云计算概述

一、云计算历史

云计算(Cloud Computing)是一种通过网络统一组织和灵活调用各种 ICT 信息资源,实现大规模计算的信息处理方式,它利用分布式计算和虚拟资源管理等技术,通过网络将分散的 ICT 资源(包括计算与存储、应用运行平台、软件等) 集中起来形成共享的资源池,并以动态按需和可度量的方式向用户提供服务。

用户可以使用各种形式的终端(如PC、平板电脑、智能手机甚至智能电视等)通过网络获取 ICT 资源服务。追溯它的历史,可以发现它的出现并非偶然, John McCarthy 早在上世纪 60 年代就曾经提出把计算能力当做一种像电和水一样的公共资源提供给用户的概念,这成为云计算思想的起源。 概括的说,云计算的核心目标是把个人电脑和单个组织里的剩余计算能力进行系统的整合并使用互联网提供给最终用户。

云计算是分布式计算的一种,是基于互联网等网络,通过虚拟化方式共享IT资源的新型计算模式。其核心思想是通过网络统一管理和调度计算、存储、网络、软件等资源,实现资源整合与配置优化,以服务方式满足不同用户随时获取并扩展、按需使用并付费,最大限度地降低成本等各类需求。

总之,云计算不是一种全新的网络技术,而是一种全新的网络应用概念,云计算的核心概念就是以互联网为中心,在网站上提供快速且安全的云计算服务与数据存储,让每一个使用互联网的人都可以使用网络上的庞大计算资源与数据中心。云计算是继互联网、计算机后在信息时代又一种新的革新,云计算是信息时代的一个大飞跃,未来的时代可能是云计算的时代,虽然目前有关云计算的定义有很多,但总体上来说,云计算虽然有许多得含义,但概括来说,云计算的基本含义是一致的,即云计算具有很强的扩展性和需要性,可以为用户提供一种全新的体验,云计算的核心是可以将很多的计算机资源协调在一起,因此,使用户通过网络就可以获取到无限的资源,同时获取的资源不受时间和空间的限制。

作为新基建七大领域之一,政府不断出台相应政策,支持云计算行业的发展。同时,云计算与5G的技术的结合,在未来也必然会带来互联网行业发展的新动向,这也是中国政府非常重视云计算行业发展的原因之一。

2020年国内爆发疫情之后,云计算应用场景爆发,在线教育、远程办公、远程看病,甚至是云法庭,云计算让大家在闭门不出的情况下也保持着相对便利的生活。

云计算特点:

  • 大规模可扩展性,快速、集群化部署
  • 抽象性,可提供不同的服务
  • 经济性,降低成本
  • 支持动态配置,按需交付

总而言之,云计算将一切资源作为服务,按照所用即所付的方式进行消费。

具体来说,云计算目前能够提供如下一些服务:

①软件即服务—Software as a service:提供了一种便捷的方式以支持用户能在网络环境下随时随地地使用软件与服务,编辑并存储产生的数据等,而不需要关心软件的管理与维护等;

②企业级云计算—Enterprise cloud computing:这是对企业的服务器拖管和服务外包的更一进步加强;

③科学云计算—Science cloud computing:科学计算的云计算化使用户能通过Internet 就能访问到具有超级计算机计算能力的计算资源;

④服务开发—Service development:云计算可以将软件以及服务的开发,测试与部署通过Internet 的形式提供给开发人员。

Web 应用作为推动云计算信息系统发展的主力军,正快速的普及成熟起来。它需要系统能够按需求进行扩展、具有高吞吐量(每秒上万次的读写)、以低延迟的响应速度(几十毫秒)为世界范围内的用户请求提供服务等,并且要求系统必须具备高可用性且能长期以较小的成本运行维护。

云计算优势:

  • 按需供应的无限计算资源;(弹性:即需要多的时候就多,需要少的时候就少)
  • 无须事先花钱就能使用的IT架构;
  • 基于短期的按需付费的资源使用;
  • 单机难以提供的事务处理环境。

二、云计算演进

云计算是继1980年代大型计算机到客户端-服务器的大转变之后的又一种巨变。云计算的出现并非偶然,早在上世纪60年代,麦卡锡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的理念,这成为云计算思想的起源。在20世纪80年代网格计算、90年代公用计算,21世纪初虚拟化技术、SOA、SaaS应用的支撑下,云计算作为一种新兴的资源使用和交付模式逐渐为学界和产业界所认知。中国物联网校企联盟评价云计算为“信息时代商业模式上的创新”。

