第9章云計算技術(shù)及應(yīng)用圖文模板

第9章云計算技術(shù)及應(yīng)用9.1云計算概述9.2服務(wù)理論

9.3云計算的SPI服務(wù)模型9.4云計算與相關(guān)領(lǐng)域的關(guān)系課后習(xí)題九

9.1云計算概述

9.1.1云計算的定義通常得到較多認(rèn)可的說法為：云計算是一種IT服務(wù)的交付和使用模式，即用戶通過網(wǎng)絡(luò)以按需、易擴展的方式獲得所需資源(硬件、平臺、軟件)的模式，提供資源的網(wǎng)絡(luò)被稱為“云”?！霸啤敝械馁Y源在使用者看來是可以無限擴展、隨時獲取的，并且按需使用，按使用方式付費?！霸啤钡倪@種特性使其成為一種像水、電設(shè)施一樣的IT基礎(chǔ)設(shè)施。

云計算的基本思路十分簡單，即“合”的思路：服務(wù)提供商提供應(yīng)用程序，服務(wù)提供商的數(shù)據(jù)中心負(fù)責(zé)集中存儲過去一直保存在最終用戶個人計算機上或企業(yè)的數(shù)據(jù)中心內(nèi)的信息，用戶則通過互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程訪問這些應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)。

根據(jù)上面的定義，“云”就是一些可以自我維護(hù)和自我管理的虛擬資源，通常由一些大規(guī)模服務(wù)器集群(如計算服務(wù)器、存儲服務(wù)器、寬帶資源等)組成。云計算將所有的資源集中在一起，并由軟件自動管理。這使得用戶無需為許多的細(xì)節(jié)而煩惱，能夠把更多的精力放在自己的業(yè)務(wù)上，有利于創(chuàng)新和降低成本。

這種虛擬資源之所以被稱為“云”，是因為它在某些方面具有現(xiàn)實中云的特征，如云一般都較大，云的規(guī)?？梢詣討B(tài)伸縮，云的邊界是模糊的，同時云在空中飄忽不定，無法也無需確定它的具體位置。將其稱為“云”，還因為云計算的鼻祖之一——亞馬遜公司將其網(wǎng)格計算的一個產(chǎn)品取名為“彈性計算云”(ElasticComputeCloud，EC2)，而該產(chǎn)品在商業(yè)上取得了很大的成功。

另外，在各種圖示中，互聯(lián)網(wǎng)常用一個云狀圖案來表示，如圖9-1所示。因此提供資源的網(wǎng)絡(luò)被稱為“云”，同時，“云”也是對底層基礎(chǔ)設(shè)施的一種抽象概念。圖9-1“云”的形象描述

云計算的出現(xiàn)使提供計算能力的方式發(fā)生了巨大變化，這就好比電力供應(yīng)從古老的單臺發(fā)電機模式轉(zhuǎn)向電廠集中供電模式。這一改變意味著計算能力和存儲能力可以像煤氣、水電一樣作為商品進(jìn)行流通，且取用方便，費用低廉。而其中最大的不同僅僅在于計算能力和存儲能力是通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行傳輸?shù)摹?/p>

云計算是分布式計算、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大規(guī)模資源管理等技術(shù)融合與發(fā)展的結(jié)果，如圖9-2所示。其研究和應(yīng)用是一個系統(tǒng)工程，涵蓋了數(shù)據(jù)中心管理、資源虛擬化、海量數(shù)據(jù)處理、計算機安全等重要問題。

圖9-2云計算與相關(guān)技術(shù)的關(guān)系

9.1.2云計算的特征

云計算有如下七大特征：

(1)超大規(guī)模?！霸啤本哂邢喈?dāng)大的規(guī)模，Google云計算已經(jīng)擁有200多萬臺服務(wù)器，Amazon、IBM、微軟、Yahoo等大型互聯(lián)網(wǎng)公司的“云”均擁有幾十萬臺服務(wù)器。

(2)虛擬化。云計算支持用戶在任意位置使用各種終端獲取應(yīng)用服務(wù)。

(3)高可靠性?！霸啤笔褂昧藬?shù)據(jù)多副本容錯、計算節(jié)點同構(gòu)可互換等措施來保障服務(wù)的高可靠性，使用云計算比使用本地計算機更可靠。

(4)通用性。云計算不針對特定的應(yīng)用，在“云”的支撐下可以構(gòu)造出千變?nèi)f化的應(yīng)用，同一個“云”可以同時運行不同的應(yīng)用。

(5)高可擴展性。“云”的規(guī)?？梢詣討B(tài)伸縮，以滿足應(yīng)用和用戶規(guī)模增長的需要。

(6)按需服務(wù)?！霸啤笔且粋€龐大的資源池，用戶可按需購買。使用“云”時，可以像使用自來水、電、煤氣一樣計費。

(7)價格低廉。由于“云”的特殊容錯措施可以采用極其廉價的節(jié)點來構(gòu)成“云”，“云”的自動化集中式管理使大量企業(yè)無需負(fù)擔(dān)日益高昂的數(shù)據(jù)中心管理成本，“云”的通用性使資源的利用率相較傳統(tǒng)系統(tǒng)大幅提升，因此用戶可以充分享受“云”的低成本優(yōu)勢。．

9.1.3云計算體系結(jié)構(gòu)

云計算的體系結(jié)構(gòu)由5部分組成，分別為應(yīng)用層、平臺層、資源層、用戶訪問層和管理層。云計算的本質(zhì)是通過網(wǎng)絡(luò)提供服務(wù)，所以其體系結(jié)構(gòu)以服務(wù)為核心，如圖9-3所示。圖9-3云計算的體系結(jié)構(gòu)

