云计算技术的进展与未来趋势

### 云计算技术的进展与未来趋势 #### 1. 基于服务的云分类 设备、编程和系统管理技术的进步推动了分布式计算的发展。这些进步是实现分布式计算的基础，且大多是应需求增长而发展起来的。 在设备领域，多核CPU、内存芯片和磁盘阵列的快速发展，使得数据中心处理速度更快、存储容量更大。资产虚拟化则让具备HTC和灾难恢复能力的快速云组织成为可能。软件即服务（SaaS）、Web 2.0准则以及互联网性能的进步，都推动了云服务的兴起。如今的云旨在服务大量用户，同时处理海量数据，大规模分布式存储系统是当今数据中心的基石。 云模型主要分为两类：服务模型和部署模型。服务模型根据所提供的云服务类型进行分类，部署模型则根据云服务的使用方式和使用者进行分类。 #### 2. 云架构 云计算被IT行业和学术界推崇为一种新的计算模式，它能提供广泛的服务。然而，如何管理这些服务并保证其质量，已成为云计算发展的关键因素。 结合面向服务的架构及其理念管理，有人提出了一种多层次的云服务资产管理层级模型，涵盖基础架构、虚拟化中间件平台和作为服务的业务应用。不过，目前“云计算”并没有被广泛认可的定义。云计算依赖于矩阵处理、虚拟化、分布式和Web服务以及面向服务的架构。 现在，企业使用云服务来提高服务的灵活性，并应对资源需求的波动。云提供并消耗虚拟化的实际资产，混合云结合了公共云和私有云，为企业提供了更大的灵活性，而社区云则由一个社区或一组企业管理。 #### 3. 基础设施即服务（IaaS）、平台即服务（PaaS）和软件即服务（SaaS） - **IaaS**：基础设施即服务模型的示例包括虚拟机、云存储、防火墙等网络组件以及配置服务。用户按小时为所使用的CPU时间、存储空间、带宽和基础设施付费。 - **PaaS**：PaaS服务使应用程序能够快速轻松地部署，因为无需购买或管理底层硬件或软件，也无需提供托管资源。 - **SaaS**：SaaS为客户消除了软件维护的负担，服务提供商负责应用程序的更新、部署、维护和保护。以Gmail为例，用户对其管理和使用的控制有限，但可以通过设置菜单启用优先收件箱、签名、撤销发送邮件等功能。 #### 4. 虚拟机和Docker容器的创建 ##### 4.1 虚拟化 与传统的资源分配不同，服务工作负载会随时间变化。为满足预期的高峰需求，执行环境通常会配备过多的资源和功率，导致大量浪费，资源的平均利用率每天在15% - 20%之间。计算机资源虚拟化的概念由来已久，它提高了大型机系统的利用率、管理效率和可靠性。 ##### 4.2 全虚拟化 在虚拟化环境中可以运行客户操作系统。只要客户操作系统和应用程序不知道自己处于虚拟化环境中，它们就可以像在配备了英特尔虚拟化技术等硬件支持的物理系统上一样正常运行。通过这种技术，软件和硬件可以完全分离，使得应用程序和工作负载在物理系统之间的迁移更加容易，而且这种技术风险极低。 不过，作为虚拟化的一部分，VM监控器必须显示整个系统的映像，包括虚拟BIOS、内存以及虚拟外围设备。例如，VM监控器需要为虚拟化组件创建和维护影子内存页表，每次VM访问这些数据结构时都需要进行更新。微软虚拟服务器和VMware ESX服务器都可以实现完全虚拟化。 ##### 4.3 半虚拟化 半虚拟化创建的硬件抽象与每个虚拟机使用的抽象类似但不完全相同。它需要修改虚拟机的客户操作系统，使客户操作系统不知道自己运行在虚拟机上，从而实现接近本地的性能。但半虚拟化也存在一些缺陷，如未经认证的连接和客户操作系统缓存的数据等问题。 云计算的特点是并行计算、分布式计算和框架注册的发展，以及虚拟化、实用程序注册、软件即服务、基础设施即服务和平台即服务的融合与进步。云提供的PC框架服务以虚拟化机器阶段的形式呈现，与传统硬件机器相比，云使这些机器通过网络更易获取，配置灵活，性能更优，能满足客户的需求。 工程师可以安装和运行软件开发所需的平台，大多数云服务提供商允许用户免费或以低成本配置虚拟机。云以容器的形式提供虚拟化功能，对于高效的虚拟化，直接虚拟机需要在其硬件上运行管理程序，而容器化则不需要管理程序，这节省了处理器的生产力并提高了性能。此外，容器大小可灵活调整，避免了资源过度配置。 通常，这些虚拟机以磁盘映像、对象、负载均衡器或IP地址的形式呈现，可以动态部署在云上，并通过为每个虚拟机实例分配唯一的主机地址来保证其安全性。这些虚拟机预先安装在被称为服务器农场的大型设备池上，服务提供商按实用程序处理的原则对其收费。IaaS可以提供以下常见的虚拟组件： - 计算机硬件 - 计算机网络 - 互联网接入 - 客户指定的用于运行虚拟机的平台虚拟化环境 - 服务级别协议 ##### 4.4 部署模型 美国国家标准与技术研究院认可的主要部署模型如下： | 部署模型 | 描述 | 示例 | | --- | --- | --- | | 私有云 | 由单个组织