云计算定义

• 综合的概念 – 并不存在一个权威的定义 – 盲人摸象，各有侧重
• 分析师和分析机构对云计算的理解
  • 非常抽象，不涉及任何实现，普通用户的视角
  • 一个集中的环境，统一提供各种 IT 服务，用户按需付费 – 通过资源共享节约成本

不同 IT 厂商对云计算的理解

1. IBM：计算风格，重点是用户体验，核心是将计算服务的交付与底层技术分离。
2. Google：以互联网为中心，提供安全、快速和便捷的数据存储和网络计算服务。成为每一个人的数据中心和计算中心。 – 开放式的，不会有任何一个企业能控制和垄断它。
3. Microsoft：“云-端”结合，需要一定的客户端来配合 – 有所改变

学术界对云计算的理解

1. “网格计算之父”伊安·福斯特：大规模分布式计算模式，通过一系列技术实现按需交付
2. 加州伯克利分校的技术报告：交付的软件系统 + 效用计算

其他的定义

1. 云计算是一种基于互联网的计算方式，通过这种方式，共享的软硬件资源和信息可以按需求提供给计算机各种终端和其他设备 – 维基百科
2. 云计算是一种模型，可以实现随时随地、便捷地、按需地从可配置计算资源共享池中获取所需要的资源（例如，网络、服务器、存储、应用程序及服务），资源可以快速供给和释放，使管理的工作量和服务提供者的介入降低至最少。 – NIST（美国国家标准与技术研究院）
3. 云计算是一种计算方式，能通过 Internet 技术将可扩展的和弹性的 IT 能力作为服务交付给外部用户 – Gartner（高德纳，第一家信息技术研究和分析的公司）
4. 云计算是一种商业计算模型，它将计算任务分布在大量计算机构成的资源池上，使各种应用系统能够根据需要获取计算力、存储空间和信息服务。（云计算是通过网络按需提供可动态伸缩的廉价计算服务） – 刘鹏教授（云计算专家）

计算模式演进

计算机发展

主机系统与集中计算 -> 效用计算 -> 客户机/服务器模式 -> 集群计算 -> 服务计算 -> 个人计算机与桌面计算 -> 分布式计算 -> 网格计算 -> 软件即服务 -> 云计算

计算模式演进

• 人类对计算的追求：自动化、高性能、易使用
• 效用计算：考虑购买主机成本高，将 IT 资源包装成可以度量的服务提供给用户
• 客户机/服务器模式： IBM，设备放在 IBM 内部，通过网络远程使用
• 服务计算（软件即服务 Saas，Software as a service）：将所有应用程序都作为服务提供，而不是购买软件。不同服务相对独立，松散耦合，随意组合。重点是服务发现。
• 云计算 = 效用计算 + 服务计算：增强版的效用计算（不仅考虑计费，还考虑 IT 管理） + 更广泛的服务计算（不仅是软件，还包括基础设施和平台）

传统分布式计算系统

1. 计算机集群：将多个可信、静态的独立节点连接起来写作完成计算
   1. 基本组件为计算机点、通信软件、网络接口卡
   2. 集群应该合并多个系统镜像到一个单系统镜像，然而并没有
   3. 依靠中间件实现单系统镜像的支持
   4. 以单独计算机身份接入互联网
2. P2P网络：每一个节点即是客户端也是服务器，提供部分系统资源
   1. 节点是简单接入互联网的客户机，自治、自由加入和退出
   2. 无中心协作或中心数据库；没有专用的物理互联网络
3. 计算网格：将多个异构计算机动态、紧耦合地整合在一起完成计算任务
   1. 计算资源整合，一个集成的资源池，提供基础设施；类比电力网格
   2. 节点包括：工作站、服务器、集群、超级计算机
   3. 计算和数据网格、P2P网格
   4. 太异构、用户管理、好资源的协议、安全性、应用受限

