云计算

简单来说，云计算是一个概念，而不是具体技术。虚拟化是一种具体技术，指把硬件资源虚拟化，实现隔离性、可扩展性、安全性、资源可充分利用等特点的产品。虚拟化是云计算构建资源池的一个主要方式。

云计算的概念

美国国家标准与技术研究院(NIST)定义：云计算(Cloud Computing)是一种按使用量付费的模式，这种模式提供可用的、便捷的、按需的网络访问， 进入可配置的计算资源共享池(资源包括网络，服务器，存储，应用软件，服务)，这些资源能够被快速提供，只需投入很少的管理工作，或与服务供应商进行很少的交互。

云计算是网格计算、分布式计算、并行计算、网络存储、虚拟化、负载均衡等传统计算机和网络技术发展融合的产物。

云计算的关键特征

  • 按需自助服务（On-demand Self-service） 客户可以根据需求自助选择服务内容和类型，如账号、功能、存储空间等。

  • 无处不在的网络接入（Ubiquitous network access） 客户可以充分利用互联网覆盖,通过软件提供的安全接入方式实现多终端访问（例如移动电话，笔记本电脑，PDA等）

  • 与位置无关的资源池（Location independent resource pooling） 计算资源被集中管理，由供应商统一构建资源管理、监控、分配、优化以及容灾机制，通过租用模式为客户提供服务，无论身在何处只需连接网络即可享受高质量的服务。

  • 快速弹性（Rapid Elastic） 可以根据需求迅速、弹性地提供能力，既能快速扩展，也能快速释放，对客户来说，资源是几乎无限的，可以在任何时间购买任何数量的资源。

  • 按使用付费（Pay per user） 用户按照实际使用收费，无需在获取服务前投入大量的环境、硬件、人员、管理等成本。

从不同角度看云计算

技术视角

云计算 = 计算 / 存储的网络 , 云计算包含两部分：云设备和云服务。

  • 云设备包含用于数据计算处理的服务器，用于数据保存的存储设备和用于数据通信的交换设备。

  • 云服务包含物理资源虚拟化调度管理的云平台软件和用于向用户提供服务的应用平台软件。

商业视角

云计算 = 信息电厂

  • 用户模式变化：通过互联网提供软硬件与服务；用户通过浏览器或轻量级终端获取、使用服务。

  • 商业模式发生变化：从“购买软硬件产品”向“购买信息服务”转变，如同100年前用电的转变。

云计算技术的发展趋势

  • 海量低成本服务器代替专有大型机、小型机、高端服务器。

  • 分布式软件代替传统单机操作系统。

  • 自动管控软件代替传统集中管理。

云计算的演进

云计算产生的背景

云计算的产生是需求推动，技术进步，商业模式转变共同促进的结果。

需求推动：

  • 政企客户低成本且高性能的信息化需求。

  • 个人用户的互联网、移动互联网应用需求强烈，追求更好的用户体验。

技术进步：

  • 虚拟化技术、分布与并行计算、互联网技术的发展与成熟，使得基于互联网提供包括IT基础设施、开发平台、软件应用称为可能。

  • 宽带技术及用户发展，使得基于互联网的服务使用模式逐渐成为主流。

商业模式转变：

  • 少数云计算的先行者（例如Amazon的IaaS、PaaS）的云计算服务已开始运营。

  • 市场对云计算商业模式已认可，越来越多的用户接受并使用云计算服务。

  • 生态系统正在形成，产业链开始发展和整合。

IT的转变历史

  • 大型机集中模式：集中于大型应用的处理，并且受限于数据中心内部。

  • 客户端服务器模式：应用从数据中心走进千家万户。

  • PC：Personal Computer，个人计算机。

  • 云计算模式：应对爆炸式的信息增长和对动态灵活架构的迫切需求。

云计算的演进历程

计算模式

定义

特点

并行计算（Paralle Computing）

同时使用多种计算资源解决计算问题的过程，主要目的是快速解决大型且复杂的计算问题

把计算任务分配给系统内的多个运算单元

分布式计算（Distributed Computing）

把一个需要巨大计算能力才能解决的问题分成多个小部分，把这些小部分分配给多个计算进行处理，最后综合这些计算结果得到最终结果

把计算任务分配给网络中多台独立的机器

网格计算（Grid Computing）

利用互联网把地理上广泛分布的各种资源连成一个逻辑的整体，就像一台超级计算机一样

分布式计算的一种。为用户提供一体化的信息和应用服务

云计算是网格计算、分布式计算、并行计算、网络存储、虚拟化、负载均衡等传统计算机和网络技术发展融合的产物。

云计算的模式

云计算的部署模式

  • 私有云

  • 公有云

  • 混合云

  • 私有云计算：一般由一个组织来使用，同时由这个组织来运营。华为数据中心属于这种模式，华为自己是运营者，也是它的使用者，也就是说使用者和运营者是一体，这就是私有云。

