1.4　云計算技術與服務

2000年前后，隨著IT不再重要的概念的提出，以及金融危機的影響，企業對降低成本、提升效率的追求，都極大地推動了云計算由概念到市場化的轉變，而各式各樣的云服務也越來越多，但是除了專業人士外，甚至許多專業人士也有同樣的困惑：什么是云計算，云計算提供服務又是怎么回事？

云計算最初的概念是：企業、個人將數據、計算能力都放在云端，即網絡云里（一般網絡是圖示為一朵云），使用者只要連上網，就能獲取自己的數據及計算結果，這樣企業可以將自己的數據和服務放在云端，由專門的公司提供維護，企業自己無須維護IT服務，因此IT不再重要了。

在實際的云計算發展過程中，很多企業的IT通過將云計算方式部署在自己的機房，員工可從世界各地接入，數據與計算在企業網絡云里，而且給了這種方式一個私有云的名稱。在公網上提供的服務被稱為公用云，還有混合云等。這些定義和范圍雖然有所不同，但是其中最重要的和共同的特性就是服務。這種服務如同目前電信、電網或煤氣、網絡一樣，按照使用付費，而不是按照購買產品所有權付費。

本書中所有的講解都是以云計算的服務為中心。服務也是云計算的真正價值所在。

1.4.1　云計算的發展史

云計算這個詞的來源比較模糊，似乎源自在實踐中使用云的圖形來表示的計算和通信系統中的網絡圖。到了互聯網時代，開始使用云的形狀來表示一個網絡電話圖，再后來用來作為一個抽象描繪來形容互聯網在基礎設施層的網絡架構。

云計算的底層概念可以追溯到20世紀50年代。當時，大型機（mainframe）在學術界和企業使用，用戶可以通過瘦客戶端（Thin Client）/終端計算機（terminal）來接入。為了節省昂貴的大型機的費用，出現了新的技術，允許多個用戶同時登錄大型機并共用CPU，以消除大型機的空置時間。這種技術被業界稱為分時（time-sharing）。

在20世紀90年代，曾主要提供專用的點到點（Point to Point，P2P）數據專線的電信公司，開始提供虛擬私有網絡（VPN）的服務。這種服務的質量與P2P的服務相當，但價格卻低得多。通過流量的調度和平衡，能夠將整體網絡帶寬的使用更有效率。云的圖形用來表示提供者職能和用戶職能之間的分界點。在后來的云計算中，這個邊界從網絡基礎設施延伸到服務器。

隨著計算機越來越普及，科學家和技術人員探索了很多方式來使用分時的方法，以使大規模的計算能力能夠讓更多的用戶使用。這些是通過基礎設施、平臺和應用程序對CPU的使用優先級和效率提高的算法改進的基礎上進行的。

在20世紀60年代，約翰·麥卡錫（John McCarthy）認為，“計算總有一天會被組織成一個公用設施”（Computation may someday be organized as a public utility）。在道格拉斯·帕克希爾（Douglas Parkhill）1966年出版的《計算機應用的挑戰》（The Challenge of the Computer Utility）一書中，深入探討了幾乎所有的現代云計算的特征（比如以在線式和無限供應式來提供的彈性構建服務），并與電力行業使用方式進行比較，同時也探討了公共、私人、政府和社區的多種可能的形式。

云計算的根源可以追溯到20世紀50年代，當時的科學家Herb Grosch推測整個世界將使用非常簡單的終端設備，而這些終端設備是由約15個大型數據中心進行控制的。由于這些強大的計算機很昂貴，很多企業和組織可以通過計算能力的分時使用來降低成本。一些組織，比如通用電氣的GEISCO、IBM子公司Service Bureau Corporation（成立于1957年）、Tymshare（成立于1966年）、National CSS（成立于1967年，并在1979年被Dun & Bradstreet收購）、Dial Data（在1968年被Tymshare收購）、Bolt、Beranek和Newman （BBN），在當時都認為分時是一個新的商業發展機會。

隨后的高容量網絡、低成本計算和存儲設備，以及廣泛采用的硬件虛擬化、面向服務的技術架構（Service Oriented Architecture）、自適應的分布式計算系統（Autonomic Computing）和效用計算（Utility Computing）給云計算技術的發展帶來了很大的推動作用。