下面介紹云計算的5個體系結(jié)構(gòu)：

1．資源層

資源層包括物理資源服務(wù)、服務(wù)器服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和存儲服務(wù)，這些服務(wù)可以提供虛擬化的資源，從而隱藏物理資源的復(fù)雜性。對資源層各組成部分介紹如下：

(1)物理資源服務(wù)是指物理設(shè)備，如服務(wù)器等。

(2)服務(wù)器服務(wù)是指操作系統(tǒng)的環(huán)境，如Linux集群等。

(3)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)是指提供的網(wǎng)絡(luò)處理能力，如防火墻、VLAN、負(fù)載等。

(4)存儲服務(wù)為用戶提供存儲能力。

2．平臺層

平臺層為用戶提供對資源層服務(wù)的封裝，使用戶可以構(gòu)建自己的應(yīng)用。平臺層包括數(shù)據(jù)庫服務(wù)和中間件服務(wù)。對平臺層各組成部分介紹如下：

(1)數(shù)據(jù)庫服務(wù)提供可擴展的數(shù)據(jù)庫處理的能力。

(2)中間件服務(wù)為用戶提供可擴展的消息中間件或事務(wù)處理中間件等服務(wù)。

3．應(yīng)用層

應(yīng)用層提供軟件服務(wù)，包括企業(yè)應(yīng)用服務(wù)和個人應(yīng)用服務(wù)。對應(yīng)用層各組成部分介紹如下：

(1)企業(yè)應(yīng)用服務(wù)是指面向企業(yè)的用戶，如財務(wù)管理、客戶關(guān)系管理、商業(yè)智能等。

(2)個人應(yīng)用服務(wù)指面向個人用戶的服務(wù)，如電子郵件、文本處理、個人信息存儲等。

4．用戶訪問層

對用戶訪問層各組成部分介紹如下：

(1)服務(wù)目錄是一個服務(wù)列表，用戶可以從中選擇需要使用的云計算服務(wù)。

(2)訂閱管理是提供給用戶的管理功能，用戶可以查閱自己訂閱的服務(wù)或終止訂閱的服務(wù)。

(3)服務(wù)訪問是針對每種層次的云計算服務(wù)提供的訪問接口，針對資源層的訪問，提供的接口可能是遠(yuǎn)程桌面或Windows，針對應(yīng)用層的訪問，提供的接口可能是Web。

5．管理層

管理層提供對所有層次云計算服務(wù)的管理功能，包括安全管理、服務(wù)組合、服務(wù)目錄管理、服務(wù)使用計量、服務(wù)質(zhì)量管理、部署管理和服務(wù)監(jiān)控。對管理層各組成部分介紹如下：

(1)安全管理提供對服務(wù)的授權(quán)控制、用戶認(rèn)證、審計、一致性檢查等功能。

(2)服務(wù)組合提供對自己有云計算服務(wù)進(jìn)行組合的功能，使得新的服務(wù)可以基于已有服務(wù)創(chuàng)建時間。

(3)服務(wù)目錄管理服務(wù)提供服務(wù)目錄和服務(wù)本身的管理功能，管理員可以增加新的服務(wù)或從服務(wù)目錄中除去服務(wù)。

(4)服務(wù)使用計量對用戶的使用情況進(jìn)行統(tǒng)計，并以此為依據(jù)對用戶進(jìn)行計費。

(5)服務(wù)質(zhì)量管理提供對服務(wù)的性能、可靠性、可擴展性進(jìn)行管理。

(6)部署管理提供對服務(wù)實例的自動化部署和配置，當(dāng)用戶通過訂閱管理增加新的服務(wù)訂閱后，部署管理模塊自動為用戶準(zhǔn)備服務(wù)實例。

(7)服務(wù)監(jiān)控提供對服務(wù)的健康狀態(tài)的記錄。

9.1.4云計算的部署模式

如圖9-4所示，云計算可以有三種部署模式，即公共云、私有云和混合云。三者的比較如表9-1所示。圖9-4云計算的部署模式

對云計算三種部署模式介紹如下：

1．公共云

公共云是指為外部客戶提供服務(wù)的云。它所有的服務(wù)是供別人使用，而不是自己使用。目前，典型的公共云有微軟的WindowsAzure平臺、亞馬遜的AWS(AmazonWebServices)、S以及國內(nèi)的阿里巴巴、用友偉庫等。

對于使用者而言，公共云的最大優(yōu)點是其所應(yīng)用的程序、服務(wù)及相關(guān)數(shù)據(jù)都存放在公共云的提供者處，自己無需做相應(yīng)的投資和建設(shè)。目前最大的問題是，由于數(shù)據(jù)不存儲在自己的數(shù)據(jù)中心，其安全性存在一定風(fēng)險。同時，公共云的可用性不受使用者控制。

2．私有云

私有云是指企業(yè)自己使用的云。它所有的服務(wù)不是供別人使用，而是供內(nèi)部人員或分支機構(gòu)使用。私有云的部署比較適合有眾多分支機構(gòu)的大型企業(yè)或政府部門。隨著這些大型企業(yè)數(shù)據(jù)中心的集中化，私有云將會成為其部署IT系統(tǒng)的主流模式。

相對于公共云，私有云部署在企業(yè)內(nèi)部，因此其數(shù)據(jù)安全性高，系統(tǒng)可用性可由自己控制，但其缺點是投資較大。

3．混合云

混合云是指供自己和客戶共同使用的云。它所提供的服務(wù)既可以供別人使用，也可以供自己使用。相比較而言，混合云的部署方式對提供者的要求更高。

9.1.5云計算的核心技術(shù)