  • 公有云计算：就如共用的交换机一样，电信运营商去运营这个交换机，但是它的用户可能是普通的大众，这就是公有云。

  • 混合云计算：它强调基础设施是由二种或更多的云来组成的，但对外呈现的是一个完整的实体。企业正常运营时，把重要数据保存在自己的私有云里面（比如：财务数据），把不重要的信息放到公有云里，两种云组合形成一个整体，就是混合云。比如说电子商务网站，平时业务量比较稳定，自己购买服务器搭建私有云运营，但到了圣诞节促销的时候，业务量非常大，就从运营商的公有云租用服务器，来分担节日的高负荷；但是可以统一的调度这些资源，这样就构成了一个混合云。

云计算的商务模式

  • IaaS（Infrastructure as a service）：基础设施即服务，指的是把基础设施以服务形式提供给最终用户使用。包括计算、存储、网络和其它的计算资源，用户能够部署和运行任意软件，包括操作系统和应用程序。例如：虚拟机出租、网盘等。

  • PaaS（Platform as a service）：平台即服务，指的是把二次开发的平台以服务形式提供给最终用户使用，客户不需要管理或控制底层的云计算基础设施，但能控制部署的应用程序开发平台。例如：微软的Visual Studio开发平台。

  • SaaS（Software as a service）：软件即服务，提供给消费者的服务是运行在云计算基础设施上的应用程序。例如：企业办公系统。

服务类别

服务内容

盈利模式

实例

SaaS

互联网Web 2.0应用， 企业应用， 电信业务

通过提供满足最终用户需求的业务，按使用收费

Salesforce：CRM

PaaS

提供应用和开发环境， 提供应用开发的组件（如：数据库）

通过将IT资源、Web通用能力、通信能力打包出租给应用开发和运营者，按使用收费

Microsoft：Azure的Visio Studio工具

IaaS

出租计算、存储、网络等IT资源

按使用收费， 通过规模获取利润

Amazon： EC2云主机

云计算的流派：

云计算有两个典型的流派：大分小模式和小聚大模式

  • 大分小模式：资源在应用间时分复用；关键技术点包括计算、存储和网络虚拟化以及虚拟机监控、调度和迁移。典型代表：Amazon EC2。

  • 小聚大模式：应用资源需求大，可以划分为子任务；关键技术点包括任务分解、调度、分布式通信总线和全局一致性。典型代表：Google。

VM：Virtual Machine，虚拟机。 VMM：Virtual Machine Monitor，虚拟机监控器。 App：Application，应用系统。

云计算的技术

云计算技术体系：核心技术识别

从物理设备（服务器、存储和网络设备）、虚拟化软件平台、分布式计算和存储资源调度、一体化自动化管控软件、虚拟化数据中心的安全和E2E的集成交付能力，都是构建高效绿色云数据中心的关键技术。

  • 简化设计的大内存、高网络和存储IOPS的服务器，可以为云数据中心提供强大的计算能力。

  • 高IOPS，支持链接克隆、精简置备、快照等功能的存储设备，可以为数据中心提供强大的存储能力。

  • 高密度、低成本，支持大二层网络技术的交换设备为数据在二层网络流动提供交换能力。

  • 虚拟化软件平台，可以抽象物理资源为资源池，给云用户配置不同规格虚拟机提供底层支撑。

  • 灵活、高效的分布式计算或存储框架，为云计算的资源调度和调整提供支撑。

  • 从门禁监控、网络接入、虚拟化平台软件安全、经过安全加固的OS和DB到用户的分权分域管理，保证数据中心的放心使用。

  • 一体化自动化的管控软件，提升维护人员的效率，降低企业成本。

云计算的关键技术：

  • 通过对多项核心技术进行归类汇总，可归结为三个方面：整体的计算架构、承载的硬件设备和软件系统。

  • 整体的计算架构，需要涵盖高性能、高可靠和可扩展。

  • 云计算硬件包括：高可靠和高性能的计算服务器提供计算资源；低成本、数据安全的存储设备提供数据存储空间；支持大二层网络的高密度交换机进行数据的通信和交流。

  • 云计算软件包括：用于大数据的并行分析计算技术；整合存储资源提供动态可伸缩资源池的分布式存储技术；用于数据管理的分布式文件管理；计算、存储等资源池化的虚拟化技术；简化运维人员工作，方便高效智能运维的系统管理技术。