企業軟件服務化是SaaS發展的關鍵性一步。早期的SaaS服務包括2000年前后出現的在線CRM（salesforce）和網絡會議應用（WebEx）。截至目前，SaaS已成為云計算的商務應用中最大的部分。

網絡泡沫之后，亞馬遜（amazon）在云計算的發展中扮演了重要角色。當時，亞馬遜的數據中心，就像其他的大多數的數據中心一樣，在任何時間其網絡用量使用僅為其10%的容量，而這種設計只是為了偶爾出現的峰值留出空余。亞馬遜后來發現新的云架構可以帶來顯著的內部效率的提高，這種效率的提高可以讓小型和快速的“兩個比薩團隊”（two-pizza teams，意思是說這種團隊足夠小，買兩個比薩就能吃飽），能夠更快和更容易地增加新功能。在這個發現之后，亞馬遜啟動了一項新產品的開發。這個產品是為外部客戶在效用計算的基礎（Utility Computing Basis）上提供云計算服務。這就是2006年推出的亞馬遜網絡服務（Amazon Web Service，AWS）。

SaaS和IaaS服務，真正帶動了云計算的商業化應用，也真正帶來了云計算的飛速發展。

到2008年中期，Gartner公司預測，云計算可以用來改變IT服務提供者和IT服務使用者之間的關系，并指出，“組織正在從公司擁有硬件和軟件資產的方式，轉向按需使用服務的模式”（Per-use Service-based Models），并且預計這種轉移將導致在某些領域的IT產品的顯著增長和某些領域的顯著減少。

整個云計算的發展歷史如圖1-4所示。

1.4.2　云計算的定義

維基百科（Wikipedia）關于云計算的定義：

云計算是用服務的形式來使用的計算資源（硬件和軟件），這種使用是通過網絡（通常是互聯網）來實現交付的。這個名字來自使用云的符號作為一個抽象的概念，它是一個對復雜的計算基礎設施系統做的抽象。云計算是通過在遠端的數據中心（或云上）的用戶的數據、軟件和計算能力來為用戶服務的。Cloud computing is the use of computing resources （hardware and software）that are delivered as a service over a network（typically the Internet）.The name comes from the use of a cloud-shaped symbol as an abstraction for the complex infrastructure it contains in system diagrams.Cloud computing entrusts remote services with a user’s data，software and computation.

以服務的內容或形態來分，有多種類型的云計算：

·　Infrastructure as a Service（IaaS）：基礎設施即服務。

·　Platform as a Service（PaaS）：平臺即服務。

·　Software as a Service（SaaS）：軟件即服務。

·　Network as a Service（NaaS）：網絡即服務。

·　STorage as a Service（STaaS）：存儲即服務。

·　SECurity as a Service（SECaaS）：安全即服務。

·　Data as a Service（DaaS）：數據即服務。

·　Desktop as a Service（DaaS）：桌面即服務。

·　Database as a Service（DBaaS）：數據庫即服務。

·　Test Environment as a Service（TEaaS）：測試環境即服務。

·　API as a Service（APIaaS）：API即服務。

·　Backend as a Service（BaaS）：后端平臺即服務。

·　Integrated Development Environment as a Service（IDEaaS）：集成的開發環境即服務。

·　Integration Platform as a Service（IPaaS）：集成平臺即服務。

1.4.3　云計算的服務模式

云計算服務就是基于云計算技術的理念開發的服務。其中IaaS、PaaS和SaaS都是強調的服務，也正是這些服務帶來的商業價值，使得云計算得到了全球性的發展。

1．軟件即服務（SaaS）

SaaS發展的時間最長，也最成熟。目前大多數在網絡上提供專門服務的都是SaaS業務，如客戶關系管理（CRM）、通信與協作（Communication and Collaboration）、會計／票據（accounting/billing）、企業資源規劃（ERP）、人力資源管理（HRM）以及在線培訓等，這些業務是直接面對最終用戶提供服務的。SOA構架等一系列構架演進，都是依托SaaS發展而來的。