1.MapReduce編程模型

MapReduce是Google開發(fā)的Java、Python、C++的編程模型，它是一種簡化的分布式編程模型和高效的任務(wù)調(diào)度模型，用于大規(guī)模數(shù)據(jù)集(大于1TB)的并行運算。嚴(yán)格的編程模型使云計算環(huán)境下的編程十分簡單。MapReduce模式的思想是將要執(zhí)行的問題分解成Map(映射)和Reduce(化簡)的方式，先通過Map程序?qū)?shù)據(jù)切割成不相關(guān)的區(qū)塊，分配(調(diào)度)給大量計算機處理，達(dá)到分布式運算的效果，再通過Reduce程序?qū)⒔Y(jié)果匯整輸出。

2.海量數(shù)據(jù)分布存儲技術(shù)

云計算系統(tǒng)由大量服務(wù)器組成，同時為大量用戶服務(wù)，因此云計算系統(tǒng)采用分布式存儲的方式存儲數(shù)據(jù)，用冗余存儲的方式保證數(shù)據(jù)的可靠性。云計算系統(tǒng)中廣泛使用的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)是Google的GFS(GoogleFileSystem，Google文件系統(tǒng))和Hadoop團(tuán)隊開發(fā)的GFS開源實現(xiàn)的HDFS。GFS即是一個可擴展的分布式文件系統(tǒng)，用于大型的、分布式的、對大量數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問的應(yīng)用。

3.海量數(shù)據(jù)管理技術(shù)

云計算需要對分布的、海量的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。因此，數(shù)據(jù)管理技術(shù)必需能夠高效地管理大量的數(shù)據(jù)。云計算系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)管理技術(shù)主要是Google的BT(BigTable)數(shù)據(jù)管理技術(shù)和Hadoop團(tuán)隊開發(fā)的開源數(shù)據(jù)管理模塊Hbase。BT是建立在GFS、Scheduler、LockService和MapReduce之上的一個大型的分布式數(shù)據(jù)庫。

4.虛擬化技術(shù)

通過虛擬化技術(shù)可實現(xiàn)軟件應(yīng)用與底層硬件相隔離。它包括將單個資源劃分成多個虛擬資源的裂分模式，也包括將多個資源整合成一個虛擬資源的聚合模式。虛擬化技術(shù)根據(jù)對象可分成存儲虛擬化、計算虛擬化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化等。計算虛擬化又分為系統(tǒng)級虛擬化、應(yīng)用級虛擬化和桌面虛擬化。

5.云計算平臺管理技術(shù)

云計算資源規(guī)模龐大，服務(wù)器數(shù)量眾多并分布在不同的地點，同時運行著數(shù)百種應(yīng)用。如何有效地管理這些服務(wù)器，保證整個系統(tǒng)提供不間斷的服務(wù)是巨大的挑戰(zhàn)。云計算系統(tǒng)的平臺管理技術(shù)能夠使大量的服務(wù)器協(xié)同工作，方便地進(jìn)行業(yè)務(wù)部署和開通，快速發(fā)現(xiàn)和排除系統(tǒng)故障，通過自動化、智能化的手段實現(xiàn)大規(guī)模系統(tǒng)的可靠運營。

9.1.6云計算技術(shù)的應(yīng)用

對云計算技術(shù)的各種應(yīng)用介紹如下：

1．存儲云

存儲云又稱云存儲，它是在云計算技術(shù)上發(fā)展起來的一個新的存儲技術(shù)。云存儲是一個以數(shù)據(jù)存儲和管理為核心的云計算系統(tǒng)。用戶可以將本地的資源上傳至云端，在任何地方連入互聯(lián)網(wǎng)來獲取云上的資源。大家熟知的谷歌、微軟等大型網(wǎng)絡(luò)公司均有云存儲的服務(wù)。在國內(nèi)，百度云和微云則是市場占有量最大的存儲云。存儲云向用戶提供了存儲容器服務(wù)、備份服務(wù)、歸檔服務(wù)和記錄管理服務(wù)等，大大方便了使用者對資源進(jìn)行管理。

2．醫(yī)療云

醫(yī)療云是指在云計算、移動技術(shù)、多媒體、4G通信、大數(shù)據(jù)以及物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)基礎(chǔ)上，結(jié)合醫(yī)療技術(shù)，使用云計算來創(chuàng)建醫(yī)療健康服務(wù)云平臺的技術(shù)，實現(xiàn)了醫(yī)療資源的共享和醫(yī)療范圍的擴大。醫(yī)療云提高了醫(yī)療機構(gòu)的工作效率，方便了居民就醫(yī)。醫(yī)院的預(yù)約掛號、電子病歷、醫(yī)保等都是云計算與醫(yī)療領(lǐng)域結(jié)合的產(chǎn)物。此外，醫(yī)療云還具有數(shù)據(jù)安全、信息共享、動態(tài)擴展、布局全國的優(yōu)勢。

3．金融云

金融云是指利用云計算的模型，將信息、金融和服務(wù)等功能分散到龐大分支機構(gòu)構(gòu)成的互聯(lián)網(wǎng)云中，旨在為銀行、保險和基金等金融機構(gòu)提供互聯(lián)網(wǎng)處理和運行服務(wù)，同時共享互聯(lián)網(wǎng)資源并實現(xiàn)了高效、低成本的目標(biāo)。在2013年11月27日，阿里云整合阿里巴巴旗下資源推出了阿里金融云服務(wù)。其實，它就是現(xiàn)在基本普及的快捷支付服務(wù)。由于金融與云計算結(jié)合，現(xiàn)在只需要在手機上簡單操作就可以完成銀行存款、購買保險和基金買賣。現(xiàn)在，不只阿里巴巴推出了金融云服務(wù)，如蘇寧金融、騰訊等企業(yè)也推出了自己的金融云服務(wù)。