1、主机系统与集中计算

主机面向的市场主要是企业用户,这些用户一般都会有多种业务系统需要使用主机资源,于是IBM 公司发明了虚拟化技术,将一台物理服务器分成许多不同的分区,每个分区上运行一个操作系统或者一套业务系统。这样每个企业只需要部署一套主机系统就可以满足所有业务系统的需要。由于该系统已经经历了几十年的发展,因此其稳定性也是业界最高的,具有“永不停机”的美誉。

大型主机的一个特点就是资源集中,计算、存储集中,这是集中计算模式的典型代表。

2、效用计算

这种模式使用户无须为使用服务去拥有资源的所有权,而是去租资源。效用计算是云计算的前身。效用计算中的关键技术就是资源使用计量,它保证了按使用付费的准确性。

3、客户机/服务器模式

客户机/服务器模型则泛指所有的能够区分某种服务提供者(服务器)和服务请求者(客户机)的分布式系统。

客户通过某种设备与远处的云端联系在一起,使用运行在云端的应用软件所提供的服务。不过,在这种形似的背后,云计算提供的这个“远程服务器”具有无限的计算能力、无限的存储容量,且从来不会崩溃,几乎没有什么软件不能运行在其上。

4、集群计算

服务器集群计算是用紧密耦合的一组计算机来达到单个目的,而云计算是根据用户需要提供不同支持来达到不同的目的。

5、服务计算

服务计算也称为面向服务的计算,其更为准确的名称是软件即服务(SaaS)。

服务计算一般仅限于软件即服务,而云计算将服务的概念推广到了硬件和运行环境,囊括了基础设施即服务、平台即服务的概念。

6、个人计算机与桌面计算

个人计算机具备自己独立的存储空间和处理能力,虽然性能有限。

个人计算机可以完成绝大部分的个人计算需求,这种模式也叫桌面计算。

7、分布式计算

一个应用运行在多台计算机之上,共同完成一个计算任务。

分布式计算依赖于分布式系统。分布式系统由通过网络连接的多台计算机组成。每台计算机都拥有独立的处理器及内存。这些计算机互相协作,共同完成一个目标或者计算任务。

8、网格计算

网格计算出现于 20 世纪 90 年代。它是伴随着互联网而迅速发展起来的、专门针对复杂科学计算的新型计算模式。

这种计算模式利用互联网把分散在不同地理位置的计算机组织成一台“虚拟的超级计算机”,其中每一台参与计算的计算机就是一个“节点”,而整个计算是由成千上万个“节点”组成的“一堆网格”,所以这种计算方式叫网格计算。为了进行一项计算,网格计算首先把要计算的数据分割成若干“小片”,然后将这些小片分发给分布的每台计算机。每台计算机执行它所分配到的任务片段,待任务计算结束后将计算结果返回给计算任务的总控节点。

网格计算主要针对科学计算和仿真,而云计算则是通用的。

9、SaaS

软件即服务。

其实它所表达的也是一种计算模式,就是把软件作为服务。它是一种通过Internet来提供软件的模式,厂商将应用软件统一部署在自己的服务器上,客户可以根据自己的实际需求,通过互联网向厂商订购所需的软件应用服务,按定购的服务多少和时间长短向厂商支付费用,并通过互联网获得厂商提供的服务。

10、云计算的出现

纵观计算模式的演变历史,可以总结为:集中─分散─集中

云计算提供的基本服务有三种:

1、 硬件资源服务;

2、运行环境服务;

3、应用软件服务。

11、云计算行业发展历程:

  • 萌芽期(2006 – 2011)

云计算行业的开端较难准确的定义。普遍认为,亚马逊 AWS 在 2006 年公开发布 S3 存储服务、SQS 消息队列及 EC2 虚拟机服务,正式宣告了现代云计算的到来。而在2008年,AWS 证明了云是可行业务之后,越来越多的行业巨头注意到这块市场并开始入局,例如微软、Google等,同时,国内的阿里云也是从2008年开始起步的。

  • 探索期(2011 – 2014)

这个时期,中国云计算也真正的发展了起来,微软 Azure 也于 2014 年在中国正式商用。与此同时,各大企业在云的产品技术层面开始了尝试。其中,最为显眼的就是laas层面得到的突破,更强更新的CPU带来了云上虚拟机计算能力的提升和换代;早期机型内存相对偏小的问题也随着新机型的推出逐步得到解决,新上云端的 SSD 磁盘更是让机器性能如虎添翼。

  • 发展期(2014 – 2018)

走出探索期后,各大企业积累了越来越多的经验,对市场反馈和客户需求有了更清晰的了解,业务模式与商业运营也驾轻就熟起来。自此,云计算行业进入了高速发展时代。在这一时期,不论是总体市场规模,还是云计算的产品与服务,都得到了极大的增长和丰富。

  • 繁荣期(2019 – ?)

