地(客户端)或远程(防火墙外的异地或多地)。它们可以由这些组织自 行管理,也可以由第三方进行管理。由于共同费用的用户数比公有云少,这种选择往往 比公有云贵,但隐私度安全性和政策遵从都比公有云高。 ③公有云 公有云也称外部云,是现在最主流也就是最受欢迎的云计算模式。它是一种对公众 开放的云服务,能支持数目庞大的请求,而且因为规模的优势,其成本偏低。其云基础 设施被一个提供云计算服务的运营组织所拥有、所运行,该组织将云计算服务销售给 般大众或广大的中小企业群体。服务提供商采用细粒度、自服务的方式在互联网上通过 网络应用程序或者Web服务动态地为最终用户提供各种各样的IT资源 云供应商负责从应用程序、软件运行环境到物理基础设施等IT资源的安全、管理 部署和维护。在使用IT资源时,用户只需为其所使用的资源付费,无需任何前期投入, 所以非常经济;用户不清楚与其共享和使用资源的还有其它哪些用户,整个平台是如何 实现的,甚至无法控制实际的物理设施,所以云服务提供商能保证其所提供的资源具备 安全和可靠等非功能性需求。 公有云主要有三种构建方法。其一是独自构建:云供应商利用自身优秀的工程师团 队和开源的软件资源,购买大量零部件来构建服务器、操作系统,乃至整个云计算中心。 其二是联合构建:云供应商在构建的时候,在部分软硬件上选择商业产品,而其他方面 则会选择自建。其三是购买商业解决方案。 公有云在许多方面都有其优越性。一是规模大:聚集来自于整个社会并且规模庞大 的工作负载。二是价格低廉:完全是按需使用的,不用前期投入。三是灵活:容量几乎 是无限的,能非常快地满足用户需求。四是功能全面:支持多种主流的操作系统和成千 上万个应用。不足之处是缺乏信任,不支持遗留环境。 公有云与私有云的比较如表71所示。 表71公有云与私有云的比较
109 增强企业内部的 IT 能力，并使整个 IT 服务围绕着业务展开，从而更好地为业务服务。 ②社区云 社区云或称机构云，专为一系列互不相连的、严格界定的机构而设立。云基础设施 被一些组织共享，为某个特定群体提供支持，并为一个有共同关注点的社区或大机构服 务（例如，任务、安全要求、政策和准则等），社区云可以被该社区拥有和租用，并且 可以部署在本地（客户端）或远程（防火墙外的异地或多地）。它们可以由这些组织自 行管理，也可以由第三方进行管理。由于共同费用的用户数比公有云少，这种选择往往 比公有云贵，但隐私度安全性和政策遵从都比公有云高。 ③公有云 公有云也称外部云，是现在最主流也就是最受欢迎的云计算模式。它是一种对公众 开放的云服务，能支持数目庞大的请求，而且因为规模的优势，其成本偏低。其云基础 设施被一个提供云计算服务的运营组织所拥有、所运行，该组织将云计算服务销售给一 般大众或广大的中小企业群体。服务提供商采用细粒度、自服务的方式在互联网上通过 网络应用程序或者 Web 服务动态地为最终用户提供各种各样的 IT 资源。 云供应商负责从应用程序、软件运行环境到物理基础设施等 IT 资源的安全、管理、 部署和维护。在使用 IT 资源时，用户只需为其所使用的资源付费，无需任何前期投入， 所以非常经济；用户不清楚与其共享和使用资源的还有其它哪些用户，整个平台是如何 实现的，甚至无法控制实际的物理设施，所以云服务提供商能保证其所提供的资源具备 安全和可靠等非功能性需求。 公有云主要有三种构建方法。其一是独自构建：云供应商利用自身优秀的工程师团 队和开源的软件资源，购买大量零部件来构建服务器、操作系统，乃至整个云计算中心。 其二是联合构建：云供应商在构建的时候，在部分软硬件上选择商业产品，而其他方面 则会选择自建。其三是购买商业解决方案。 公有云在许多方面都有其优越性。一是规模大：聚集来自于整个社会并且规模庞大 的工作负载。二是价格低廉：完全是按需使用的，不用前期投入。三是灵活：容量几乎 是无限的，能非常快地满足用户需求。四是功能全面：支持多种主流的操作系统和成千 上万个应用。不足之处是缺乏信任，不支持遗留环境。 公有云与私有云的比较如表 7.1 所示。 表 7.1 公有云与私有云的比较
功能与特性 执行托管位量网络攒/规模化的方最大规模\共事 定价 类型云 财务中心 向 节点 连接到专用 私有云 内部部署 应用扩展型100-1000单一租户按容量定价成本中心 网络 基于互联网 公有云 外部部署 的业务交互用户扩展型0多租户效用定价|利润 中心 由于公有云在规模和功能等方面的优势,它会受到绝大多数用户的欢迎。从长期而 言,公有云将像公共电厂那样毋庸置疑成为云计算的最主流,甚至是唯一的模式,因为 在规模、价格和功能等方面的潜力实在太大了。但是在短期之内,因为在信任和遗留等 方面的不足,将降低公有云对企业的吸引力,特别是大型企业。 ④混合云 混合云的云基础设施是由两种或两种以上的云(私有云、社区云或公有云)组成, 用户可以通过一种可控的方式部分拥有,部分与他人共享。每种云仍然保持独立实体, 但用标准的或专有的技术将它们组合起来做一定权衡,具有数据和应用程序的可移植性。 