云计算的硬件技术：技术架构

许多系统开始很简单，但当需要进行系统扩展时就会变得复杂。升级系统最常见的原因是需要更多的容量，以支持更多的用户、文件、应用程序或连接的服务器。常见的系统扩展方式有Scale up和Scale out两种。

Scale up(纵向扩展) 主要是利用现有的系统，通过不断增加存储容量来满足数据增长的需求。但是这种方式只增加了容量，而带宽和计算能力并没有相应的增加。所以，整个系统很快就会达到性能瓶颈，需要继续扩展。

Scale out横向扩展架构的升级通常是以节点为单位，每个节点往往将包含容量、处理能力和I/O带宽。一个节点被添加到系统，系统中的三种资源将同时升级。而且，Scale out架构的系统在扩展之后，从用户的视角看起来仍然是一个单一的系统。所以Scale out方式使得系统升级工作大大简化，用户能够真正实现按需购买，降低TCO。

云计算的设计思想是以最低成本构建出整体的性能最优，与传统电信设备和IT设备（服务器、大型机、企业存储等）追求设备可靠性和性能的思路完全不同。

云计算的硬件技术：存储系统

企业存储一般采用专用的存储设备，成本高。

分布式存储系统把使用便宜IDE/SATA硬盘的服务器本地存储构建存储资源池，既降低了服务器的成本，也降低了存储成本，构建最低成本的计算和存储。通过“分布式存储和多副本备份”来解决海量信息的存储和系统可靠性，数据存储可以配置多份副本，保证数据的安全性。

云计算的硬件技术：数据中的联网

随着云计算的发展，越来越多业务承载在数据中心的虚拟机上，业务数据的流动从南北向转变为东西向，对数据中心网络的需求和冲击提出了很大挑战。

数据中心内部虚拟机的迁移促进了大二层网络虚拟交换技术的发展，支持大容量数据的通信和超高的端口密度，可以连接更多的服务器提升数据中心的处理能力。

云计算的软件技术：集群管理

云计算虚拟化平台软件，支持分布式的集群管理。可以针对业务模型，对物理服务器创建不同的业务集群，并在集群内实现资源调度和负载均衡，在业务负载均衡的基础上实现资源的动态调度，弹性调整。

云计算虚拟化平台需要支持各种不同的存储设备，包括本地存储、SAN存储、NAS存储和分布式本地存储，保证业务的广适配性。

同时，提供链接克隆、资源复用、精简置备和快照功能，降低企业成本并提供高效率、高可靠性的资源池。

云计算的价值

资源整合、提高资源利用率

  • 利用虚拟化技术，实现资源的弹性伸缩。

  • 每台服务器虚拟出多台虚拟机，避免原来的服务器只能给某个业务独占的问题。

  • 可通过灵活调整虚拟机的规格（CPU、内存等），增加虚拟机/减少虚拟机，快速满足业务对计算资源需求量的变化。

  • 利用虚拟化计算，将一定量的物理内存资源虚拟出更多的虚拟内存资源，可以创建更多的虚拟机。

快速部署，弹性扩容

  • 开局初期，业务规模较小，可部署较少服务器。后续需要扩容时十分简单，只需要通过PXE或者iso新装几台计算节点，然后通过操作维护Portal将服务器添加到系统即可

  • 基于云的业务系统采用虚拟机批量部署

  • 短时间实现大规模资源部署，快速响应业务需求，省时高效

  • 根据业务需求可以弹性扩展/收缩资源满足业务需要

  • 人工操作较少，以自动化部署为主

  • 客户不再因为业务部署太慢而失去市场机会

  • 传统业务部署周期以月为计划周期，基于云的业务部署周期缩短到以分钟/小时为计时周期

数据集中，信息安全

传统IT平台，数据分散在各个业务服务器上，可能存在某单点有安全漏洞的情况；部署云系统后，所有数据集中在系统内存放和维护，并提供以下安全保障：

  • 网络传输：数据传输采用HTTPS加密

  • 系统接入：需要证书或者账号

  • 数据安全：

  • 架构安全，经过安全加固的VMM，保证虚拟机间隔离；

  • 虚拟机释放时，磁盘被全盘擦除，避免被恢复的风险；

  • 系统内账户等管理数据，加密存放。

  • 趋势防病毒软件

自动调度，节能减排

基于策略的智能化、自动化资源调度，实现资源的按需取用和负载均衡，消峰填谷，达到节能减排的效果：

  • 白天，基于负载策略进行资源监控，自动负载均衡，实现高效热管理

  • 夜晚，基于时间策略进行负载整合，将不需要的服务器关机，最大限度降低耗电量

节能减排即动态电源管理(DPM)可以优化数据中心的能耗。开启DPM后，当集群中虚拟机使用资源比较低时，可以聚合虚拟机到少量主机，并关闭其它无虚拟机运行的主机，实现节能减排。当虚拟机所需资源增加时，DPM动态上电主机，确保提供足够资源。