2019 年的全球公有云市场规模将超越 2 千亿美元,并将继续保持稳定增速。而国内由于起步相对较晚,市场渗透率还不高,将拥有更高的增速。“上云”将成为各类企业加快数字化转型、鼓励技术创新和促进业务增长的第一选择甚至是前提条件。

三、云计算的分类

云计算分类:

主要分为公有云、私有云和混合云。

公有云一般属于ISP构建,面向公众、企业提供服务

私有云由企业自身构建,为内部提供云服务

混合云,既有公有云又有私有云,两种云之间形成一种内外数据相互流动的形态。

按照服务层次划分:

IT Foundation

构成云计算的IT基础设施的集合,严格来说不算是云计算的一层

IaaS(Infrastructure as a Service,基础架构即服务)

通过虚拟化、动态化将IT基础资源形成资源池。终端用户通过网络获取自己所需的资源,运行业务。

PaaS(Platform as a Service,平台即服务)

提共基础计算能力之外,还具备业务的开发运行环境。这一层的服务可以为业务创新提供环境。

SaaS(Software as a Service,软件即服务)

SaaS在云计算概念出现之前就有了,随着云计算技术的发展得到了更好的支持。SaaS的软件是拿来即用,不需要用户安装,SaaS真正运行在ISP的云计算中心。

 

层次化的云计算一般也称为I-P-S云计算,各层可独提供云服务,下一层的架构也可以为上一层云计算提供支持。

很多人认为SaaS必须运行在PaaS上,PaaS必须运行在IaaS上,但实际上三者之间并没有绝对的层次关系,它们都是一种服务,可以有层次叠加关系,也可以没有。

四、云计算架构

云计算既是指在互联网上以服务形式提供的应用,也是指在数据中心里提供这些服务的硬件和

软件,而这些数据中心里的硬件和软件则被称为“云”。

云计算聚焦于高性能、虚拟化、动态化、扩展性、灵活性、高安全,简化用户的IT管理,提升IT

运行效率,降低成本

高性能——能够满足大规模IT环境下密集的计算、密集的I/O要求

虚拟化——计算资源的物理位置级底层的基础架构对于用户来说是透明和不相关的,资源可分配

和共享。

动态性——监控IT资源,根据已定义的规则自动进行资源的调度分配

扩展性——可将复杂工作负载进行分解,分配到可渐进扩展的架构中,架构的扩展能够有效支持

计算服务

灵活性——支持多种应用类型,可提供快速与弹性的业务支持

安全性——支持云计算用户数据的安全性、防止恶意攻击、隔离

云计算的基础架构主要由计算(服务器)、网络和存储构成,满足云计算的各种要求:

1. 云计算服务应该是随时随地可接入。

用户可以在任何时间、任何地点,通过任何可以连接网络的设备来使用服务,而无须考虑应用程序的安装问题,也无须关心这些服务的实现细节。

2. 云计算服务应永远在线。

可用性和可靠性。

3. 云计算服务拥有足够大的用户群。

“多租赁”,由一个基础平台向多个用户提供服务的“租赁”。因为只有庞大的用户群,才会产生海量数据访问压力,这是云计算出现的最根本原因。

总而言之,推动云计算出现和发展的动力就是节省、灵活、方便、弹性、无限、按用量计费。

目前主要的运营方式:

1. 企业所有,自行运营

典型的私有云模式,企业自建自用,基础资源在企业数据中心内部,运维由企业自己承担。

2. 企业所有,运维外包

私有云,企业只进行投资建设,云计算架构的运维外包给服务商,基础资源在企业数据中心

3. 企业所有,运维外包,外部运行

私有云,由企业投资建设,云计算架构位于服务商的数据中心内,企业通过网络访问云资源,一般物理形体的托管。

4. 企业租赁,外部运行,资源独占

有SP构建云计算基础资源,企业只是租用基础资源形成自身业务的虚拟云计算,相关物理资源由企业独占,一种虚拟的托管型服务。

5. 企业租赁,外部运行,资源共享调度

由SP构建,多个企业同时租赁SP的云计算资源,资源的隔离与调度由SP管理,形成一种共享的私有云模式。

6. 公共云服务

有SP为企业或个人提供面向互联网的公共服务,云架构与公共网络连接,由SP保证不同企业用户的数据安全。

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