详解云计算技术
摘要：云计算(Cloud computing)是当今IT界的热门技术，借助云计算，网络服务提供者可以在瞬息之间，处理数以千万计甚至亿计的信息，实现和超级计算机同样强大的效能。同时，用户可以按需弹性地使用这些资源和服务，从而实现将计算作为一种公用设施来提供的梦想。本文首先介绍了云计算的基本概念、组成部分、技术要点和国内外发展情况，然后分别从服务器虚拟化、存储虚拟化、应用虚拟化、平台虚拟化和桌面虚拟化五个方面重点介绍虚拟化技术同云计算之间密不可分的关系。
1、云计算概念简介
  对于云计算，人们有着不同的理解和定义。本文认为，云计算是一种大规模资源整合的思想。云计算是IT界未来发展的必然趋势，所谓“天下大势，分久必合，合久必分”，IT界亦然。
  1946年2月15日，世界上第一台电脑ENIAC诞生，占地十几间屋子，计算机行业也随着这个庞然大物应运而生。之后IT界开始了第一次“分”的过程，即个人电脑的诞生。随着网络的出现，IT界出现了第一次“合”的过程，如Client/Server架构、万维网WWW、Email等都是由高性能服务器通过网络为多个客户提供服务。但是，随着用户数量不断增加，服务器端的负荷越来越重，这种模式的瓶颈由于那个年代有限的资源(如带宽、计算、存储等)而变的越发严重，所
以第二次“分”的时代来临，如分布式计算、点对点P2P技术、网格计算(Grid Computing)、Web2.0等。每个用户(Peer)既是被服务者同时也是服务者，大家共同分担庞大的计算、传输及存储任务。由此而诞生的企业有PPStream、YouTube、等。
  为方便理解以上云的思想，可从图1的类比来进行阐述和表达。“服务器”类似于“发电机”提供“电力”资源；虚拟技术类似于“变压装置”使电压成倍增加或降低，从而实现弹性计算；资源调度器类似于“整流装置”，可以整合各个“发电站”的电力进行集中供电；服务管理器传送云服务，类似于“电力传输设备”，可以统一提供和管理IaaS(基础设施即服务)、PaaS(平台即服务)和SaaS(软件即服务)等一系列云服务；安全监控系统类似于“保险装置”，可以保证传输过来的“电”安全可靠，不会由于异常情况(如短路)损害家电和人身安全；云电脑、云手机等终端设备类似于家电，可以通过他们获取“电”(云资源)。
2、云计算在国内外发展情况简述
尽管云计算的思想已经孕育很久，但在美国取得蓬勃发展也只是最近五六年的事情。中国近一两年也在云计算方面有了长足发展。
2.1 云计算在美国的发展情况
2003年，美国国家科学基金(NSF)投资830万美元支持由美国七所顶尖院校提出的“网格虚拟化和云计算VGrADS”项目, 由此正式启动了云计算的研发工作。基于此项目的后续开源产品有现在著名的云计算开源软件Eucalyptus(此软件在美国已经被广泛应用)，美国航空航天局(NASA)的云计算系统Nebula。亚马逊公司的云计算也采用了相同技术(其客户端软件EC2可以直接连入Eucalyptus的服务器)。本文作者继续深入研发，相继推出了云点(Cloudian)系列产品()，涵盖了建设云平台所必须的各个模块，包括虚拟化、管理、调度、服务(IaaS、PaaS、SaaS)、安全、可信、云电脑和手机终端等。
从2004年开始，Amazon陆续推出了简单队列服务、MechanicalTurk等云计算服务雏形。云计算服务成熟的标志是亚马逊在2006年推出的简单存储服务(S3)和弹性计算云(EC2)。Google以应用托管、企业搜索以及其他更多形式向企业开放了他们的“云”。 Google以发表学术论文的形式公开其云计算三大法宝：GFS、MapReduce和BigTable，并在美国、中国等高校开设云计算编程课程。目前，Google已经允许第三方在Google云计算中通过Google App Engine运行大型并行应用程序。2009年4月，谷歌推出了Google应用软件引擎(Google AppE
ngine，下称GAE)，这种服务让开发人员可以编译基于Python的应用程序。Microsoft推出了Windows Azure操作系统，这个系统作为微软云计算计划的server端操作系统(Cloud OS)为广大开发者提供服务。同时，微软也推出了免费在线手机同步备份业务MyPhone。微软为使其在互联网上与Google竞争，MS宣布推出数据存储及网络管理软件Live Mesh，迈出从PC领域到云计算的一大步。Microsoft将LiveMesh视为基于网上数据中心的软件平台，可以提供多种服务，包括计算机远程控制、电子设备及数据存储等。IBM于2008年提出了“蓝云”计划，推出共有云和私有云的概念。IBM提出私有云解决方案是为减少诸如数据、信息安全等共有云现存问题，从而抢占企业云计算市场。将重心放在将现有产品和技术整合上，并充分利用开源产品，是IBM 云计算方案的特点。例如利用 Xen虚拟化产品 、Linux操作系统+X86架构组成的IBM 服务器云数据中心。在共有云方面，IBM 于2009年发布了LotusLive Engage。基于云端的协作平台是IBM 2010年发展的一个重点。Apple是云计算领域的另一位角，从近年来推出的iTunes服务，到MobileMe服务，到收购在线音乐服务商Lala，再到最近在美国北卡莱罗纳州投资10亿美元建立新数据中心的计划，无不显示其进军云计算领域的巨大决心。
