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云计算的挑战与机遇

云计算的挑战与机遇. 郑纬民 清华大学计算机系 zwm-dcs@tsinghua.edu.cn 10/9/2014. 提纲 一 、 什么是 云计算 二 、 三种形式的“云” 三 、 清华云计算平台 四 、 云计算关键技术 五、 云计算的影响. 一 、 什么是 云计算. 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 。. 云计算用于描述基于因特网的分布式计算及其相关应用. 云 计算就是基于互联网的计算. 云是一组数量众多的互联到一起的计算机，可以是公共的或私有的.

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云计算的挑战与机遇

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Presentation Transcript

  1. 云计算的挑战与机遇 • 郑纬民 • 清华大学计算机系 • zwm-dcs@tsinghua.edu.cn • 10/9/2014

  2. 提纲一、什么是云计算二、三种形式的“云”三、清华云计算平台四、云计算关键技术五、云计算的影响提纲一、什么是云计算二、三种形式的“云”三、清华云计算平台四、云计算关键技术五、云计算的影响

  3. 一、什么是云计算

  4. 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。 云计算用于描述基于因特网的分布式计算及其相关应用 云计算就是基于互联网的计算 云是一组数量众多的互联到一起的计算机，可以是公共的或私有的 云计算是虚拟化、网格计算、分布式计算、公共计算、WEB2.0、SaaS等众多新技术的融合 云计算就是SaaS的升级版 云计算是用户友好的网格计算 关于云计算的N种说法 只有三种服务是基于“云”的，SaaS,PaaS 和云计算平台 云计算就是用户根据资源实际使用量来付费的IT信息系统 云计算是分布式 计算、并行计算和网格计算的发展 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。 云计算就是新的 Web2.0

  5. 学术界对云计算尚无统一定义

  6. 权威机构对云计算定义不尽相同 维基百科：云计算是一种将规模可动态扩展的虚拟化资源通过Internet提供对外按需使用服务的计算模式，用户无需了解提供这种服务的底层基础设施，也无需去拥有和控制。 百度百科：狭义云计算是指IT基础设施的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需的资源（硬件、平台、软件）。广义云计算是指服务的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需的服务。 IBM：一个虚拟化的计算机资源池 。托管多种不同的工作负载通过快速提供虚拟机器或物理机器，迅速部署和增加工作负载。 Google：以公开的标准和服务为基础，以互联网为中心，提供安全、快速、便捷的数据存储和网络计算服务。 微软：“云-端计算”即“云”和终端都会具备很强的计算能力；所有应用程序都在本地终端上使用也不一定合理，因此强调“云”和终端的均衡将是一种合理的方式； 云是“软件+服务”的综合。 美国国家标准与技术研究院 （NIST）：云计算是一种资源利用模式，它能以简便的途径和以按需的方式通过网络访问可配置的计算资源（网络、服务器、存储、应用、服务等），这些资源可快速部署，并能以最小的管理代价或只需服务提供商开展少量的工作就可实现资源发布。 Berkeley大学：云计算是包含互联网上的应用服务及在数据中心提供这些服务的软硬件设施。

  7. 对云计算的理解的现状 “一个概念，多种表述” 从事云计算研究的人员具有不同背景（互联网服务、网格计算、软件工程、数据库等），他们从不同角度（业务、应用、技术、平台等）来看待云计算； 支撑云计算的使能技术（enabling technology）是多种多样的，并且这些技术仍在不断发展变化； 云计算的应用规模还不足以使其概念人人皆知 ； 媒体对云计算铺天盖地的宣传进一步模糊了其本质 ； 每家企业和机构对云计算及其前景的解析都或多或少地结合了企业自身的业务方向和现实利益 。

  8. 云计算本质上是一种新的提供资源按需租用的服务模式，是一种新型的互联网数据中心（Internet Data Center，IDC）业务。 • 云计算业务与传统IDC业务的相似点： • 业务运营模式相似。均是提供IT基础设施资源的租用，盈利模式也以收取租用费为主。 • 目标客户相似。主要目标客户均是ICP以及大量无法自行建立数据中心的中小企业客户。 • 业务运营需要的基础条件相似。都需要建设一定规模的数据中心 • 云计算业务与传统IDC业务的差别： • 租用资源范围差别。云计算业务中，提供租用的资源范围广泛延伸，不仅是服务器、带宽，还可以包括存储系统、系统软件平台、应用软件和服务等。 • 服务能力差别。云计算业务提供“弹性”的按需扩展的资源租用服务 • 资源透明性差别。在云计算业务中，用户并不需要了解资源的物理信息。

