1.2 云計(jì)算概述

在中國(guó)大數(shù)據(jù)專家委員會(huì)成立大會(huì)上，委員會(huì)主任懷進(jìn)鵬院士用一個(gè)公式描述了大數(shù)據(jù)與云計(jì)算的關(guān)系：G=f（x）。其中，x是大數(shù)據(jù)，f是云計(jì)算，G是我們的目標(biāo)。也就是說(shuō)，云計(jì)算是處理大數(shù)據(jù)的手段，大數(shù)據(jù)與云計(jì)算是一枚硬幣的正反面。大數(shù)據(jù)是需求，云計(jì)算是手段。沒(méi)有大數(shù)據(jù)，就不需要云計(jì)算。沒(méi)有云計(jì)算，就無(wú)法處理大數(shù)據(jù)。

事實(shí)上，云計(jì)算比大數(shù)據(jù)“成名”要早。2006年8月9日，Google首席執(zhí)行官埃里克·施密特在搜索引擎大會(huì)上首次提出了云計(jì)算的概念，并說(shuō)Google自1998年創(chuàng)辦以來(lái)，就一直采用這種新型的計(jì)算方式。

那么，什么是云計(jì)算？本書主編劉鵬對(duì)云計(jì)算給出了長(zhǎng)、短兩種定義。長(zhǎng)定義是：“云計(jì)算是一種商業(yè)計(jì)算模型。它將計(jì)算任務(wù)分布在大量計(jì)算機(jī)構(gòu)成的資源池上，使各種應(yīng)用系統(tǒng)能夠根據(jù)需要獲取計(jì)算力、存儲(chǔ)空間和信息服務(wù)。”短定義是：“云計(jì)算指通過(guò)網(wǎng)絡(luò)按需提供可動(dòng)態(tài)伸縮的廉價(jià)計(jì)算服務(wù)。”

上述提到的資源池稱為“云”。“云”是一些可以自我維護(hù)和管理的虛擬計(jì)算資源，通常是一些大型服務(wù)器集群，包括計(jì)算服務(wù)器、存儲(chǔ)服務(wù)器和寬帶資源等。云計(jì)算將計(jì)算資源集中起來(lái)，并通過(guò)專門軟件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)管理，無(wú)須人為參與。用戶可以動(dòng)態(tài)申請(qǐng)部分資源，支持各種應(yīng)用程序的運(yùn)轉(zhuǎn)。用戶無(wú)須為煩瑣的細(xì)節(jié)煩惱，能夠更加專注于自己的業(yè)務(wù)，有利于提高效率、降低成本和技術(shù)創(chuàng)新。云計(jì)算的核心理念是資源池，這與早在2002年就提出的網(wǎng)格計(jì)算池（Computing Pool）的概念非常相似。網(wǎng)格計(jì)算池將計(jì)算和存儲(chǔ)資源虛擬成一個(gè)可以任意組合分配的集合，池的規(guī)模可以動(dòng)態(tài)擴(kuò)展，分配給用戶的處理能力可以動(dòng)態(tài)回收重用。這種模式能夠大大提高資源的利用率，提升平臺(tái)的服務(wù)質(zhì)量。

之所以稱為“云”，是因?yàn)樗谀承┓矫婢哂鞋F(xiàn)實(shí)中云的特征：云一般都較大；云的規(guī)模可以動(dòng)態(tài)伸縮，它的邊界是模糊的；云在空中飄忽不定，無(wú)須也無(wú)法確定它的具體位置，但它確實(shí)存在于某處。還因?yàn)樵朴?jì)算的鼻祖之一Amazon將大家曾經(jīng)稱為網(wǎng)格計(jì)算的東西，取了一個(gè)新名稱“彈性計(jì)算云”（Elastic Computing Cloud），并取得了商業(yè)上的成功。

有人將這種模式比喻為從單臺(tái)發(fā)電機(jī)供電模式轉(zhuǎn)向了電廠集中供電模式。它意味著計(jì)算能力也可以作為一種商品進(jìn)行流通，就像天然氣、自來(lái)水和電一樣，取用方便，費(fèi)用低廉。最大的不同在于，它是通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行傳輸?shù)摹?/p>

云計(jì)算是并行計(jì)算（Parallel Computing）、分布式計(jì)算（Distributed Computing）和網(wǎng)格計(jì)算（Grid Computing）的發(fā)展，或者說(shuō)是這些計(jì)算科學(xué)概念的商業(yè)實(shí)現(xiàn)。云計(jì)算是虛擬化（Virtualization）、效用計(jì)算（Utility Computing）、將基礎(chǔ)設(shè)施作為服務(wù)（Infrastructure as a Service，IaaS）、將平臺(tái)作為服務(wù)（Platform as a Service，PaaS）和將軟件作為服務(wù)（Software as a Service，SaaS）等概念混合演進(jìn)并躍升的結(jié)果。

從研究現(xiàn)狀看，云計(jì)算具有以下特點(diǎn)。

（1）超大規(guī)模。“云”具有相當(dāng)?shù)囊?guī)模，Google、Amazon、阿里巴巴、百度和騰訊等公司的“云”均擁有超過(guò)百萬(wàn)臺(tái)的服務(wù)器。“云”能賦予用戶前所未有的計(jì)算能力。

（2）虛擬化。云計(jì)算支持用戶在任意位置、使用各種終端獲取服務(wù)。所請(qǐng)求的資源來(lái)自“云”，而不是固定的有形的實(shí)體。應(yīng)用在“云”中某處運(yùn)行，但實(shí)際上用戶無(wú)須了解應(yīng)用運(yùn)行的具體位置，只需要一臺(tái)計(jì)算機(jī)、PAD或手機(jī)，就可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)獲取各種服務(wù)。