2.2 怎样给硬盘加密云计算国内运营商发展情况
  与美国相比，国内的云计算发展虽处于起步阶段，但各大通信运营商都表现得异常活跃。中国移动推出了“大云”(Big Cloud)云计算基础服务平台，中国电信推出了“e云”云计算平台，中国联通则是推出了“互联云”平台。
  2009年8月，中国移动研究院发布了0.5版本“大云”系统，并在此基础上设计了很多管理软件和应用。中国移动的“大云”是基于一些重要的开源软件开发的。以此为基础，中国移动研发和试验了高效的云系统管理软件和比较重要的几个应用，比如并行数据挖掘、云存储、大容量数据库及对搜索引擎的研究。中国移动通信研究院通过深入研发和试验HyperDFS、MapReduce、HugeTable、CloudMaster等云计算平台关键技术，自主搭建了1000个CPU组成的256节点规模的云计算试验平台，并开展系统评估与优化，构建了基于云计算技术的移动互联网业务海量数据存储和处理试验平台，开展了云计算应用研发和试验。
  2009年9月22日，中国电信上海分公司携手EMC推出“e云”。这片“云”能按照用户的设定，自动利用电脑空闲时间，将信息备份到上海电信的“e云”数据中心，当用户遇到电脑破坏、数据破坏、误删除、在家办公、远程办公等情况时，只要通过网络连接至电信服务器，就可以在任何地方恢复任意一个时间点的数据。“e云”可以把天翼Live等IM工具连接起来，目前，针
对主流手机终端以及其他增值服务的开发都在进行中，到时用户可以实现单一账号式登入。这意味着，未来不论是联通用户还是移动用户，无论是通过EVDO还是TD或WCDMA方式传输，只要设置一个单一账号，都能接入和使用电信的云服务。中国联通研究院也开展了“互联云”的试验。
3、云计算和虚拟化
  虚拟化(Virtualization)技术是云计算系统的核心组成部分之一，是将各种计算及存储资源充分整合和高效利用的关键技术。
  虚拟化的定义：虚拟化是为某些对象创造的虚拟(相对于真实)版本，比如操作系统、计算机系统、存储设备和网络资源等。它是表示计算机资源的抽象方法，通过虚拟化可以用与访问抽象前资源一致的方法访问抽象后的资源，可以为一组类似资源提供一个通用的抽象接口集，从而隐藏属性和操作之间的差异，并允许通过一种通用的方式来查看和维护资源。
3.1 服务器虚拟化
  服务器虚拟化技术可以使一个物理服务器虚拟成若干个服务器使用，如图2所示。服务器虚
拟化是基础设施即服务(Infrastructure as a Service,IaaS)的基础。服务器虚拟化需要具备以下功能和技术：
  1) 多实例：在一个物理服务器上可以运行多个虚拟服务器。
  2) 隔离性：在多实例的服务器虚拟化中，一个虚拟机与其他虚拟机完全隔离，以保证良好的可靠性及安全性。
  3) CPU虚拟化：把物理CPU抽象成虚拟CPU，无论任何时间一个物理CPU只能运行一个虚拟CPU的指令。而多个虚拟机同时提供服务将会大大提高物理CPU的利用率。
  4) 内存虚拟化：统一管理物理内存，将其包装成多个虚拟的物理内存分别供给若干个虚拟机使用，使得每个虚拟机拥有各自独立的内存空间，互不干扰。
  5) 设备与I/O虚拟化：统一管理物理机的真实设备，将其包装成多个虚拟设备给若干个虚拟机使用，响应每个虚拟机的设备访问请求和I/O请求。
  6) 无知觉故障恢复：运用虚拟机之间的快速热迁移技术(Live Migration)，可以使一个故障
虚拟机上的用户在没有明显感觉的情况下迅速转移到另一个新开的正常虚拟机上。
  7) 负载均衡：利用调度和分配技术，平衡各个虚拟机和物理机之间的利用率。
  8) 统一管理：由多个物理服务器支持的多个虚拟机的动态实时生成、启动、停止、迁移、调度、负荷、监控等应当有一个方便易用的统一管理界面。
  9) 快速部署：整个系统要有一套快速部署机制，对多个虚拟机及上面的不同操作系统和应用进行高效部署、更新和升级。

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