計算機云計算的原理與應用

時間：2024-10-28 14:44:00 計算機應用我要投稿

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計算機云計算的原理與應用

　　近年來，計算機云計算在公眾視野中頻現，引發公眾對于云計算的關注與探討，在此小編與大家共同探討云計算的原理及應用。

　　一、基本原理

　　云計算的基本原理是將用戶所需的計算分布在數量無限的分布式計算機上，而非本地計算機或遠程服務器中，使得企業數據中心的運行類似于互聯網，企業能夠將資源切換到需要的應用上，根據需求訪問計算機及其存儲系統。就像從古老的單臺發電機模式轉向了電廠集中供電的模式，從而意味著計算能力透過互聯網來作為一種商品進行流通，如同水電一樣，取用方便，費用低廉。

　　目前，云計算有IaaS、PaaS和SaaS三種類型，不同的廠家提供不同的解決方案，但沒有形成統一的技術體系架構。筆者綜合不同廠家的方案，提出了一個如圖2所示，供大家商榷的云計算體系架構。云計算技術體系架構可分為物理資源層、資源池層、管理中間件層和SOA構建層等4層。其中，物理資源層包括計算機、內存、網絡設施、數據庫和軟件等。資源池層是將大量相同類型的資源構成同構或接近同構的資源池，如計算資源池、數據資源池等，資源池構建主要是物理資源的集成和管理工作。管理中間件層負責對云計算的資源進行管理，并對眾多應用任務進行調度，使資源能夠高效、安全地為應用提供服務。SOA構建層是將云計算能力封裝成標準的Web Services服務，并納入到SOA體系進行管理和使用，包括服務注冊、查找、訪問和構建服務工作流等。管理中間件層和資源池層是云計算技術的最關鍵部分，SOA構建層的功能更多依靠外部設施提供。

　　二、主要特征與技術特點

　　云計算服務是由多組機群系統或一個類似網絡操作系統的用戶體驗所構成。用戶操作的響應完全由云端多組不同用處的機群來承擔，用戶依托瀏覽器所呈現的網絡操作系統來獲得一個親切、豐富的用戶體驗。

　　(1)主要特征

　　目前，云計算的主要特征可概括為6個方面。其一是自主計算，即“可自我管理的計算機系統”。其二是客戶服務器模式，即客戶端服務器計算主要通過引用分布式應用程序來區分服務提供者(服務器)和服務請求者(客戶端)。其三是網格計算，即采用一種由集群網絡化和松散耦合計算機的協同來構建可執行巨大任務的‘超級計算機及其虛擬” 。其四是大型主機，即面向海量信息處理，存儲等的功能強大計算機及其應用程序。其五是效用計算，即依托類似公用事業計量服務的“計算資源”，如計算和存儲系統。其六是P2P，即采用點對點(P2P)方式所組成的一個沒有中心協調的分布式結構體系。

　　(2)技術特點

　　基于云計算應用的現狀，云計算的技術特點可歸納如下：

　　① 基于虛擬化技術快速資源部署或服務獲取

　　云計算支持用戶在任意位置、使用各種終端來獲取應用服務，并依托服務器端的虛擬化技術來實現全部的計算工作。云端的終端虛擬化、存儲虛擬化等技術代替用戶實際計算機的存儲設備和運算設備，數據運算將變成可共享的公共資源。

　　② 動態、可伸縮擴展，資源按需供給、按量付費，降低成本

　　云計算在客戶需要云計算提供更多服務器支持，能夠按照用戶實際需要，擴展網絡規模和服務能力，動態調整有關服務器配置等資源來滿足用戶需求。云計算可實現企業按需服務需求，只為所使用服務付費。企業可隨需增減所需的處理器、內存、帶寬和存儲系統等，并可根據季度和周工作需求的變化來動態調整資源需求，從而降低成本。就如同水電使用按需而取，按量收費一樣，進而大幅降低中小企業設備建構與擴充增強的成本。

　　③ 通過互聯網提供、面向海量信息處理、用戶參與便利

　　網絡服務提供者通過云計算技術可在數秒內處理數以千萬計甚至億計的信息，達到與“超級計算機”同樣強大的網絡服務。用戶只要向服務提需求，擁有可上網終端，如手機、手持計算機等，就可從互聯網上獲得信息資源和信息能力，如帶寬、存儲空間、計算能力，就能夠隨時隨地、方便、低廉、快速地獲得信息、處理信息、交流信息和展示信息。

