云计算介绍

概述

云计算（Cloud Computing）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提供给计算机和其他设备。云其实是网络、互联网的一种比喻说
法。云计算有狭义云计算和广义云计算两种概念：

• 狭义云计算
  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资
  源。
• 广义云计算
  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服务。这种
  服务可以是IT、软件、互联网相关，也可是其他服务。

云计算的核心思想是通过统一管理和调度计算资源池中的资源，向用户提供服务。计算
资源池由大量用网络连接的计算资源构成。提供资源的网络被称为云。云中的资源在使
用者看来是可以无限、随时扩展的，并且可以随时获取，按需使用，按使用付费。

云分类

目前看来，云主要有以下几种分类。随着云计算的不断发展，可能会产生更多种类的
云。

公有云
公有云通常指第三方提供商为用户提供的能够使用的云。公有云一般可通过Internet
使用，可能是免费或成本低廉的。这种云有许多实例，可在当今整个开放的公有网
络中提供服务。

• 私有云
  私有云为一个企业单独使用而构建，提供对数据、安全性和服务质量的最有效控
  制。私有云可由企业的IT部门或云平台业务提供商搭建。企业可以在搭建的云平台
  基础上部署自己的网络或应用服务。私有云可部署在企业的数据中心中，也可统一
  部署在云平台业务提供商的机房。
• 混合云
  混合云是公有云和私有云两种服务方式的结合。由于安全和控制原因，并非所有的
  企业信息都能放置在公有云上，因此大部分已经应用云计算的企业将会使用混合云
  模式。混合云为其他目的的弹性需求提供了很好的基础。比如私有云可以把公有云
  作为灾难转移的平台，在需要的时候使用它。
• 移动云
  移动云把虚拟化技术应用于手机和平板电脑。适用于移动3G设备终端（手机或平板
  电脑）使用企业应用系统资源，它是云计算移动虚拟化中非常重要的一部分。
• 行业云
  行业云是一种云平台。它由行业内或某个区域内起主导作用或者掌握关键资源的组
  织建立和维护，以公开或者半公开的方式向行业内部或相关组织和公众提供有偿或
  无偿服务。
  行业云又可以分为金融云、政府云、教育云、电信云、医疗云、工业云、云制造
  等。

服务模式

云计算包括三个层次的服务，如下图所示

各服务模式之间没有必然联系，也不相互依赖。各服务模式的简单说明如下：

• 基础设施即服务IaaS（Infrastructure as a Service）
  提供给客户的服务是对所有设施的利用，包括处理、存储、网络和其他基本的计算
  资源。客户能够部署和运行任意软件，包括操作系统和应用程序。客户不管理或控
  制任何云计算基础设施，但能控制操作系统的选择、储存空间、部署的应用，也有
  可能获得有限制的网络组件（例如防火墙、负载均衡器等）的控制。
• 平台即服务PaaS（Platform as a Service）
  提供给客户的服务是把客户开发或收购的应用程序部署到供应商的云计算基础设施
  上。客户不需要管理或控制底层的云基础设施，包括网络、服务器、操作系统、存
  储等，但客户能控制部署的应用程序，也可能控制运行应用程序的托管环境配置。
• 软件即服务SaaS（Software as a Service）
  提供给客户的服务是运营商运行在云计算基础设施上的应用程序，用户可以在各种
  设备上通过瘦客户端界面访问。客户不需要管理或控制任何云计算基础设施。

应用

云计算技术的应用领域日趋广泛。云计算广泛应用于通信、娱乐、社保、医疗、科研、
教育、就业、安全等领域。
较为常见的云计算应用类型包括：
l 软件应用：通过Web浏览器向用户提供单一的软件应用。用户不需要事先购买服务
器设备或是软件授权。厂商仅提供应用，其成本与常规的软件服务模式相比，要低
得多。

• 公用/效用计算：为客户提供所需的存储资源和虚拟化服务器等应用。帮助企业用
  户创建虚拟的数据中心，或帮助企业将内存、I/0、存储和计算容量通过网络集成为
  虚拟资源池来使用。通过这些手段，根据客户的需求及时产生适当的资源，并进行
  基础设施管理以及根据某个应用进行收费。
• WEB服务：WEB服务厂商通过提供API（Application Programming Interface）来让
  开发人员开发Internet应用，而不是自己提供功能全面的应用软件。
• 平台应用：将开发环境作为服务来提供给用户。用户可以在供应商的基础架构上创
  建和运行自己的应用软件，并通过网络直接从供应商的服务器上传递给其他用户。
• 管理服务：提供给IT管理人员使用，用于其管理IT应用的服务，如电子邮件的病毒
  扫描服务、应用软件监控服务等。
• 服务商业平台：提供交互性服务平台，使客户可以通过自主设定来获得特定的服
  务，常用于商业贸易领域。
• 云计算集成：将不同的云计算服务整合后再提供给用户。