4．教育云

實質(zhì)上，教育云是教育信息化的一種發(fā)展。教育云可以將任何教育硬件資源虛擬化，然后將其傳入互聯(lián)網(wǎng)中，向教育機構(gòu)、老師和同學(xué)提供一個方便快捷的平臺?，F(xiàn)在流行的慕課(MOOC)就是教育云的一種應(yīng)用。慕課是大規(guī)模開放的在線課程平臺。

9.2服務(wù)理論

9.2.1服務(wù)的概念根據(jù)網(wǎng)格之父IanFoster的定義，服務(wù)(Service)是一種通過良好的信息交換來提供客戶某種能力的實體(Entity)。服務(wù)可定義為導(dǎo)致服務(wù)執(zhí)行某些操作(Operation)的特定信息交換的序列。

事實上，服務(wù)的概念是一個從Web服務(wù)(WebServices)到網(wǎng)格服務(wù)(GridService)、自治服務(wù)(AutonomicService)、云服務(wù)(CloudService)、服務(wù)虛擬化(ServiceVirtualization)和面向服務(wù)開發(fā)(ServiceOrientedDevelopment)的不斷完善的過程。

9.2.2幾種常見的服務(wù)

以下是幾種常見的服務(wù)：

1．Web服務(wù)

Web服務(wù)的含義包括以下三個方面：

(1)Web服務(wù)是在Internet上跨機器進(jìn)程使應(yīng)用程序之間相互通信的技術(shù)，而非人與機器之間交互的技術(shù)。

(2)Web服務(wù)的設(shè)計初衷是平臺無關(guān)性和語言無關(guān)性，這也是它的設(shè)計特色之一。

(3)Web服務(wù)只是提供一個接口，剩下的工作需要程序員在開發(fā)平臺上使用不同的編程語言來實現(xiàn)。

2．網(wǎng)格服務(wù)

網(wǎng)格服務(wù)提供了一組接口，這些接口定義明確且遵守特定的慣例，解決服務(wù)發(fā)現(xiàn)、動態(tài)服務(wù)創(chuàng)建、生命周期管理、服務(wù)通知等問題。簡單地說，OGSI(OpenGridServicesInfrastructure)服務(wù)=OGSI接口/行為+服務(wù)數(shù)據(jù)(ServiceData)，WSRF(WebServicesResourceFramework)服務(wù)=WSRF接口/行為+WS資源屬性(WS-ResourceProperties)。

3．Agent

Agent是封裝的計算機系統(tǒng)，它適合于某些環(huán)境并能夠在該環(huán)境中通過靈活的、自治的行為以達(dá)到其設(shè)計目標(biāo)。具體來說，Agent是帶有良好定義的邊界和接口的可以清楚確認(rèn)的問題解決實體。它適合嵌入某個特定的環(huán)境，通過傳感器接收與其環(huán)境狀態(tài)有關(guān)的輸入，并通過受動器作用于環(huán)境。它們不僅可以控制自身內(nèi)部的狀態(tài)，

4．云服務(wù)

云服務(wù)主要指云計算的SPI服務(wù)模型。

9.2.3服務(wù)概念的特征

服務(wù)概念的特征如下：

(1)服務(wù)交互的結(jié)構(gòu)是通過Web服務(wù)機制實現(xiàn)的。例如，服務(wù)引入了大量新描述語言(如WSDL，即WebServicesDescriptionLanguage)、新通信方法(如SOAP，即SimpleObjectAccessProtocol)和新體系結(jié)構(gòu)(如SOA，即ServiceOrientedArchitecture)。

(2)服務(wù)與傳統(tǒng)的WebServices不同，它是動態(tài)的(Dynamic)、有狀態(tài)的(Stateful)。服務(wù)的動態(tài)性表現(xiàn)在可以臨時創(chuàng)建新服務(wù)，可以在系統(tǒng)生命期結(jié)束時銷毀服務(wù)回收資源。

(3)服務(wù)是自治的(Autonomous)。服務(wù)的自治性表現(xiàn)在其服務(wù)行為不僅由客戶請求驅(qū)動，還可以根據(jù)其他因素如本地策略、與客戶協(xié)商的輸出反饋等完成行為調(diào)節(jié)。自治性能夠根據(jù)本地策略和局部反饋進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)，從而提供了穩(wěn)定(Stable)的服務(wù)。

9.2.4面向服務(wù)的開發(fā)

分布式應(yīng)用程序的開發(fā)(DistributedApplicationDevelopment)是一種從一臺機器向另一臺機器獲取數(shù)據(jù)的技術(shù)與工程。

應(yīng)用開發(fā)方法的演變主要經(jīng)歷了以下四個階段，從中可看出其走向分布式的趨勢：

1．面向過程開發(fā)

面向過程開發(fā)是結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計，軟件系統(tǒng)的行為與數(shù)據(jù)部分分離。典型開發(fā)工具是C語言、Pascal語言等，其程序核心是函數(shù)或過程。

2．面向?qū)ο箝_發(fā)

面向?qū)ο箝_發(fā)是數(shù)據(jù)和操作的封裝，行為和數(shù)據(jù)的隱藏。典型開發(fā)工具是C++、Java等，其程序核心是對象。

通常其運行環(huán)境是局域網(wǎng)(企業(yè)網(wǎng)或校園網(wǎng))計算平臺下的C/S(客戶機/服務(wù)器)架構(gòu)。

CORBA(CommonObjectRequestBrokerArchitecture，通用對象請求代理架構(gòu))就是相應(yīng)的分布式技術(shù)規(guī)范。

3．面向組件開發(fā)