降温去燥，绿色办公

  • 物理PC机的主机替换为TC，可以大大降低发热量，改善办公环境。

  • 物理主机的处理资源在本地，需要配置比较强的CPU、硬盘和风扇等组件，产生较大的噪音污染；替换为TC之后，计算等资源在远端的数据中心中，本地TC仅仅支持指令输入和页面展示，所以噪音较低，提升办公感受。

  • PC：Personal Computer，个人计算机。

  • TC：Thin Client，瘦终端，用于云计算环境中虚拟桌面的接入和使用。

高效维护，降低成本

使用传统PC办公，从PC选型、购买、库房存放、分发和维护等多个流程都需要IT支撑人员参与，可以产生下面几方面的困扰： 从立项购买到投入使用所需流程时间较长；

  • 传统PC能耗较高，导致企业成本增加；

  • 传统PC出现故障，从报修到重新可以使用，所需时间较长，影响企业办公；

  • 传统PC一般3年需要更新换代，无法利旧；

  • 传统IT环境下，PC数量多并且分布于各个办公地点，所需维护人力较多，提升人力成本。

使用桌面云办公场景，处理资源数量较少并且集中于数据中心，可以改善企业办公的困扰。

无缝切换，移动办公

在桌位、办公室、旅途中、家里的不同终端上随时随地远程接入，桌面立即呈现。

数据和桌面都集中运行和保存在数据中心，用户可以不必中断应用运行，实现热插拔更换终端。

升级扩容不中断业务

管理节点的升级，由于有主备两个节点，可先升级一个节点，做主备切换后再升级另外一个节点。

计算节点的升级，可以先将该节点的虚拟机迁移到其他节点，然后对该节点升级，再将虚拟机迁回。

软硬件系统统一管理

华为云解决方案支持对一体机、服务器、存储设备、网络设备、安全设备、虚拟机、操作系统、数据库、应用软件等进行统一的管理。

华为云解决方案支持异构业界主流的服务器、存储设备。

不仅支持集成华为虚拟化软件FusionCompute，而且支持集成VMware虚拟化软件。

从上面描述可以看出，软硬件系统统一管理，可以提升管理的便利性，降低管理系统的购置成本和人力成本。

假如：一个公司采购的设备需要多个不同的管理系统来管理维护，那么:

  • 需要购置多个不同的管理系统；

  • 对于维护人员来说，需要学习多个管理系统的技能；

  • 再考虑系统升级、技能储备和人员流动因素，企业的成本更高。

云计算的应用：

云计算正处于快速增长前的“零界点”

云计算有三个阶段：准备、起飞和成熟

  • 准备阶段：云计算各种模式都处于探索阶段，应用较少，无成功案例可参考。

  • 起飞阶段：经过准备阶段的探索之后，探索出一些成功的应用模式。

  • 成熟阶段：云计算商业模式已成熟，整个生态系统已完善，云计算也成为企业成功必备的IT资源。

云计算市场空间潜力巨大：

云计算市场空间潜力巨大，可以应用到政府、电信、教育、医疗、金融、石化和电力各个行业。

云计算应用：

Amazon EC2：虚拟机出租，支持Linux、Windows虚拟机使用，支持数据处理和存储租用。

微软Azure 提供基于Windows Server 和Linux系统的虚拟机的Visual Studio 开发平台。

阿里云服务器（Elastic Compute Service 简称ECS）是一种简单高效，处理能力可弹性伸缩的计算服务。

华为云计算战略：

云计算产业中，包括云计算设备商、云计算服务提供商和云计算终端用户。

云计算设备商指的是提供搭建云计算环境所需的软硬件的设备厂商，包括硬件厂商（服务器、存储设备、交换机、安全、TC等）和软件厂商（云虚拟化平台、云管理平台、云桌面接入、云存储软件等）。