起源

传统 IT 技术存在的问题

在当今的信息社会中，信息大爆炸正在加速到来。海量的用户产生了海量的信息需求。
在使用传统IT技术对海量的信息需求进行存储和处理时，传统的IT技术普遍存在如下方
面的问题：

• 低利用率
  业务独享资源，导致资源的利用率极低（CPU利用率5％～10％，存储利用率
  <36％，网络利用率约50％）。即使某业务的资源空闲，该资源也不能被其他业务
  共享。
• 高成本
  每台计算机均配置有CPU、硬盘等硬件，不同计算机之间的硬件资源不能共享，导
  致设备成本很高（每GB数据的计算存储成本约为5美元）。计算机的分散放置，配
  置的多样化，导致维护成本很高（人力维护费约占运营成本12％）。
• 低维护效率
  计算机的分散放置，配置和业务等的多样化，导致硬件准备、业务上线等待时间很
  长，维护效率很低（硬件准备平均6个月，业务上线8～18个月）。
• 高能源消耗
  大量的能源用于设备散热，造成能源利用率很低（约20％）。

云计算的产生

传统IT技术存在很多的问题，在这种背景下，云计算在2007年被提出。在提出后，云计
算受到了大量关注，并得到了快速发展。成千上万家采用云计算技术的企业兴起，传统
IT巨头纷纷转型。从传统模式向云计算模式的转变主要包括如下几个方面：

• 计算和存储资源从局域网向Internet迁移。
• 软件从终端向云端迁移。
• 软硬件解耦，实现硬件共享。
  从传统模式向云计算模式的转变如下图所示。
  
  云计算模式与传统模式相比，存在的显著差异如下表所示。
  

云计算的发展趋势

云计算将会持续蓬勃发展。可以预见在未来的几年中，云计算将会有一些发展趋势：

• 云计算定价模式简单化。
  定价模式的简单化有助于云计算的进一步普及。用户可使用自助式定价模式。
• 供应商更广泛地认可软件授权模式的转变。
  云计算时代的应用厂商，特别是通过云计算提供托管虚拟桌面服务的厂商，必须面
  对从传统的按用户收费的授权和营收模式向计量计费模式的转移。
• 新技术将提升云计算的使用和性能。
  对于将业务放在云计算中的服务使用者和为用户提供服务的厂商来说，越先进的云
  技术就代表着越强的公司实力，因此云技术的创新将会永无止境。
• 通过细化云计算服务品质协议来提高服务质量。
  云计算厂商需要细化服务品质（如数据传递速度、网络连接状况、网络安全性
  等），以提高服务质量，使用户放心。
• 云服务性能监控将无处不在。
  云计算的普及为云计算服务提供商带来了更大的压力。对于一个大型的云计算服务
  提供商而言，任何一个数据中心的小问题都会立即被人察觉，相应的问题报告和实
  时监控会使供应商背负巨大压力。
• 云计算标准出台。
  随着云计算相关技术的不断完善与发展，用户对全球云计算的标准要求越呼声渐
  高。在将来，云与云之间的互联要靠标准的支撑才能实现。当云计算被普及应用
  时，云计算的标准也应该已经成熟。
• 开放数据中心更容易实现云计算。
  加强云之间的互通和自动化，能使企业在私有云、公有云之间更方便的实现数据共
  享，能使通过充分利用现有资源带给用户更优的云计算服务使用体验。
• 混合云架构将成为企业IT趋势。
  混合云将公有云和私有云有机地融合在一起，为企业提供更加灵活的云计算解决方
  案，并可降低成本。随着服务提供商的增加与客户认知度的增强，混合云将成为企
  业IT架构的主导。
• 越来越多的应用将迁移到云中。
  SaaS服务模式给传统软件产业带来了巨大的冲击。出于成本和运维等方面原因，越
  来越多的企业将选择SaaS方式使用软件。在新的市场环境下，软件厂商也将纷纷出
  台云战略。
• 云计算概念逐渐平民化。
  PaaS服务模式将基础设施平台作为一种服务呈现给用户，是一种比较低成本的方
  案，对那些资金有限，并且IT资源有限，急需扩展IT基础支撑的企业有着巨大的吸
  引力。从目前的市场发展势态来看，也许在不久的将来PaaS将取代SaaS，成为中小
  企业最主要的云计算应用。