企业可以利用公共云的成本优势,将非关键的应用部分运行在公共云上;同时将安全性 要求更高,关键性更强的主要应用通过内部的私有云提供服务。 混合云的构建方式有两种:其一是外包企业的数据中心;其二是购买私有云服务 通过使用混合云,企业可以享受接近私有云的私密性和接近公有云的成本,并且能快速 接入大量位于公有云的计算能力,以备不时之需。不足之处是:现在可供选择的混合云 产品较少,而且在私密性方面不如私有云好,在成本方面也不如公有云低,并且操作起 来较复杂, 2、按云计算软硬件所提供的服务分类 根据软硬件所提供的服务,可将云计算分为SaS、PaS、IaaS。亚马逊的弹性计 算云(EC2, Elastic Compute Cloud)是基础设施即服务的典型例子。谷歌应用引擎一般 被认为是一个平台即服务的例子。而 Salesforce. com代表了最知名的软件即服务的例子。 7.1.5云计算发展历程和标志性事件 1、计算模式的发展历程 纵观计算模式的演变历史,基本上可以总结为:集中一分散一集中。早期受限于技 术条件与成本因素,只能有少数的企业能够拥有计算能力,此时的计算模式显然只能以 集中为主。后来随着计算机小型化与低成本化,计算也走向分散。如今计算又有走向集 110
110 功能与特性 类型云 执行托管位置 网络连接 规模化的方 向 最大规模/ 节点 共享 定价 财务中心 私有云 内部部署 连接到专用 网络 应用扩展型 100~1000 单一租户 按容量定价 成本中心 公有云 外部部署 基于互联网 的业务交互 用户扩展型 10000 多租户 效用定价 收入利润 中心 由于公有云在规模和功能等方面的优势，它会受到绝大多数用户的欢迎。从长期而 言，公有云将像公共电厂那样毋庸置疑成为云计算的最主流，甚至是唯一的模式，因为 在规模、价格和功能等方面的潜力实在太大了。但是在短期之内，因为在信任和遗留等 方面的不足，将降低公有云对企业的吸引力，特别是大型企业。 ④混合云 混合云的云基础设施是由两种或两种以上的云（私有云、社区云或公有云）组成， 用户可以通过一种可控的方式部分拥有，部分与他人共享。每种云仍然保持独立实体， 但用标准的或专有的技术将它们组合起来做一定权衡，具有数据和应用程序的可移植性。 企业可以利用公共云的成本优势，将非关键的应用部分运行在公共云上；同时将安全性 要求更高，关键性更强的主要应用通过内部的私有云提供服务。 混合云的构建方式有两种：其一是外包企业的数据中心；其二是购买私有云服务。 通过使用混合云，企业可以享受接近私有云的私密性和接近公有云的成本，并且能快速 接入大量位于公有云的计算能力，以备不时之需。不足之处是：现在可供选择的混合云 产品较少，而且在私密性方面不如私有云好，在成本方面也不如公有云低，并且操作起 来较复杂。 2、按云计算软硬件所提供的服务分类 根据软硬件所提供的服务，可将云计算分为 SaaS、PaaS、IaaS。亚马逊的弹性计 算云（EC2，Elastic Compute Cloud）是基础设施即服务的典型例子。谷歌应用引擎一般 被认为是一个平台即服务的例子。而 Salesforce.com 代表了最知名的软件即服务的例子。 7.1.5 云计算发展历程和标志性事件 1、计算模式的发展历程 纵观计算模式的演变历史，基本上可以总结为：集中一分散一集中。早期受限于技 术条件与成本因素，只能有少数的企业能够拥有计算能力，此时的计算模式显然只能以 集中为主。后来随着计算机小型化与低成本化，计算也走向分散。如今计算又有走向集
中的趋势。图71是一个计算模式的发展路线图。 960年 1970年 1990年 000年 20l0年 集中计算分布式计算桌面计算网格计算 效用计 图71计算模式发展过程 2、云计算在发展过程中的标志性事件 自云计算产生以来,在国际上的标志性事件如表72所列。 表72国际上云计算的标志性事件 日期 国际上的标志性事件 1959年6月 Christopher Strachey发表虚拟化论文 2005年 Amazon宣布 Amazon Web Services云计算平台 2006年3月| Amazon相继推出在线存储服务S3和EC2等云服务 2072年3月/戴尔成立数据中心解决方案部门,先后为全球5大云计算平台中的3个( Windows Azure, Facebook 和 Ask. com)提供云基础架构 2007年11月1BM发布业界首个云计算商业解决方案“蓝云”( Blue Cloud)计划 200年1月Salesforce.com推出了世界上第一个Pas产品-Force.com平台 EMC中国研发集团云架构和服务部正式成立,该部门结合云基础架构部、Mozy和P两家公司共同 2008年2月 形成EMC云战略体系 2008年4月/ Dogle App Engine发布,它允许开发人员编写 Python应用程序,然后把应用构建在Goge的基础架 构上。 