面向組件開發(fā)是基于組件或構(gòu)件快速創(chuàng)建更加復(fù)雜、高質(zhì)量的系統(tǒng)。典型開發(fā)工具是VB、J2EE、Delphi等，其程序核心是組件或構(gòu)件。

通常其運行環(huán)境是廣域網(wǎng)(Internet或Intranet)計算平臺下的B/S(瀏覽器/服務(wù)器)架構(gòu)或是帶中間件的B/M/S(瀏覽器/中間件/服務(wù)器)三層架構(gòu)。

DCOM(DistributedComponetObjectModel，分布式組件對象模型)、EJB(企業(yè)JavaBean)組件模型等就是相應(yīng)的分布式技術(shù)規(guī)范。

4．面向服務(wù)開發(fā)

面向服務(wù)開發(fā)是更廣泛的企業(yè)之間的信息系統(tǒng)集成。典型開發(fā)工具是.Net、J2EE等，其程序核心是WebServices或GridServices。

通常其運行環(huán)境是網(wǎng)格計算/云計算平臺下的OGSA架構(gòu)或SOA架構(gòu)。

SOAP是應(yīng)用于面向服務(wù)開發(fā)的典型分布式調(diào)用和通信協(xié)議。

1)面向服務(wù)開發(fā)的特點

面向服務(wù)開發(fā)有以下幾個特點：

(1)服務(wù)是一種通用開發(fā)方式，不僅支持科學(xué)計算，還支持其他服務(wù)，包括數(shù)據(jù)服務(wù)、信息服務(wù)、通信服務(wù)、計算服務(wù)、交易服務(wù)、政務(wù)服務(wù)、教育服務(wù)、娛樂服務(wù)、金融服務(wù)、旅游服務(wù)、醫(yī)療服務(wù)、專家服務(wù)等。

(2)服務(wù)是一種基本的應(yīng)用模式，即客戶端向網(wǎng)格/云端發(fā)出服務(wù)請求，網(wǎng)格/云端完成服務(wù)并將結(jié)果通知客戶端。

客戶看到的是一個網(wǎng)格整體/云整體，所有的服務(wù)請求都向網(wǎng)格/云端發(fā)出，而不是向具體的某個網(wǎng)站或某臺服務(wù)器發(fā)出，即服務(wù)的關(guān)鍵是一體化(Integration)。

(3)服務(wù)開發(fā)的主要評價指標(biāo)不再單純是速度、費用等單一指標(biāo)，而是類似服務(wù)等級協(xié)議(ServiceLevelProtocol)的一套用戶滿意度或服務(wù)質(zhì)量(QualityofService，QoS)評價標(biāo)準(zhǔn)，即服務(wù)一體化的目標(biāo)是提高服務(wù)質(zhì)量。

2)面向服務(wù)的架構(gòu)(SOA)

SOA是一個組件模型，它將應(yīng)用程序的不同功能單元(即服務(wù))通過相應(yīng)的接口和契約聯(lián)系起來。接口是采用中立的方式進(jìn)行定義的，它獨立于實現(xiàn)服務(wù)的硬件平臺、操作系統(tǒng)和編程語言。SOA中的協(xié)作如圖9-5所示。圖9-5SOA中的協(xié)作

在面向服務(wù)的架構(gòu)中包括以下三個角色：

(1)服務(wù)提供者(ServiceProvider)：一個可通過網(wǎng)絡(luò)尋址的實體。它接受和執(zhí)行來自使用者的請求，并將自己的服務(wù)描述和接口契約發(fā)布到服務(wù)注冊中心，以便服務(wù)使用者可以發(fā)現(xiàn)和訪問該服務(wù)。

(2)服務(wù)請求者(ServiceConsumer)：一個應(yīng)用程序、一個軟件模塊或需要一個服務(wù)的另一個服務(wù)。它發(fā)起對注冊中心中服務(wù)的查詢，通過傳輸綁定服務(wù)，并且執(zhí)行服務(wù)功能。服務(wù)請求者根據(jù)接口契約來執(zhí)行服務(wù)。

(3)服務(wù)注冊中心(ServiceRegistry)：服務(wù)發(fā)現(xiàn)的支持者。它包含一個可用服務(wù)的存儲庫，并允許感興趣的服務(wù)使用者查找服務(wù)提供者接口。

角色之間主要有以下三個操作：

(1)發(fā)布(Publish)：為了使服務(wù)可訪問，需要發(fā)布服務(wù)描述使服務(wù)請求者可以發(fā)現(xiàn)和調(diào)用它。

(2)查找(Find)：服務(wù)請求者的定位服務(wù)是通過查詢服務(wù)注冊中心來找到滿足其標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)的。

(3)綁定和調(diào)用(BindandInvoke)：在檢索服務(wù)描述之后，服務(wù)請求者根據(jù)服務(wù)描述中的信息來調(diào)用服務(wù)。

WSDL(WebServicesDescriptionLanguage，Web服務(wù)描述語言)的用途是“描述”Web服務(wù)。業(yè)務(wù)之間將通過交換WSDL文件來理解對方的服務(wù)。當(dāng)實現(xiàn)了某種服務(wù)時(如股票查詢服務(wù))，為了讓別的程序調(diào)用，必須用WSDL公布服務(wù)的接口。例如，服務(wù)名稱，服務(wù)所在的機器名稱，監(jiān)聽端口號，傳遞參數(shù)的類型、個數(shù)和順序，返回結(jié)果的類型等。

9.3云計算的SPI服務(wù)模型

云計算資源以云服務(wù)的形式提供，“一切皆是服務(wù)”。云計算核心服務(wù)通常可以分為三個子層：基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)層(InfrastructureasaService，IaaS)、平臺即服務(wù)層(PlatformasaService，PaaS)和軟件即服務(wù)層(SoftwareasaService，SaaS)，這被稱為云計算的SPI服務(wù)模型，如圖9-6所示。圖9-6云計算的SPI服務(wù)模型

