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云计算基本概念及原理

发布日期:2020-01-25    浏览次数:

云计算基本概念及原理_互联网_IT/计算机_专业资料。云计算基本概念及原理

目录 云计算基本概念 云计算市场及产业发展状况 云计算标准建设 云计算关键技术 云计算在运营商应用现状介绍 1 云计算起源 云计算这个概念的直接起源来自亚马逊EC2产品和Google-IBM分布式 计算项目。这两个项目中直接使用到了云计算这个概念和单词。为什 么要采用这个单词,很大程度上与这两个项目与网络的关系十分密切 ,而“云”在很多示意图里面是表示互联网的,云计算的原始含义即 将计算能力放在互联网上。 2 云计算 – NIST定义 云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。 1879, The dynamo 1882, Central power station 云计算所倡导的是一种新的基于网络的IT服务的供给、消 费、交付模式! Corporate DC IDC 3 云计算原理 云计算 并行计算 分布式计算 网格计算 ?同时使用 多种计算资 源解决计算 问题的过程 ?将需要巨大 计算能力的 问题分成许 多小部分进 行处理,最 后综合结果 ?在动态、多 机构参与的虚 拟组织中协同 共享资源和求 解问题 4 云计算的特点 云计算(Cloud Computing ):一种利用大规模低成本运算单元 通过IP网络连接,以提供各种计算和存储服务的IT技术。 能够将分布于 于多个物理地点 的资源进行整合 ,提供统一的资 源共享,并能在 各物理地点间实 现负载均衡 由具备一定规模的多个节点组成的IT 系统,系统规模几乎可以无限扩大 系统具备高度的扩展性 和弹性,可以以即插即用 的方式方便、快速地增加 和减少资源 1. 大规模 2. 平滑扩展 5. 跨地域 实现资源的自 动分配管理,包 括资源即时监控 和自动调度等, 并能够提供使用 量监控和管理 3. 资源共享 4. 动态分配 提供一种或多种形式的 计算或存储能力资源池, 如物理服务器,虚拟服务 器(虚拟机),事务和文 件处理能力或任务进程( 如并行计算),以及存储 能力等 资源池可通过抽象化方 式提供,并能够同时为多 种应用提供服务 5 目录 云计算基本概念 云计算市场及产业发展状况 云计算标准建设 云计算关键技术 云计算在运营商应用现状介绍 6 云计算产业架构 云计算产业由云计算服务业、云计算制造业、基础设施服务业以及支 7 持产业等组成。 云计算产业发展现状 8 云计算市场概述 云计算应用(服务)可分为IaaS、PaaS、SaaS三类,国外云计算发展已初具规模,2010 年市场规模为220亿美元,预计2014年将达到550亿美元,平均年增长率达到22%。 应用系统 操作系统+应用服务引擎 云计算服务类型 Software as a Service 用户通过Internet (如浏览器)来 使用软件。用户不必购买软件, 只需按需租用软件 典型应用:Platform as a Service 云计算发展现状 国外 国外云计算发展 已初具规模 基 础 设 施 (IaaS) 应 用 平 台 应 用 软 件 (PaaS) (SaaS) Infrastructure as a Service 以服务的形式提供虚拟硬件资源,如虚拟主机/ 存储/网络/数据库管理等资源。 典型应用:Amazon Web Service (AWS) 60 提供应用服务引擎,如互联网 应用编程接口/运行平台等。 典型应用:, Microsoft Azure服务平台 国内 国内尚在起步阶段 全 球 发 展 趋 势 Total Global Cloud Services 50 40 30 $22B 20 10 0 2010E $5.5B 云计算服务 IaaS IaaS $55B 22% $25B 2011E 2012E 2013E 2014E 数据来源:IDC咨询公司、赛迪顾问 ? 根据IDC公司预测,到2014年总体云计算收入将达到550亿美元, IaaS收入将达到250亿美元 注:目前国际上没有统一的云计算收入统计标准,但云计算 思想已被普遍接受。上述IaaS收入应包括真正的公有云服务、主 机托管租赁等传统IDC服务及部分企业的私有云服务 ? 赛迪顾问发布的《中国云计算产业发展白皮书》预测,2010年中 国云计算规模超过100亿元。 