　　④ 高可靠性與低碳環保

　　云計算采用了數據多副本容錯、計算節點同構可互換等措施來保障服務的高可靠性，使用云計算比使用本地計算機可靠性更高。通過云廣計算不僅能夠有效利用服務器端資源，還能夠方便地對數據中心進行整合，大大降低了客戶端設備的能耗，加大了更新周期，符合社會低碳、環保的發展潮流。

　　當然，云計算在使用時，還存在一些亟待完善的不足。其一是云計算的不穩定性，即在網絡無法使用時，企業的系統將嚴重癱瘓，造成嚴重損失。其二是云計算依賴性，即企業將基礎設施建構在云計算上，會對云計算產生嚴重依賴，若未來云服務提供商予取予求，企業就缺乏應對籌碼。其三是安全性，在技術不完備和法律保障不健全的環境下，企業將機密敏感數據存放于他人手中，泄漏機密的幾率較大，用戶如何應對。

　　三、云層次

　　新興的云計算作為一種將巨大系統池連接在一起提供各種IT服務的共享基礎體系，可以替我們完成各種存儲和計算工作。整體上看，云層次包括客戶端、云服務、云平臺服務、基礎設施以及服務器等五大要件。

　　(1)客戶端

　　云客戶端包括計算機硬件和軟件，通過與云計算的應用交互來便利地獲取與使用所需的各項功能。在云客戶端，只需要擁有一臺具備與互聯網連接的計算機、手機或其它電子設備，擁有操作系統和瀏覽器，就能夠方便的獲取和使用云計算服務。

　　(2)云服務

　　云服務SaaS是由軟件提供的，是一種客戶按使用時間或使用量付費的應用軟件新銷售方式。對用戶來說，他們不再需要關心軟件的安裝和升級，也不需要一次性購買軟件許可證，而是根據租用服務的實際情況按需付費。從而為用戶提供了更廣闊的增值機會和創新途徑，降低了軟件應用和服務的成本。

　　(3)云平臺服務

　　云平臺服務PaaS是指將服務器平臺作為一種服務提供的新商業模式。與通過網絡進行程序提供服務的SaaS不同， PaaS實際上是一種將相應服務器平臺或者開發環境作為服務軟件研發的平臺服務，最終產品以SaaS模式提交給用戶。因此，PaaS也是SaaS的一種模式。

　　(4)基礎設施

　　云計算的基礎設施即IaaS，是指將經過虛擬化的硬件資源和相關管理功能集合，亦指用于支持操作的外包設備，包括存儲、硬件、服務器和網絡組件等。這種服務通常是通過一個公用計算基礎計費和資源消耗數量計費來收費，并給予相應的服務提供支持。

　　(5)服務器

　　服務器層包括服務器的計算機硬件和軟件,以及專門為云端服務器設計的產品交互，多內核處理器連接，云特定的操作系統的指定等。云端服務器通過數量可無限擴展的網間服務器關聯來完成用戶多元化需求的滿足和定制。

　　四、云計算和其它計算的比較

　　由于云計算的發展迅猛，時下公眾常常會將云計算與網格計算、效用計算、自主計算相混淆。事實上，云計算是以計算機集群為基礎的，也吸收了自主計算和效用計算的優勢，但在網絡的組成、體系機構、目的、工作方式卻大相徑庭。其與其它計算的比較分述如下：

　　云計算與叢集計算相比，盡管云計算部分底層是由叢集計算所構成，像負載平衡或備援技術，但云計算重在提供服務，而叢集計算則更注重高效能以及串連各種CPU的計算能力，昂貴的建置成本，大多數用戶是無法承受的。

　　云計算與網格計算相比，云計算強調專有，任何人都可獲取自己的專有資源，并且這些資源是由外部提供，用戶無需貢獻自己的資源。在云計算中，計算資源被轉換成適應工作負載的形式，既支持網格類型的應用環境，也支持非網格環境。云計算還注重事務性應用，大量的單獨請求，可自動或半自動地實現擴展。而網格計算強調資源共享，任何人都可以作為請求者使用其它節點的資源，任何人都需要貢獻一定資源給其它節點。網格計算強調將工作量轉移到遠程可用的計算資源上，注重并行的計算集中性需求，要么在分布式的計算資源支持下作為服務被提供在線計算或存儲，要么在一個松散連接的計算機網絡所構成的一個虛擬超級計算機上執行大規模任務，并且難以自動擴展。此外云計算與網格計算的最大差異在于計算量，云計算大都以單一主機服務用戶，偏向量少而次多的計算。而網格計算是以多主機來做計算支持，在次少而量大的計算時更有效率，網格計算域內的計算機資源可互相支持，不會有資源用盡的疑慮。

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