（3）高可靠性。“云”使用了數(shù)據(jù)多副本容錯(cuò)、計(jì)算節(jié)點(diǎn)同構(gòu)可互換等措施來(lái)保障服務(wù)的高可靠性，使用云計(jì)算比使用本地計(jì)算機(jī)更加可靠。

（4）通用性。云計(jì)算不針對(duì)特定的應(yīng)用，在“云”的支撐下可以構(gòu)造出千變?nèi)f化的應(yīng)用，同一片“云”可以同時(shí)支撐不同的應(yīng)用運(yùn)行。

（5）高可伸縮性。“云”的規(guī)模可以動(dòng)態(tài)伸縮，滿足應(yīng)用和用戶規(guī)模增長(zhǎng)的需要。

（6）按需服務(wù)。“云”是一個(gè)龐大的資源池，用戶按需購(gòu)買，像自來(lái)水、電和天然氣那樣計(jì)費(fèi)。

（7）廉價(jià)。“云”的特殊容錯(cuò)措施使我們可以采用廉價(jià)的節(jié)點(diǎn)來(lái)構(gòu)成云；“云”的自動(dòng)化管理使數(shù)據(jù)中心的管理成本大幅降低；“云”的公用性和通用性使資源的利用率大幅提高；“云”設(shè)施可以建在電力資源豐富的地區(qū)，從而大幅降低能源成本。因此“云”具有前所未有的性價(jià)比。

云計(jì)算按照服務(wù)類型大致可以分為三類：IaaS、PaaS和SaaS，如圖1-3所示。

IaaS將硬件設(shè)備等基礎(chǔ)資源封裝成服務(wù)供用戶使用，如Amazon云計(jì)算AWS（Amazon Web Services）的彈性計(jì)算云EC2和簡(jiǎn)單存儲(chǔ)服務(wù)S3。在IaaS環(huán)境中，用戶相當(dāng)于在使用裸機(jī)和磁盤，既可以讓它運(yùn)行Windows，也可以讓它運(yùn)行Linux，幾乎可以做任何想做的事情。IaaS最大的優(yōu)勢(shì)在于它允許用戶動(dòng)態(tài)申請(qǐng)或釋放節(jié)點(diǎn)，按使用量計(jì)費(fèi)。運(yùn)行IaaS的服務(wù)器規(guī)模達(dá)到幾十萬(wàn)臺(tái)之多，所以用戶可以認(rèn)為能夠申請(qǐng)的資源幾乎是無(wú)限的。同時(shí)，IaaS是由公眾共享的，因而具有更高的資源使用效率。

PaaS對(duì)資源的抽象層次更進(jìn)一步，它提供用戶應(yīng)用程序的運(yùn)行環(huán)境，典型的如Google App Engine。PaaS自身負(fù)責(zé)資源的動(dòng)態(tài)擴(kuò)展和容錯(cuò)管理，用戶應(yīng)用程序不必過(guò)多考慮節(jié)點(diǎn)間的配合問(wèn)題。但與此同時(shí)，用戶的自主權(quán)減弱，必須使用特定的編程環(huán)境并遵照特定的編程模型。這有點(diǎn)像在高性能集群計(jì)算機(jī)里進(jìn)行MPI編程，只適用于解決某些特定的計(jì)算問(wèn)題。例如，Google App Engine只允許使用Python和Java語(yǔ)言，基于稱為Django的Web應(yīng)用框架，調(diào)用Google App Engine SDK來(lái)開發(fā)在線應(yīng)用服務(wù)。

SaaS的針對(duì)性更強(qiáng)，它將某些特定應(yīng)用軟件功能封裝成服務(wù)，如Salesforce公司提供的在線客戶關(guān)系管理（Client Relationship Management，CRM）服務(wù)。SaaS既不像PaaS一樣提供計(jì)算或存儲(chǔ)資源類型的服務(wù)，也不像IaaS一樣提供運(yùn)行用戶自定義應(yīng)用程序的環(huán)境，它只提供某些專門用途的服務(wù)供應(yīng)用調(diào)用。

需要指出的是，隨著云計(jì)算的深化發(fā)展，不同云計(jì)算解決方案之間相互滲透融合，同一種產(chǎn)品往往橫跨兩種以上的類型。

在這里，還需要闡述一下云安全與云計(jì)算的關(guān)系。作為云計(jì)算技術(shù)的一個(gè)分支，云安全技術(shù)通過(guò)大量客戶端的參與來(lái)采集異常代碼（病毒和木馬等），并匯總到云計(jì)算平臺(tái)上進(jìn)行大規(guī)模的統(tǒng)計(jì)分析，從而準(zhǔn)確識(shí)別和過(guò)濾有害代碼。這種技術(shù)由中國(guó)率先提出，并取得了巨大成功，自此計(jì)算機(jī)的安全問(wèn)題得到有效控制，用戶告別了被病毒或木馬搞得焦頭爛額的日子。360安全衛(wèi)士、瑞星、趨勢(shì)、卡巴斯基、McAfee、Symantec、江民、Panda、金山等均推出了云安全解決方案。值得一提的是，云安全的核心思想，與本書主編劉鵬早在2003年提出的反垃圾郵件網(wǎng)格技術(shù)完全一致。該技術(shù)被IEEE Cluster 2003國(guó)際會(huì)議評(píng)為杰出網(wǎng)格項(xiàng)目，在香港的現(xiàn)場(chǎng)演示非常轟動(dòng)，并被國(guó)內(nèi)代表性的電子郵件服務(wù)商大規(guī)模采用，從而使我國(guó)的垃圾郵件過(guò)濾水平處于世界領(lǐng)先水平。