注:国内云计算收入也缺乏统一的统计标准,上述收入应该 包括虚拟主机及软件租用服务的收入 9 云计算发展环境 3G 移动互联网 云计算 物联网 三网融合 10 目录 云计算基本概念 云计算市场及产业发展状况 云计算标准建设 云计算关键技术 云计算在运营商应用现状介绍 11 云计算标准化进展 云计算技术和产业仍处于发展的初期阶段,目前云计算呈现出事实标 准(包括企业私有标准与开源实现)和开放标准并存,且在应用中以 事实标准为主的情况。随着云计算作为一种公共服务的属性不断加强 ,以及云间的互通和业务迁移需求不断提升,云计算的开放标准将成 为重要的发展趋势。 目前,全球范围内已经有50 多个标准组织宣布进行云计算开放标准的 制订。标准组织的主要研究领域包括以下几个方面: ? 一是云计算的概念、架构与应用场景,NIST(美国国家标准研究院) 已经提出了得到产业界公认的云计算概念与架构模型,ITU-T 和 ISO/IEC 正在进行云计算技术架构和应用场景的研究,并形成了相关 的研究报告; ? 二是云计算业务的互操作,一些新兴的专门针对云计算的标准组织在 这方面有一定的进展,包括OCC(开放云计算联盟)、GICTF(全球 云间技术论坛)、CCIF(云计算互操作论坛)等; ? 三是云计算安全,CSA(云计算安全联盟)是这一领域比较领先的组 织,提出了云计算的七大安全威胁, ITU-T 也在进行相关研究。 12 云计算标准化进展 ? 四是云计算相关技术,在资源与接口定义方面,DMTF(分布式管理任 务组)与SNIA(全球网络存储工业协会)分别在统一虚拟机格式以及 存储接口方面提出了技术标准,IEEE(美国电气和电子工程师协会) 、IETF(互联网工程任务组)在云计算网络技术方面输出了较多成果 ,TGG(绿色网格组织)提出了绿色数据中心的评测指标; ? 五是云计算的运维与资源管理,DMTF 基于对IT 系统管理的研究提出 了云计算系统的管理模型,OASIS(结构化信息促进组织)正在进行 云计算身份管理的研究。 13 目录 云计算基本概念 云计算市场及产业发展状况 云计算标准建设 云计算关键技术 云计算在运营商应用现状介绍 14 云计算技术架构 15 云计算服务模式 软件交付的模式:采用多租赁(Multitenant)方式通过浏览器 Software as a Service (SaaS) 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 平台交付的模式:可以看成是IIaaS的延伸。这种形式的 Platform as a Service (PaaS) 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 Computer交付的模式: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 Infrastructure as a Service (IaaS) 、网络资源,用虚拟化的方法以租用方式提供给客户 16 云计算基础设施关键技术——服务器技术 云计算的大规模、低成本、高度弹性、自动管理 等特征,对服务器提出新的要求 ? X86服务器低成本,标准化程度高,符合IT 系统云计算演进趋势 ? 通过构建X86服务器集群和云架构IT系统, 能够在性能、可靠性等方面提供与传统 UNIX服务器相当的能力,且能够实现更好 的大规模扩展性,同时在成本、通用性、标 准化等方面具有很大优势,也是IT系统降低 成本、提高效率的必然选择 低成本 通用性 标准化 可扩展 ? IT系统从传统UNIX小型机+数据库架构向 X86服务器集群和云计算架构演进,是IT系 统云计算化的重要技术方向 17 服务器虚拟化技术分类 App1 App2 App1 OS1 VMM App2 OS2 App1 OS App2 OS1 HW1 OS2 HW2 HW HW 硬件级虚拟化 在硬件架构上实现物理隔离 分区,电气化隔离 操作系统级虚拟化 在硬件之上构建虚拟层,建 立多个逻辑分区或虚拟机 应用级虚拟化 在同一操作系统内,创建应 用隔离容器 隔离性高 X86服务器虚拟化 ?VMWare ESX,Xen, KVM,Hyper-V ?Parallels Virtuozzo 灵活性高 UNIX服务器虚拟化 ?HP nPar,SUN DSD ?HP vPar,SUN LD, IBM DLPar ?HP SRP,SUN Saloris Container,IBM WPar 18 X86服务器虚拟化技术架构 操作系统级虚拟化 App1 App1 OS1 VMM App2 OS1 OS2 VMM HOST OS HW HW OS2 App2 应用级虚拟化 App1 App2 OS Virtualization OS HW Type I:裸金属架构 TypeII:寄居架构 容器架构 原理:该类hypervisor直 接运行在系统硬件上,提 供了更好的客户机性能。 