9.3.1IaaS

IaaS是指企業(yè)或個人可以使用云計算技術(shù)來遠(yuǎn)程訪問計算資源，它包括計算、存儲以及應(yīng)用虛擬化技術(shù)所提供的相關(guān)功能。無論是最終用戶、SaaS提供商，還是PaaS提供商都可以從基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)中獲得應(yīng)用所需的計算能力，無須對支持這一計算能力的基礎(chǔ)IT軟硬件付出相應(yīng)的原始投資成本。

IaaS提供硬件基礎(chǔ)設(shè)施部署服務(wù)，為用戶按需提供實體或虛擬的計算、存儲和網(wǎng)絡(luò)等資源。在使用IaaS層服務(wù)的過程中，用戶需要向IaaS層服務(wù)提供商提供基礎(chǔ)設(shè)施的配置信息，運行于基礎(chǔ)設(shè)施的程序代碼以及相關(guān)的用戶數(shù)據(jù)。

由于數(shù)據(jù)中心是IaaS層的基礎(chǔ)，因此數(shù)據(jù)中心的管理和優(yōu)化問題成為近年來研究的熱點。另外，為了優(yōu)化硬件資源的分配，IaaS層引入了虛擬化技術(shù)。借助于Xen、KVM、VMware等虛擬化工具，可以提供可靠性高、可定制性強、規(guī)?？蓴U展的IaaS層服務(wù)。

IaaS層是云計算的基礎(chǔ)。通過建立大規(guī)模數(shù)據(jù)中心，IaaS層為上層云計算服務(wù)提供海量硬件資源。同時，在虛擬化技術(shù)的支持下，IaaS層可以實現(xiàn)硬件資源的按需配置，并提供個性化的基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)。

基于以上兩個基礎(chǔ)，IaaS層主要研究兩個問題：一是如何建設(shè)低成本、高效能的數(shù)據(jù)中心，二是如何拓展虛擬化技術(shù)，實現(xiàn)彈性、可靠的基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)。

9.3.2PaaS

PaaS是指將一個完整的計算機平臺(包括應(yīng)用設(shè)計、應(yīng)用開發(fā)、應(yīng)用測試和應(yīng)用托管)作為一種服務(wù)提供給客戶。在這種服務(wù)模式中，客戶不需要購買硬件和軟件，只需要利用PaaS平臺，就能夠創(chuàng)建、測試和部署應(yīng)用及服務(wù)。與基于數(shù)據(jù)中心的平臺進(jìn)行軟件開發(fā)相比，它的費用要低得多，這是PaaS的最大價值所在。

PaaS是云計算應(yīng)用程序運行環(huán)境，提供應(yīng)用程序部署與管理服務(wù)。通過PaaS層的軟件工具和開發(fā)語言，應(yīng)用程序開發(fā)者只需上傳程序代碼和數(shù)據(jù)即可使用服務(wù)，而不必關(guān)注底層的網(wǎng)絡(luò)、存儲、操作系統(tǒng)的管理問題。

由于目前互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用平臺(如Facebook、Google、淘寶等)的數(shù)據(jù)量日趨龐大，PaaS層應(yīng)當(dāng)充分考慮對海量數(shù)據(jù)的存儲與處理能力，并利用有效的資源管理與調(diào)度策略提高處理效率。

PaaS層作為三層核心服務(wù)的中間層，既為上層應(yīng)用提供簡單、可靠的分布式編程框架，又需要基于底層的資源信息調(diào)度作業(yè)和管理數(shù)據(jù)，屏蔽底層系統(tǒng)的復(fù)雜性。隨著數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用的普及和數(shù)據(jù)規(guī)模的日益龐大，PaaS層需要具備存儲與處理海量數(shù)據(jù)的能力。

基于以上分析，PaaS層主要研究兩個問題：一是PaaS層的海量數(shù)據(jù)存儲與處理技術(shù)，二是基于海量數(shù)據(jù)存儲與處理技術(shù)的資源管理與調(diào)度策略。

典型的PaaS平臺包括GoogleAppEngine、Hadoop和WindowsAzure。這些平臺都基于海量數(shù)據(jù)處理技術(shù)搭建且各具代表性。典型的PaaS平臺的比較如圖9-7所示。圖9-7典型PaaS平臺的比較

9.3.3SaaS

SaaS是指用戶獲取軟件服務(wù)的一種新形式。它不需要用戶將軟件產(chǎn)品安裝在自己的計算機或服務(wù)器上，而是按某種服務(wù)水平協(xié)議(SLA)直接通過網(wǎng)絡(luò)向?qū)ｉT的提供商獲取自己所需要的、帶有相應(yīng)軟件功能的服務(wù)。從本質(zhì)上來說，軟件(即服務(wù))就是軟件服務(wù)提供商為滿足用戶某種特定需求而提供其消費軟件的計算能力。

SaaS是將軟件打包成服務(wù)，如Google的在線翻譯和Gmail等服務(wù)。SaaS的特點就是在大多數(shù)情況下不需要安裝任何客戶端，或只需要安裝很小的客戶端就可以運行性能很好的程序或軟件。SaaS服務(wù)取代以往需要安裝客戶端才可以運行的程序，這使得用戶可以在更好的資源環(huán)境下享受這種服務(wù)。

SaaS是在線應(yīng)用平臺，為用戶提供平臺化的服務(wù)，為上層各種信息化應(yīng)用提供統(tǒng)一的平臺。它能夠完整地貫穿業(yè)務(wù)流，將各種信息化產(chǎn)品完美整合，統(tǒng)一運行維護(hù)，形成一個完整的支撐系統(tǒng)。