主要特点

云计算具有以下特点：

• 按需自助服务。
  用户可以按需部署处理能力，如服务器时间和网络存储，而不需要与每个服务供应
  商进行人工交互。
• 网络接入无处不在。
  可以通过互联网获取各种能力，并可以通过标准方式访问，可以通过各种客户端
  （例如移动电话、笔记本电脑、掌上电脑PDA等）接入使用。
• 资源池与位置无关。
  供应商的计算资源被集中，以便以多用户租用模式服务所有用户，同时不同的物理
  和虚拟资源可根据用户需求动态分配和重新分配。用户一般无法控制或知道资源的
  确切位置。这些资源包括存储、处理器、内存、网络带宽和虚拟机等。
• 快速弹性。
  可以迅速、弹性地提供能力，能快速扩展，也可以快速释放以实现快速缩小。对客
  户来说，可以租用的资源看起来似乎是无限的，并且可在任何时间购买任何数量的
  资源。
• 按使用付费。
  能力的收费是基于计量的一次一付，或基于广告的收费模式，以促进资源的优化利
  用。比如计量存储、带宽和计算资源的消耗，按月根据用户实际使用收费。在一个
  组织内的云可以在部门之间结算费用，但不一定使用真实货币。

关键技术

关键技术一览表

云计算涉及的关键技术如下表所示

关键技术	说明
虚拟化	通过对计算机物理资源的抽象，提供一个或多个操作环境，实现资源的模拟、隔离或共享等。
桌面显示协议	影响虚拟桌面用户体验，包括传输带宽要求、图像展示体验等。
用户个性化配置	虚拟桌面用户的必然需求，用户在通过身份认证后可使用不同安全级别、不同应用权限的个性化虚拟桌面。
海量数据	对海量的数据进行合理的存储和管理。
并行计算	将一个科学计算问题分解为多个在不同计算机上同时执行的小的计算任务，从而快速解决复杂运算问题。
云安全	可信云安全主要功能为云端收集和自动识别鉴定。

虚拟化

虚拟化的含义很广泛。将任何一种形式的资源抽象成另一种形式的技术都是虚拟化。在
计算机方面，虚拟化一般指通过对计算机物理资源的抽象，提供一个或多个操作环境，
实现资源的模拟、隔离或共享等。
虚拟化与云计算的关系：

• 虚拟化的重点是对资源的虚拟，比如将一台大型的服务器虚拟成多台小的服务器。
• 云计算的重点是对资源池中的资源（可以是经过虚拟化后的）进行统一的管理和调
  度。

桌面显示协议

桌面显示协议是影响虚拟桌面用户体验的关键。当前主流的显示协议包括PCoIP（PC
over IP）、RDP（Remote Desktop Protocol）、SPICE（Simple Protocol for Independent
Computing Environment）、ICA（Independent Computing Architecture）等。它们的比较
如下表所示。

用户个性化配置

个性化配置是虚拟桌面用户的必然需求。当前主流厂商产品普遍采用Windows的AD域控
制机制进行用户的管理和认证，并将用户身份与包含其个人桌面设置需求的描述文件相
关联。当用户访问虚拟桌面时，在对其进行身份认证后，即可为其交付具有不同安全级
别、不同应用权限的个性化虚拟桌面。

海量数据

在当今的信息社会中，信息大爆炸正在加速到来。海量的用户产生了海量的信息需求。
与海量数据相关的技术主要分为两个方面：

• 数据存储
  云计算通过集群应用、网格技术或分布式文件系统等功能，将网络中大量各种不同
  类型的存储设备通过应用软件集合起来协同工作，共同对外提供数据存储和业务访
  问功能。云计算采用分布式存储的方式来存储数据，采用冗余存储的方式来保证存
  储数据的可靠性，即为同一份数据存储多个副本。
• 数据管理
  云计算需要对分布的、海量的数据进行处理、分析，因此，数据管理技术必需能够
  高效的管理大量的数据。云计算系统的数据管理通常采用数据库领域中列存储的数
  据管理模式，将表按列划分后存储。云计算系统中的数据管理技术主要是Google的
  BT（BigTable）数据管理技术和Hadoop团队开发的开源数据管理模块HBase。