通过处理器虚拟化扩展增 强,包括英特尔VT和 AMD-V技术,hypervisor 的性能得到大幅度提升 应用分析:隔离性和性能 表现均衡,目前是X86服 务器虚拟化企业应用的主 流选择 原理:hypervisor通过一个软 件层在现有操作系统上实现硬 件虚拟化,与容器架构不一样, II型客户机提供了一个完整的、 独立的、无依赖的客户机操作 系统副本,通常利用半虚拟化 驱动网络和I/O提高客户机性 能 应用分析:由于虚拟化功能必 须通过宿主操作系统,客户机 的性能大大低于裸金属架构, 可用于开发/测试或桌面类应 用程序 19 原理:虚拟层是通过创建虚拟 操作系统实例实现的,它再指 向根操作系统的关键系统文件, 这些指针驻留在操作系统容器 受保护的内存中,提供低内存 开销 应用分析:虚拟化实例的密度 很大,维护效率高;但隔离性 差,应用对根操作系统的破坏, 其他客户机也会跟着被破坏, 实际应用较少 云计算基础设施关键技术——存储技术 传统盘阵存储:复杂和高成本 利用专有的、定制设计的硬件组件和互连接口, 专门设计集成在一起的,以实现目标设计的性 能和可靠性目标 出于成本及开放性的要求,分布式存储在今后 几年的时间内将部分取代传统盘阵存储,该过 程正在从非关键性数据和文件存储领域扩展到 较关键的数据库存储领域 分布式云存储:易管理,低成本,高可扩展 采用标准X86架构服务器大规模集群实现,每个 模块都是一个离散的处理单元,所有的模块都 通过一个可扩展的网络进行连接 引入分布式存储(云存储)技术,逐步对现有 的盘阵存储方式进行替代,实现低成本、高效 率的海量数据存储和数据处理 20 存储虚拟化 存储虚拟化(FC SAN)使服务器的存储空间可以跨越多个异构的磁盘阵列,常用于解 决阵列间利用率不均衡或在不同磁盘阵列之间做数据镜像保护等问题 服务器 服务器 服务器 SAN 磁盘 阵列 磁盘 阵列 SAN 磁盘 阵列 SAN + 虚拟化引擎 基于主机的虚拟化 基于存储设备的虚拟化 基于存储网络的虚拟化 ? ? ? 实现方式:一般由操作系统下 的逻辑卷管理软件完成(安装 客户端软件),不同操作系统 的逻辑卷管理软件也不相同 优点是性能损耗小,缺点是占 用主机资源,主机数量越多, 实施/管理成本越高 代表产品:赛门铁克SF ? ? ? 实现方式:在存储控制器上添 加虚拟化功能,常见于中高端 存储设备 优点是不占主机资源,技术成 熟度高,缺点是消耗存储控制 器的资源;异构厂家盘阵的高 级存储功能将不能使用 代表产品:HP USPV ? ? ? 实现方式:通过在存储域网 (SAN)中添加虚拟化引擎实 现 优点是架构合理,不占用主机 和设备资源,缺点是存储阵列 的兼容性需要严格验证,原有 盘阵的高级存储功能将不能使 用高 代表产品:IBM SVC,EMC VPlex,HP SVSP 21 存储虚拟化技术适用原则 基于主机的虚拟化方案 ? 对现有硬件架构没有变动,适于对关键应用解决异构互联问题,由于需 要在所有主机上安装管理软件,给后期维护带来一定影响,原有数据迁 入必须进行格式转换,实际实施中也需要进行充分风险评估;测试环境 中采用时,必须与业务支撑生产环境保持一致性,需要考虑现网主机是 否使用SF方案 基于网络的虚拟化方案 ? 适用范围广,提供产品的厂家最多,网络层虚拟化架构最为合理,但由 于引入新的硬件设施,会带来新的故障点和转发性能开销,在对性能要 求苛刻的场景需要充分评估 基于设备的虚拟化方案 ? 虚拟化技术成熟,应用风险小,被整合的存储设备容易地继承存储虚拟 化阵列一些固有的高级功能,如快照、克隆、复制、分区、精简配置等 等,但方案需要支持USPV技术的机头支持,扩展性也受机头前端端口数 据的限制,现有系统中有支持USPV的高端存储机头可以考虑采用 22 云计算基础设施关键技术——网络技术 云可以看作是一个庞大的网络系统。一个云内可以包含数千,甚至上 万台服务器,虚拟化技术的普遍采用使实际网络节点的数量更加巨大 ,因此用于连接云内各个节点(云元)的网络就成为实现高效的计算 和存储能力的关键环节之一 23 云计算基础设施关键技术——绿色数据中心 云计算使数据中心向大型化发展,也带来节能的迫切需求。