下面簡述兩種典型的SaaS應(yīng)用：GoogleApps和SalesforceCRM。

GoogleApps包括GoogleDocs、Gmail等一系列SaaS應(yīng)用。Google將傳統(tǒng)的桌面應(yīng)用程序(如文字處理軟件、電子郵件服務(wù)等)遷移到互聯(lián)網(wǎng)，并托管這些應(yīng)用程序。用戶通過Web瀏覽器便可隨時隨地訪問GoogleApps，不需要下載、安裝或維護(hù)任何硬件或軟件。GoogleApps為每個應(yīng)用提供了編程接口，使各應(yīng)用之間可以隨意組合。GoogleApps的用戶既可以是個人用戶，也可以是服務(wù)提供商。

例如，企業(yè)可向Google申請域名為@的郵件服務(wù)，以滿足企業(yè)內(nèi)部收發(fā)電子郵件的需求。在此期間，企業(yè)只需對資源使用量付費，而不必考慮購置、維護(hù)郵件服務(wù)器、郵件管理系統(tǒng)的開銷。

SalesforceCRM部署于F云計算平臺，為企業(yè)提供客戶關(guān)系管理服務(wù)，包括銷售云、服務(wù)云和數(shù)據(jù)云等部分。通過租用CRM的服務(wù)，企業(yè)可以擁有完整的企業(yè)管理系統(tǒng)，用以管理內(nèi)部員工、生產(chǎn)銷售和客戶業(yè)務(wù)等。利用CRM預(yù)定義的服務(wù)組件，企業(yè)可以根據(jù)自身業(yè)務(wù)的特點定制工作流程?；跀?shù)據(jù)隔離模型，CRM可以隔離不同企業(yè)的數(shù)據(jù)，為每個企業(yè)分別提供一份應(yīng)用程序的副本。CRM可根據(jù)企業(yè)的業(yè)務(wù)量為企業(yè)彈性分配資源。除此之外，CRM為移動智能終端開發(fā)了應(yīng)用程序，支持各種類型的客戶端設(shè)備訪問該服務(wù)，實現(xiàn)了泛在接入。

9.3.4IaaS、PaaS和SaaS的比較

IaaS、PaaS和SaaS三者之間的比較如表9-2所示。

9.4云計算與相關(guān)領(lǐng)域的關(guān)系

9.4.1云計算與網(wǎng)格計算的關(guān)系根據(jù)網(wǎng)格之父IanFoster的定義，網(wǎng)格(Grid)的基本概念是：動態(tài)多機構(gòu)虛擬組織中的協(xié)同資源共享與問題解決。網(wǎng)格的三要素為：(1)對非集中控制的資源進(jìn)行協(xié)調(diào)。(2)使用標(biāo)準(zhǔn)的、開放的、通用的協(xié)議和接口。(3)提供非平凡的服務(wù)質(zhì)量。

網(wǎng)格計算體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展包括三個階段：五層沙漏結(jié)構(gòu)、開放網(wǎng)格服務(wù)體系結(jié)構(gòu)(OpenGridServiceArchitecture，OGSA)和WebService資源框架(WebServiceResourceFramework，WSRF)，如圖9-8所示。圖9-8網(wǎng)格技術(shù)的發(fā)展階段

五層沙漏結(jié)構(gòu)由IanFoster等人最早提出，是一個最先出現(xiàn)的應(yīng)用和影響廣泛的結(jié)構(gòu)，從低到高包括構(gòu)造層(FabricLayer)、連接層(ConnectivityLayer)、資源層(ResourceLayer)、匯聚層(CollectiveLayer)和應(yīng)用層(ApplicationLayer)，如圖9-9所示。構(gòu)造層提供一套對局部資源控制的工具和接口；連接層提供保證通信安全的認(rèn)證核心協(xié)議；資源層定義了一些對單個的資源實施共享操作的協(xié)議；匯聚層實現(xiàn)多個資源協(xié)同工作；應(yīng)用層提供網(wǎng)格的系統(tǒng)開發(fā)和應(yīng)用開發(fā)工具、環(huán)境。圖9-9五層沙漏結(jié)構(gòu)

網(wǎng)格計算與云計算的比較如表9-3所示。

網(wǎng)格的構(gòu)建大多為完成某一個特定的任務(wù)需要或支持挑戰(zhàn)性的應(yīng)用。這也是生物網(wǎng)格、地理網(wǎng)格、國家教育網(wǎng)格等各種不同的網(wǎng)格項目出現(xiàn)的原因。云計算一般來說都是為了通用應(yīng)用而設(shè)計的。云計算一開始就支持廣泛企業(yè)計算和Web應(yīng)用，普適性更強。網(wǎng)格計算的主要思路是聚合分布的松散耦合資源，而云計算的IT資源相對集中，以Internet的形式提供底層資源的獲得和使用。

9.4.2云計算與P2P計算的關(guān)系

Intel公司P2P(PeertoPeer，對等計算)工作組提出了P2P計算的定義：系統(tǒng)之間通過直接交換來共享計算機資源和服務(wù)。

P2P就是人可以直接連接到其他用戶的計算機來交換資源，不用像過去那樣連接到服務(wù)器去瀏覽與下載資源。P2P另一個重要特點是改變了互聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)在的以大網(wǎng)站為中心的狀態(tài)，重返非中心化，并把權(quán)力交還用戶。每個計算機作為節(jié)點充當(dāng)客戶端、服務(wù)器的角色，網(wǎng)絡(luò)上的所有節(jié)點都可以通過直接互聯(lián)共享信息資源、處理器資源、存儲資源甚至高速緩存資源等。