  9. 云计算业务的五个特征 1、基础资源租用 云计算业务提供对计算、存储、网络、软件等多种IT基础设施资源租用的服务。云计算业务的用户不需要自己拥有和维护这些资源。 2、按需弹性使用 云计算业务的用户能够按需获得和使用资源，也能够按需撤销和缩减资源。云计算平台可以按用户的需求快速部署和提供资源。云计算业务的付费服务应该按资源的使用量计费。 3、透明资源访问 云计算业务的用户不需要了解所使用资源的物理位置和配置等信息。 4、自助业务部署 云计算业务的用户利用业务提供商提供的接口，通过网络将自己的数据和应用程序部署于云计算平台的后端数据中心，而无需服务商的人工配合 。 5、开放公众服务 云计算业务用户所部署的数据和应用可以通过互联网发布给其他用户共享使用，即提供公众服务。

  10. 有了云计算，广大用户无需自购软、硬件，甚至无需知道是谁提供的服务，只关注自己真正需要什么样的资源或者得到什么样的服务。

  11. 二、 三种形式的“云”

  12. 云计算的分类 • 软件即服务（SaaS）：提供商在云计算设施上运行程序，用户通过各种客户端设备的瘦客户界面（如网页浏览器、基于网页的电子邮件）使用这些应用程序。 • 平台即服务（PaaS）：用户采用提供商支持的编程语言和工具编写好应用程序，然后放到云计算平台上运行。 • 基础设施即服务（IaaS）：用户将部署处理器、存储系统、网络及其他基本的计算资源，并按自己的意志运行操作系统和应用程序等软件。

  13. 一切皆为服务 云计算应用 云计算平台

  14. 三种形式云:1.基础设施云 (IaaS)2.平台云 (PaaS)3.应用云 (SaaS)

  15. 功能 价值 典型代表 基础设施云 • 将计算和存储以授权服务形式提供。其核心是将某一或某几个数据中心的计算/存储资源虚拟化，以灵活划分资源。 • 云计算的基础架构一般架设在拥有大规模计算和存储的数据中心。使得中小企业部门也能够利用到原来大型企业才具备的信息基础设施多个应用共享基础设施也降低了成本。 • Amazon’s EC2

  16. 功能描述 • 虚拟化物理设施，生成一个高效灵活的资源池 • 管理层管理、部署、监控物理资源和资源池 • 服务提供层组合管理层的功能提供某种形式的服务 基础设施云结构 基础设施云 基础设施云基础架构平台按功能分为四层 —— 物理设施、虚拟化、资源管理、服务提供

  17. 基础设施云Amazon AWS • Amazon的弹性计算云平台由一组被称为Amazon AWS 服务来实现 • Amazon AWS 服务包括 • EC2 虚拟服务器 • S3 存储服务（Simple Storage Service，S3） • SQS 主机之间的消息队列服务 • SimpleDB 一个网络数据库服务

  18. 基础设施云Amazon AWS 弹性计算云平台为用户或者开发人员提供了一个虚拟的集群环境。而弹性计算云中的实例是一些真正在运行中的虚拟机服务器，每一个实例代表一个运行中的虚拟机。对于提供给某一个用户的虚拟机，该用户具有完整的访问权限，包括针对此虚拟机的管理员用户权限。

  19. 基础设施云 IBM蓝云 IBM在2007年11月15日推出了蓝云计算平台。 整个系统结构由图所示。

  20. 基础设施云 IBM蓝云 • 蓝云计算平台中部署、监控、应用服务器、数据库等采用了IBM自己的产品。 • 关键功能则全部由开源软件实现： • 大规模数据处理和存储 • Hadoop (开源的Map/Reduce实现系统) • 虚拟化 • 开源软件Xen

  21. 功能 价值 典型代表 平台云 • 平台可以使开发者不用关心后台大规模服务器的工作细节，给开发者提供一个透明安全功能强大的运行环境和开发环境. • 平台屏蔽了部署、发布等应用开发细节，并且提供了一些支持应用开发的高层接口以及开发工具。 • Google App Engine,Heroku,Azure,Force.com

  22. 平台云 Google App Engine Google App Engine 提供用户在 Google 的基础架构上设计、发布应用程序的功能。每个免费帐户都可使用500MB 存储空间，以及每月约 500 万页面浏览量的CPU 和宽带。

  23. 平台云 Google App Engine • Google的基础架构环境 ： • Distributed storage: • Distributed File System (GFS) • Distributed semi-structured data system • BigTable • Distributed data processing system • MapReduce • Google App Engine应用平台 : • Python 语言开发、测试环境 • API集合（包括：数据库、Web服务、邮件、缓存、图片处理等）。