  • 互联网服务提供商是云计算的先行者，先进技术及创新商业模式领导者，主要基于云计算提供低成本的海量信息处理服务（Google、Amazon等）

  • 电信运营商利用云计算解决现实问题，当前引入云计算提升电信业务网的能力（海量的计算和存储）和降低成本（BT、AT&T）

  • 传统IT巨头被迫转型，将云计算引入优势的产品及解决方案（IBM、Microsoft、HP等）

  • 网络供应商利用技术革新的时机进入，利用传统的网络、服务器和海量软件优势纷纷进入云计算领域（CISCO等）

  • IT和CT边界模糊：技术融合驱动通讯厂家进入传统的IT领域，特别是数通技术成为云计算的关键技术之一。制造商与服务商边界模糊：商业模式的变化驱动部分大制造商（IBM/微软等）进入服务领域，而大型的互联网服务商（Google/Amazon等）自己开发设备提供服务。

  • ICP：Internet Content Provider，互联网内容提供商，负责提供网站的内容和与之相关的服务。例如：新浪等。

华为云计算解决方案产品：

为更好的帮助企业客户进行基于云计算架构IT建设与转型，并综合业界最新的IT技术发展趋势，华为公司制定了以“融合”为核心特征的FusionCloud云计算战略，并针对每一个核心特征，将这一战略落实到四大产品系列之中。

  • “水平融合”战略主要贯彻了IT基础设施的横向融合的发展趋势，横向融合，是在IT组件与产品极为多样化的今天，通过横向融合实现对IT基础设施的统一运营与管理；华为在这一战略方向推出的产品叫云操作系统FusionSphere。

  • “垂直融合”战略主要贯彻了，垂直整合的思想，背景是源自企业对IT系统性价比不断优化的需求，只有从底层各类硬件到顶层各种应用进行垂直的端到端整合，才能实现最优性家比的解决方案。华为在这一战略方向推出的产品叫FusionCube融合一体机。 “接入融合”战略，主要贯彻了协同效率提升思想，背景源自企业在保障安全、体验前提下，对员工办公效率不断提升的需求，这一需求的产品体现是华为FusionAccess桌面云产品，来实现企业在云环境下的泛在接入。

  • “数据融合”战略主要通过大数据分析解决方案，为客户提供更多的价值增长空间。

FusionSphere云操作系统、FusionCube融合一体机、FusionInsight企业级大数据平台、FusionAccess桌面云产品共同组成FusionCloud云计算整体解决方案，可以企业客户构建完善的整体云计算平台。

华为部署全球最大的云办公桌面云:

  • 按员工类型划分安全分区级别：红，黄，绿

  • TC本地无硬盘，通过数字证书接入认证

  • 通过SSL加密传输信息

  • 多种接入认证方式，平台统一认证

  • 高速互联网络，多数据中心间资源管理及调度

  • 办公，集成测试分时（白天，晚上）共享资源

华为桌面云案例：效果分析

从华为的使用情况来看，使用桌面云构建办公系统之后，可以从设备成本、能耗、维护人力、设备更新等几个方面降低企业的成本。

专业名词缩略语：

  • IT：Information technology，信息技术。

  • ICT ：Information and Communications Technology，信息与通信技术。

  • PC：Personal Computer，个人电脑。

  • API：Application Programming Interface，应用编程接口。

  • CRM：Customer Telationship Management，客户关系管理。

  • IaaS：Infrastructure as a Service，基础设施即服务。

  • PaaS：Platform as a Service，平台即服务。

  • SaaS：Software as a Service ，软件即服务。

  • VM：Virtual Machine，虚拟机。

  • VMM: Virtual Machine Monitor，虚拟机监控器。

  • EC2：Elastic Compute Cloud，弹性计算云。

  • IDC：International Data Center，互联网数据中心。

  • GE：Gigabit Ethernet，千兆以太网。

  • IOPS：I/O Operations Per Second，每秒读写次数。

  • App：Applacation，应用系统。

  • TC：Thin Client，瘦客户端。

  • TRILL：Transparent Interconnection of Lots of Links，多链接透明互联。

  • SQL：Structured Query Language，结构化数据库查询语言。

  • ECS：Elastic Compute Service，弹性计算服务。

  • SLB：Service Load Balancer，负载均衡。

  • RDS：Relationship Database Service，关系型数据库服务。

  • OSS：Open Storage Service，开发存储服务。

  • CDN：Content Delivery Network， 内容分发网络。

  • ICP：Internet Content Provider，互联网内容提供商。

  • STB：Set Top Box, 机顶盒设备。

  • DC：Date Center，数据中心。

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