P2P是一種分散的、非集中和自組織的分布式系統(tǒng)，利用分布式資源進(jìn)行關(guān)鍵性的應(yīng)用。網(wǎng)絡(luò)上現(xiàn)有的許多服務(wù)可以歸入P2P的行列，如搜索外太空智能生命的服務(wù)SETI@home，如圖9-10所示；如ICQ、AOLInstantMessenger、YahooPager、MSNMessenger以及QQ這樣的即時通信系統(tǒng)都是最流行的P2P應(yīng)用。P2P已經(jīng)由最初的文件共享轉(zhuǎn)向更深入的應(yīng)用，如大規(guī)模的分布式存儲等。圖9-10搜索外太空智能生命的服務(wù)SETI@home

P2P計算的優(yōu)勢：

(1)P2P集合大量計算機的能力，達(dá)到空前的計算能力。如圖9-11所示，截至2002年7月，SETI@home項目已有380多萬臺計算機參加，投入百萬年CPU時間，平均每臺返回142.81個結(jié)果，已有547488318個結(jié)果。

(2)P2P使用空閑計算時間，成本很低。圖9-11SETI@home聚合的計算能力

P2P計算的劣勢：

(1)用戶的注意力有限，不可能有大量的類似活動。

(2)由于單元之間是獨立的，P2P對應(yīng)用存在局限性。

(3)P2P的計算能力不穩(wěn)定，需要不斷推動用戶參與。如圖9-12所示，SETI@home項目的計算能力不穩(wěn)定，通常在暑假期間每日返回的結(jié)果數(shù)多，這是因為對該項目感興趣的人多半是中學(xué)生和大學(xué)生。圖9-12SETI@home不穩(wěn)定的計算能力

下面將P2P計算與云計算(以MapReduce為例)進(jìn)行比較。

1)相同點

二者都是將問題分為獨立的塊，然后進(jìn)行并行計算。

2)不同點

(1)P2P計算是CPU高度密集型的。相對于計算時間而言，其傳輸時間幾乎為零。因此，P2P計算貢獻(xiàn)的是CPU周期，而不是帶寬。MapReduce是CPU和帶寬高度密集型的。MapReduce被用來運行那些需要數(shù)分鐘或數(shù)小時才能完成的作業(yè)，這些作業(yè)在一個聚集很高帶寬的數(shù)據(jù)中心運行。

(2)P2P計算是在接入互聯(lián)網(wǎng)的不可信的計算機上運行，這些計算機的網(wǎng)速不高，數(shù)據(jù)也不在本地。MapReduce是在高帶寬的高性能數(shù)據(jù)中心的可信任專用硬件設(shè)備上運行。

(3)P2P計算可以運行在世界各地數(shù)萬至數(shù)百萬臺計算機上，規(guī)模龐大。MapReduce目前尚不能跨多個數(shù)據(jù)中心工作，目前它運行在最多4000臺機器的集群上，規(guī)模不算龐大。

9.4.3云計算與集群計算的關(guān)系

集群(Cluster)由彼此連接且相似的基本系統(tǒng)單元(計算\主存\通信\存儲)組成的，通常都位于一個單一的管理域內(nèi)且在很多情況下被看作一個單一的系統(tǒng)。

集群計算主要有以下幾個特點：

(1)集群技術(shù)支持混合平臺工作模式，體系結(jié)構(gòu)上可以同時支持RISC(ReducedInstructionSetComputer，精簡指令集計算機)和IA(IntelArchitecture)節(jié)點，操作系統(tǒng)上可以同時支持WindowsServer、Linux和UNIX等操作系統(tǒng)。

(2)集群技術(shù)具有統(tǒng)一的系統(tǒng)監(jiān)控和管理功能，可以簡單直觀地監(jiān)控到整個集群的軟硬件運行狀態(tài)，同時可以通過集群的主機入侵檢測系統(tǒng)保障系統(tǒng)的安全性。

(3)集群技術(shù)的架構(gòu)具有優(yōu)異的動態(tài)擴展性，可以根據(jù)用戶應(yīng)用的需要，隨時增加新的節(jié)點，而不必改動整個集群系統(tǒng)。

(4)集群服務(wù)器節(jié)點可以根據(jù)不同的需要，靈活地進(jìn)行調(diào)整和配置，承擔(dān)不同的應(yīng)用服務(wù)、計算任務(wù)或通過軟件管理協(xié)同處理某一特定任務(wù)。

云計算與集群計算的區(qū)別和聯(lián)系如下：

1)云計算與集群計算的區(qū)別

集群計算局限于某個領(lǐng)域，是為了解決計算能力不足的問題而創(chuàng)建的，因此通常局限于LAN范圍內(nèi)，不適用于不同領(lǐng)域參與者之間的資源共享。云計算能夠提供更為廣泛可用的、域內(nèi)/域間的、通信以及資源的共享。

集群中的節(jié)點是集中控制的，且集群管理器(Middleware)知道每個節(jié)點的狀態(tài)。云計算是分布式控制的。

2)云計算與集群計算的聯(lián)系

(1)集群計算是云計算的一個不可缺少的子集。集群計算可以構(gòu)成私有云，它是規(guī)模更大的云計算的基礎(chǔ)。

(2)集群計算能夠減少更高一級的云計算需要解決的問題的數(shù)目。

(3)集群計算使用資源和軟件來實現(xiàn)組合單元的外部特性，這些特性會影響集群計算的使用，甚至它需要在更大的云計算中集成。

9.4.4云計算與物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系

云計算和物聯(lián)網(wǎng)之間存在緊密的關(guān)系。為此說明如下：

(1)物聯(lián)網(wǎng)和云計算是國家非常重視的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，是國家重點推動跨越發(fā)展的新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)。物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)