  24. 功能 价值 典型代表 应用云 • 直接面对最终软件用户,常以SaaS（Software as a Service：软件应用服务）形式出现。软件系统各个模块可以由每个用户自己定制、配置、组装和测试、得到满足客户自身需要的软件系统。 • 降低软件系统使用、维护、运行和支持成本 • SalesForce,GoogleApps,ZohoOffice,Webex

  25. 应用云 Salesforce Salesforce是一家客户关系管理（CRM） 软件服务提供商。顾客通过订购 Salesforce服务，直接通过浏览器登录就可以使用所有功能。Salesforce公司目前拥有13900家客户和227000个人订户，是最大的商务应用云提供商。 ( 现在Salesforce也推出了自己的 具有应用框架模板的应用平台云：Force.com )

  26. 应用云 Google Apps Google Apps 是Google推出的中小企业套装软件，包括电子邮箱、网站（放置在google的服务器上，所见即所得的傻瓜式编辑方式）、可以合作编辑的在线Offices（涵盖常用的word/powerpoint/excel等应用）、日历、即时聊天（Gtalk）等。 Google Apps所有应用程序后台均运行在Google的基础信息架构上。

  27. 三、清华云计算平台

  28. 清华大学云计算平台 1.云存储系统Corsair 2.云计算系统NOVA 3.云计算客户端可迁移个性化软件运行环境 4.手机访问云端 28

  29. 1.云存储系统Corsair • 实现文件数据的存储和共享，提供本地资源和网络资源的统一文件管理视图 为社区用户提供 共享存储服务 为个人用户提供 共享存储服务 为全部用户提供 共享存储服务

  30. Corsair系统架构

  31. Corsair的特性 • 快速共享 • 简单的申请操作和审批就可以拥有100 -200GB的社区空间 • 移动U盘 • 简单的申请操作就可以拥有2GB-4GB的个人空间 • “硬盘扩容” • 每个用户都可以拥有40TB的网络共享资源 • 用户响应速度和数据传输速度快（清华校内5MBps） • 简单易用

  32. Corsair Interface

  33. Corsair的传输性能

  34. Corsair客户端下载情况

  35. Corsair在清华校内的实际部署及使用情况 • 部署情况：100TBytes的总存储空间，三个数据中心 • 使用情况：2008年12月1日正式发布至2009年12月1日止

  36. 2.云计算系统NOVA--虚拟化集群 • 为用户提供各种按需定制的云计算计算设施 • 通过浏览器使用 • 不改变用户使用习惯 • 一键式定制使用

  37. 为什么要实现虚拟化集群 • Clusters are often shared by different users and institutes • Users may wish to run applications on high performance systems with different software environment requirement • Linux kernel 2.6, 2.4 • Windows

  38. Solutions • Virtual Machine based HPC management and scheduling • Easy to provide different environments for different users • Virtual cluster interface • VM: create, start, suspend, resume, stop, delete • Virtual Cluster: create, start, suspend, resume, stop, delete • Issues • Overhead of VM • Storage overhead of multiple VMs

  39. 虚拟化集群 VM Repository Windows DirectX MPI .NET .NET DirectX DirectX MPI MPI .NET DirectX MPI VMM VMM VMM

  40. 虚拟化集群 VM Repository .NET .NET .NET DirectX DirectX DirectX MPI MPI MPI Windows DirectX MPI VMM Redhat Linux MySQL Apache PHP PHP PHP MySQL MySQL MySQL Apache Apache Apache VMM VMM

  41. User View of Virtual Cluster Virtual Machine Repository Saving and Deployment Control Cluster User Operation Interface

  42. NOVA系统流程

  43. NOVA特点 • 无需安装和配置过程 • 用户通过浏览器即可使用 • 高效性 • 软件通过虚拟化方式和操作系统绑定 • 计算和存储集成 • 用户的计算环境建立之后，用户在云存储里的存储空间会自动挂载到用户的系统当中，用户的输入和输出永远都在用户自己的云空间里面，随时随地各种方式访问和实用个人数据

  44. Nova： 创建机群

  45. 使用：Linux

  46. 监管

  47. Nova运行过程

  48. 3.云计算的客户端可迁移个性化软件运行环境一种新的端到云解决方案，用户无需本地安装软件，就能够直接在客户端上运行存储于云端的现有软件（如现有的Office应用、多媒体播放、网络应用等桌面软件）。3.云计算的客户端可迁移个性化软件运行环境一种新的端到云解决方案，用户无需本地安装软件，就能够直接在客户端上运行存储于云端的现有软件（如现有的Office应用、多媒体播放、网络应用等桌面软件）。

  49. 4.移动云计算平台------通过手机访问云计算平台4.移动云计算平台------通过手机访问云计算平台

  50. 移动互联网是未来网络计算的核心 互联网

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