在SaaS模式中，云提供商在云端安裝和運營應用軟件，云用戶從云客戶端訪問該軟件。云用戶不需要管理應用程序運行所依賴的云基礎設施和平臺。云用戶不需自己安裝和運行應用程序，這樣節省維護和支持的費用。云應用程序不同于其他應用程序之處在于其可伸縮性（scalability）：可以通過克隆任務到多個虛擬機上運行，來滿足不斷變化的工作需求。負載均衡設施可以把計算任務分發到一組虛擬機上工作，這個過程是透明的，云用戶只能看到一個單一的接入點。為了容納大量的云用戶，云應用可以是多用戶的，即任何一臺機器可以服務眾多用戶。

SaaS的定價模式通常是每個用戶按照每月或每年的固定費用來付費。在任何時候用戶都可以添加或刪除，價格都是可以調整的。

SaaS的例子包括Salesforce、Google Apps、Microsoft Office 365、Zoom等。

2．平臺即服務（PaaS）

PaaS是在SaaS的基礎上發展而來的，如從Salesforce延伸出的Force.com。最初是CRM的SaaS，但隨著業務發展，Salesforce將服務平臺化，以利于其他應用服務軟件的集成。

PaaS成熟是最近幾年的事兒，PaaS技術上的構架探討不如SaaS那么豐富。

在PaaS模式中，云服務供應商提供了一個計算平臺（Computing Platform）。這個平臺通常包括操作系統、軟件編碼語言的執行環境、數據庫和Web服務器。應用程序開發人員可以在這樣的云平臺上開發和運行自己的應用軟件，而不用去購買和管理復雜的底層硬件和基礎軟件。有一些PaaS提供商甚至提供底層的計算機和存儲資源自動匹配的功能，這樣云用戶不必手動分配資源來滿足應用的擴展需求。

PaaS的例子包括AWS Elastic、Cloud Foundry、Force.com、EngineYard、Mendix、Google App Engine、Microsoft Azure Compute、Kubernetes、Mesos等。

3．基礎設施即服務（IaaS）

IaaS是最底層的云服務。IaaS供應商提供計算機（包括物理機或虛擬機）及其資源管理系統，如Xen或KVM虛擬機管理系統可以支持大量的虛擬機隨時擴展和調配。IaaS云通常會提供額外的資源，如虛擬機鏡像、存儲、防火墻、負載均衡、IP地址、虛擬局域網（VLAN）和軟件包。IaaS云供應商通常在自己的數據中心建立這些資源的資源池（Resource Pool）來提供服務。IaaS的用戶可以通過互聯網或運營商的虛擬專用網VPN來接入和使用這些服務。

IaaS的例子包括Amazon AWS、AliCloud、Windows Azure、Google Compute Engine、HP Cloud、Oracle IaaS、Rackspace Cloud等。

1.4.4　云計算的部署方式

1．公有云（Public Cloud）

公有云是由服務供應商將應用程序、存儲和其他資源作為服務提供給一般的使用者。服務模式是免費或按需使用付費的模式。用戶只能用通過互聯網來使用這些服務，服務提供商不提供到用戶的直接連接。

2．社區云（Community Cloud）

社區云是云服務商提供給某些公司或團體的服務，而不是面向所有互聯網用戶的。公司或團體有著共同關心的問題，如安全性、合規性等，因此稱為社區。社區內用戶共同使用一套云服務設施，這套設施可能是在內部建立的，也有可能是建立在外部的，其成本被社區內部的用戶分攤，因此其成本效益比公共云低，但比私有云高。

3．混合云（Hybrid Cloud）

混合云是兩個或兩個以上的云（私有云、社區云或公有云）的組合。它所提供的服務本身是單一的，但是后面的服務設施被綁定在一起，這樣可以達到對不同部署模式的取長補短。

利用“混合云”的架構，企業和個人都能夠獲得既結合本地即時可用性、又不依賴于互聯網連接的服務容錯度（Fault Tolerance）。同時，由于借助了外部的云服務，混合云上的應用服務也得到了較好的可擴展性（scalability）。

4．私有云（Private Cloud）

私有云是僅為單一的公司或團體使用而運營的云基礎設施，這個基礎設施可以由內部管理，也可由第三方托管。

私有云的使用者基本上是那些業務上有特殊要求的公司或組織，比如內部的IT應用，對網絡配置有特殊要求的通信應用服務等。

一些已經具有內部大中型數據中心（IDC）的企業，也通過虛擬化等云計算技術手段，將自己數據中心的基礎設施和應用服務云化（即私有云），以達到成本效益的提高。