Google会捉供多达500MB的存储空间和一定的免费额度 008年6月 Gartner发布报告,认为云计算代表了今后计算的方向 2008年6月EMG公司中国研发中心启动“道里”可信基础架构联合研究项目 BM宣布成立IBM大中华区云计算中心,该中心将帮助大中华地区的客户设计和部署自己的云计算 2008年6月 施和应用 2008年7月HP、英特尔和Yaho联合创建云计算试验台 Open Cirrus 美国专利商标局网站信息显示,戴尔正在申请“云计算”商标,此举旨在加强对这一未来可能重塑 2006年8月技术架构的术语的控制。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” 2008年9月 Google公司推出 bogle chrome浏览器,使浏览器彻底进入云计算时代 Oracle和 Amazon合作,使用户可在 Amazon的云中部署 Oracle软件,并在云中对 Oracle数据库进 2008年9月 行备份 2008年9月思杰公布云计算战略,并发布新的思杰云计算中心产品系列 在洛杉矶举行的微软PDC2008大会上,微软首席软件架构师 Ray Ozzie宣布了微软的云计算战略, 2008年10月 并发布了云计算平台 Windows azure 200年11)1Amam,ogl, Flexiscale F的云服务相继发生宕机故障,引发业界对云计算安全的讨论 2008年12月 Gartner披露十大数据中心突破性技术,虛拟化和云计算上榜 2000年2月思科先后发布统一计算系统(UCs, UniformComputing System)、云计算服务平台、并与EMC、 VMware l11
111 中的趋势。图 7.1 是一个计算模式的发展路线图。 图 7.1 计算模式发展过程 2、云计算在发展过程中的标志性事件 自云计算产生以来，在国际上的标志性事件如表 7.2 所列。 表 7.2 国际上云计算的标志性事件 日期 国际上的标志性事件 1959 年 6 月 Christopher Strachey 发表虚拟化论文 2005 年 Amazon 宣布 Amazon Web Services 云计算平台 2006 年 3 月 Amazon 相继推出在线存储服务 S3 和 EC2 等云服务 2007 年 3 月 戴尔成立数据中心解决方案部门，先后为全球 5 大云计算平台中的 3 个（Windows Azure，Facebook 和 Ask.com）提供云基础架构 2007 年 11 月 IBM 发布业界首个云计算商业解决方案“蓝云”（Blue Cloud）计划 2008 年 1 月 Salesforce.com 推出了世界上第一个 PaaS 产品—Force.com 平台 2008 年 2 月 EMC 中国研发集团云架构和服务部正式成立，该部门结合云基础架构部、Mozy 和 Pi 两家公司共同 形成 EMC 云战略体系 2008 年 4 月 Google App Engine 发布，它允许开发人员编写 Python 应用程序，然后把应用构建在 Google 的基础架 构上。Google 会捉供多达 500MB 的存储空间和一定的免费额度 2008 年 6 月 Gartner 发布报告，认为云计算代表了今后计算的方向 2008 年 6 月 EMG 公司中国研发中心启动“道里”可信基础架构联合研究项目 2008 年 6 月 IBM 宣布成立 IBM 大中华区云计算中心，该中心将帮助大中华地区的客户设计和部署自己的云计算 设施和应用 2008 年 7 月 HP、英特尔和 Yahoo 联合创建云计算试验台 Open Cirrus 2008 年 8 月 美国专利商标局网站信息显示，戴尔正在申请“云计算”商标，此举旨在加强对这一未来可能重塑 技术架构的术语的控制。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” 2008 年 9 月 Google 公司推出 Google Chrome 浏览器，使浏览器彻底进入云计算时代 2008 年 9 月 Oracle 和 Amazon 合作，使用户可在 Amazon 的云中部署 Oracle 软件，并在云中对 Oracle 数据库进 行备份 2008 年 9 月 思杰公布云计算战略，并发布新的思杰云计算中心产品系列 2008 年 10 月 在洛杉矶举行的微软 PDC2008 大会上，微软首席软件架构师 Ray Ozzie 宣布了微软的云计算战略， 并发布了云计算平台 Windows Azure 2008 年 11 月 Amazon、Google、FlexiScale 的云服务相继发生宕机故障，引发业界对云计算安全的讨论 2008 年 12 月 Gartner 披露十大数据中心突破性技术，虚拟化和云计算上榜 2009 年 2 月 思科先后发布统一计算系统（UCS，Uniform Computing System）、云计算服务平台、并与 EMC、VMware