并行计算

并行计算将一个科学计算问题分解为多个小的计算任务，并将这些小任务在并行计算机
上同时执行，利用并行处理的方式达到快速解决复杂运算问题的目的。并行计算一般应
用于诸如军事、能源勘探、生物、医疗等对计算性能要求极高的领域，因此也被称为高
性能计算或超级计算。

云安全

云安全融合了并行处理、网格计算、未知病毒行为判断等新兴技术和概念。云安全目前
主要为可信云安全。可信云安全的主要功能是云端收集和自动识别鉴定。它通过网状的
大量客户端对网络中软件的异常行为进行监测，获取互联网中木马、恶意程序的最新信
息，传送到服务器端进行自动分析和处理，再把得出的解决方案分发到每一个客户端。
其特点是网上自动安全检测和防御；客户端可以优化到很小，以提高性能，减少资源消
耗；云端（探针）自动完成样本收集、鉴定和实时响应。

相关技术

相关技术一览表

云计算常与分布式计算、网格计算、效用计算相混淆。这几种相关技术与云计算的主要
区别如下表所示。

相关技术	与云计算的主要区别
分布式计算	分布式计算更偏重于学术研究。云计算更偏重于商业实现。
网格计算	right-aligned 网格计算聚合分布资源，支持虚拟组织。云计算资源相对集中，不强调虚拟组织的概念。 · 网格计算发展到后来才逐渐强调普适性。云计算从一开始便具有强的普适性。 · 网格计算用中间件屏蔽异构系统。云计算承认异构。 · 网格计算采用执行作业的形式。云计算支持持久服务。 · 网格计算更多地面向科研应用。云计算更多地针对企业商业应用。
效用计算	效用计算通常需要类似云计算基础设施的支持。云计算以虚拟化技术为基础，可采用效用计算，也可不采用。

分布式计算

分布式计算在两个或多个软件间互相共享信息，这些软件既可以在同一台计算机上运
行，也可以在通过网络连接起来的多台计算机上运行。分布式计算可以共享稀有资源，
在多台计算机上平衡计算负载，以及把程序放在最适合运行它的计算机上。
分布式计算与云计算的主要区别在于侧重点不同：

• 分布式计算更偏重于学术研究，它研究如何将一个大问题拆分为多个小问题以便分
  配给多台计算机处理，以及如何将结果汇总。
• 云计算更偏重于商业实现，其重点是将大量用网络连接的计算资源统一管理和调
  度，构成一个计算资源池向用户提供服务。

网格计算

网格计算也是一种分布式计算。它通过利用大量异构计算机的未用资源（CPU周期和磁
盘存储），将其作为嵌入在分布式电信基础设施中的一个虚拟的计算机集群，为解决大
规模的计算问题提供模型。
网格计算与云计算的区别在于：

• 资源使用不同。
  – 网格计算的思路是聚合分布资源，支持虚拟组织，提供高层次的服务。
  – 云计算的资源相对集中，主要以数据中心的形式提供底层资源的使用，并不强
  调虚拟组织的概念。
• 普适性不同。
  – 网格计算的初衷是使用聚合资源来支持挑战性的应用，发展到后来才逐渐强调
  适应普遍的信息化应用。
  – 云计算从一开始就支持广泛的企业计算、Web应用，普适性更强。
• 对异构的处理不同。
  – 网格计算用中间件屏蔽异构系统，力图使用户面向同样的环境，把困难留在中
  间件，让中间件完成任务。
  – 云计算实际上承认异构，用镜像执行或者提供服务的机制来解决异构性的问题。
• 任务持续时间不同。
  – 网格计算采用执行作业的形式，在一个阶段内完成作业并产生数据。
  – 云计算支持持久服务，用户可以利用云计算作为其部分IT基础设施，实现业务
  的托管和外包。
• 面向的应用不同。
  – 网格计算更多地面向科研应用，商业模型不清晰。
  – 云计算从诞生开始就是针对企业商业应用，商业模型比较清晰。

效用计算

效用计算是一种提供模型的服务，服务提供商产生客户需要的计算资源和基础设施管
理，并根据某个应用进行收费。效用计算通过结合分散各地的服务器、存储系统以及应
用程序来立即提供需求数据。云计算以服务的形式提供计算、存储、应用资源的思想与
效用计算非常类似。
效用计算与云计算的区别不在于这些思想背后的目标，而在于实现的技术不同：

• 效用计算通常需要类似云计算基础设施的支持，但并不是一定需要。
• 云计算以虚拟化技术为基础，可提供最大限度的灵活性和可伸缩性。在云计算之上
  可以采用效用计算，也可以不采用效用计算。