据统计, 2010 年数据中心能耗已经占全球总能耗的1.3%,绿色化刻不容缓。 在数据中心的能耗中,IT 设备、制冷系统和供配电系统占主要部分, 因此数据中心的节能技术主要围绕这三个方面。 微软的节能措施 google比利时平均每年只有7天气温不符合免费冷却系统的要求 24 IT部门借助云应对IT挑战 传统模式 烟囱式的系统建设,IT成本居高 不下(硬件/能耗/管理) 按峰值规模建设,资源平均利用 率低 缺乏弹性的系统设计,应对业务 突发情况差 建设周期漫长,无法快速提供与 部署 业务需求的快速增长,设备更替 快,不利投资保护 云计算 集中资源池的共享 虚拟化、分时/区共享 动态调配、弹性伸缩 自动化、自服务 下一代IT数据中心 低成本、标准化硬件 ? ? ? ? ? ? 技术标准化 能力服务化 提供快速化 资源弹性化 管理自动化 管控集中化 25 云计算“操作系统”关键技术 虽然云计算“操作系统”的体系结构和表现形态与单机操作系统有很 大区别,但从宏观上来看,云计算“操作系统”向下控制底层资源, 向上提供计算、存储等资源接口,功能上与单机操作系统类似。云计 算“操作系统”的主要关键技术包括实现底层资源池化管理的“资源 池”管理技术和向用户提供大规模存储、计算能力的分布式任务和数 据管理技术。 应用1 资源管理 资源共享 应用2 按需分配 应用3 统一管理 应用4 动态调度 逻辑 资源 标准接口 资源抽象 计算资源 存储资源 网络资源 物理 资源 26 云计算资源池的管理目标架构 IT支撑系统 IaaS服务 计算和存储资源的生命周期…… 虚拟资源 虚拟机系统、存储池、虚拟网络…… 物理资源 运营管理 用户管理 服务管理 资源管理 部署调度 安全管理 …… 服务器、存储系统、网络设备…… 为实现向IT支撑系统提供按需的IaaS资源服务,需要实现对底层资源的统 一管理,管理平台负责硬件资源的生命周期管理,将资源能力包装成服务 形式,以直观易操作的模式对上层应用系统提供资源支持,基于资源请求 或策略对资源进行自动部署调度,并实现相关的用户和安全管理 27 分布式任务和数据管理技术 云计算对分布式任务和数据管理的需求主要来源于业界对“大数据” 的处理需求。分布式任务管理技术要实现在底层大规模ICT 资源上进 行分布式的海量计算,并对大量结构化与非结构化的数据进行存储与 管理。目前的分布式任务管理技术主要包括分布式计算、分布式文件 系统和非结构化分布式数据库技术等。 28 目录 云计算基本概念 云计算市场及产业发展状况 云计算标准建设 云计算关键技术 云计算在运营商应用现状介绍 29 国际运营商 AT&T、NTT和Verizon都推出了云服务,他们将云计算做为其传统IDC服务的 延伸,主要服务于运营商现有企业客户,提供弹性计算和弹性存储服务,并尝 试为大型企业构建私有云。 ? 2006年起,AT&T整合其数据中心资源,选择基于基础设施的虚拟化(IaaS)做 为切入点,提供以IaaS为主的云服务,主要客户为其传统IDC客户。并与SAP、 Oracle等公司合作,向企业客户提供SaaS层面的服务。 ? 云计算收入约为1-2亿美元 ? 2007年,NTT通信公司推出 IaaS 私有云及IaaS公有云(通过与合作伙伴合作) 服务。 NTT云计算以私有云服务为主,基于VPN为企业用户提供虚拟私有云 计算服务。 ? NTT聚焦大型、复杂和个性化的高度定制业务,其目标客户主要是跨国公司 ? 2009年Verizon推出云服务,前期主要客户为大型企业,2010年开始提供中 小企业服务。企业只需进行简单的网上登记,再有一张信用卡作担保,就可 以使用这项服务。 ? Verizon提供多种级别的SLA服务等级协议,可以满足客户不同成本效益下的 应用需求。 30 国内运营商 ? 中国联通正在实施“沃?云”计划,探索运营商全业务领域的资源整合,并启 动信息化系统的云计算改造,优化业务支撑系统架构 ? 中国移动 2007 年开始进行 Big Cloud 平台搭建,计划建设公众云、业务云 和支撑云,基于云计算技术对现有 IT 系统实施以南北基地为中心的集中化整 合与改造。 ? 中国电信在多地进行云计算试点, 发布“天翼”云计算战略、品牌及解决方 案,准备明年正式运营天翼云主机、云存储等产品,一期可提供高性能虚拟 ? 主机 2 万台,存储容量达 2 万 TB 31 谢 谢 谢谢 32



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