云计算基本想法

一种完美的分布式计算解决方案 – 对网格的优化

• 大量计算节点，同构可控
• 专用内部网络
• 通过互联网对外服务（公有云）
• 全面虚拟化：计算、存储、网络、桌面
• 集中管理：安全、高效

云计算的发展与推动力

• 20世纪60年代：最早的相关表述，“人工智能之父”约翰.麦卡锡-“计算资源可能在未来成为一种公用设施”。
• 1966年，道格拉斯.帕克希尔《计算机效用的挑战》讨论“弹性、按用计量、在线、无限”，就是现代的云计算，但是没有产生影响。
• 20世纪90年代：美国电信公司改变点对点服务为虚拟私有网络，“云”指用户责任和供应商责任的分界点。
• 1999年美国易安信公司工程部门副总裁摩西：数据拨号音，所有电子数据放在中央数据管理中心，用户通过终端（输入输出设备）接入，即可获取数据。
• 2005年亚马逊改造内部Web服务的效用计算模式，2006年将计算资源以效用计算的模式对外提供服务

云计算的特征与分类

概念模型

特征

• 现实中云的特点：大、规模动态伸缩、边界是模糊的、飘忽不定，无法也无需确定具体位置
• 云计算的特点：
  • 超大规模 – 需求
  • 虚拟化 – 技术
  • 按需服务 – 商业模式
  • 通用
  • 高可伸缩
  • 极其廉价
  • 高可靠 – 要求

云部署模型

重点

1. 公有云：由第三方云提供者拥有的可公共访问的云环境
2. 社区云：类似于公有云，但访问被限定为特定的云用户社区
3. 私有云：由一家组织单独拥有，利用云计算技术来访问组织内部的 IT 资源
4. 混合云：由两种或者更多不同云部署模型组成的云环境

云的服务模型

1. 软件作为服务，SaaS（Software as a Service）
2. 平台作为服务，PaaS（Platform as a Service）
3. 基础设施作为服务，IaaS（Infrastructure as a Service）

IaaS

• 通过虚拟机方式对外提供计算和存储能力
• 机器享有公网 IP，多个虚拟机之间通过网络机械能通信；也会有内部子网
• 类似租用独立的计算机
• 用户自行解决多台机器之间的协同问题
• 优势：
  • 允许用户动态申请和释放资源
  • 按使用量计费
  • 更高的资源使用效率（节能环保）

PaaS

• 提供用户应用程序的开发和运行环境，包括应用编程接口和运行平台等，支持应用层创建到运行整个生命周期需要的各种软硬件资源和工具
  • 经过封装的 IT 能力，或逻辑资源：数据库、文件系统和应用运行环境
  • 主要面向软件开发者（包括应用到服务上）
• PaaS 自身负责资源的动态扩展和容错管理
• 用户无需考虑节点间的配合问题
• 用户自主权降低，需按照给定的编程环境和编程模型构建应用
• 类似 MPA（Message Passing Interface）编程：只适用于解决模型特定的计算问题

SaaS

通过标准的 Web 浏览器获软件客户端访问云上的应用

云计算相关技术

云计算三元认知论

1. 一种商业模式
   1. 一种全新的商业模式，从产品提供的服务类型看，而非技术角度
   2. 区别于传统的“互联网服务”模式：在软件服务基础上提供平台和基础设施服务
   3. 除了服务理念，还要有具体的实现机制；云平台就是具体体现，包括计算范式和实现方式
2. 一种计算范式
   1. 理论层面的实现方式，偏向针对商业模式的体系结构设计
   2. 云体逻辑结构：具体落地的云平台逻辑结构 – 物理结构就是云数据中心。计算 + 存储 + 通信
   3. 云栈逻辑结构：面向服务的云平台逻辑结构 – 物理结构就是管理系统的结构。基础设施即服务，平台即服务，软件即服务
3. 一种实现方式
   1. 数据中心 + 云平台管理系统
   2. 软件定义数据中心：软件定义计算，软件定义存储，软件定义网络，软件定义安全

云计算开源方法论

• 云计算时代，开源不仅是一种开放源代码的具体产品，更是一种方法论、一种构造大规模复杂软件的协作方式。

• 开源的可以是各行各业的技术或产品

• 开源软件——一种版权持有人为任何人和任何目的提供学习、修改和分发权力，并公布源代码的计算机软件

  • 许可证不应限制任何个人或团体奖包含该开源软件的广义作品进行销售或赠予
  • 开源软件的程序必须包含源代码，必须允许发布源代码及以后的程序
  • 开源软件许可证必须允许修改和派生作品，并允许使用原有软件的许可条款发布他们

• 开源软件 vs. 自由软件 vs. 免费软件

• 开源不一定自由，开源不一定免费，自由不一定免费；免费不一定开源，不一定自由

Reference

1. 南京大学软件学院本科三年级课程 《云计算》