云计算及其发展

“云”的特殊容错措施使得可以采用极其廉价的节点来构成“云”。“云”的自动化管理使数据中心管理成本大幅降低。另外,“云”的公用性和通用性使资源的利用率大幅提升。因此,“云”具有前所未有的性价比。

云计算是在2007年第3季度才正式诞生的新名词,但很快其受关注的程度甚至超过了网格计算(Grid Computing)等概念。

1、云计算的概念

云计算(Cloud Computing)的概念最早是由谷歌(Google)提出的,它描述的是一种基于互联网的计算方式,通过这种方式,共享的软硬件资源和信息可以按需提供给计算机和其他设备。“云”其实是网络、互联网的一种比喻说法,通常我们将提供资源的网络称为“云”。云计算的核心思想是,将大量用网络连接的计算资源统一管理和调度,构成一个计算资源池对用户进行按需服务,如图1所示。

图1云计算示意

云计算是继20世纪80年代大型计算机到客户端/服务器(C/S)的大转变之后的又一种巨变,它描述了一种基于互联网的新的IT服务增加、使用和交付模式,通常涉及通过互联网来提供动态的、易扩展的,而且常常是虚拟化的资源。

对于云计算,我们可以做一个形象的比喻:钱庄。最早人们只是把钱放在枕头底下保存,后来有了钱庄,很安全,不过兑现起来比较麻烦;现在发展到银行,人们可以到任何一个网点取钱,甚至通过ATM,就像用电不需要家家装备发电机,直接从电力公司购买一样。云计算带来的就是这样一种变革——由谷歌、IBM这样的专业网络公司来搭建计算机存储、运算中心,用户通过一根网线,借助浏览器就可以很方便地访问,把“云”作为资料存储及应用服务的中心。

2、云计算的特点

从研究现状看,云计算具有以下特点。

超大规模。“云”具有相当的规模。Google云计算已经拥有100多万台服务器,Amazon、IBM、微软和Yahoo等公司的“云”均拥有几十万台服务器。“云”能赋予用户前所未有的计算能力。

虚拟化。云计算支持用户在任意位置、使用各种终端获取服务。所请求的资源来自“云”,而不是固定的有形体。应用在“云”中某处运行,但实际上用户无需了解运行的具体位置,只需要一台终端设备,就可以通过网络来获取各种能力超强的服务。

高可靠性。“云”使用了数据多副本容错、计算节点同构可互换等措施来保障服务的高可靠性。因此,可以认为使用云计算比使用本地计算机更加可靠。

通用性。云计算不局限于特定的应用,同一片“云”可以同时支撑不同应用的运行,在“云”的支撑下可以构造出千变万化的应用。

按需服务。“云”是庞大的资源池,用户按需购买服务,像自来水、电和煤气那样计费。

极其廉价。“云”的特殊容错措施使得可以采用极其廉价的节点来构成“云”。“云”的自动化管理使数据中心管理成本大幅降低。另外,“云”的公用性和通用性使资源的利用率大幅提升。因此,“云”具有前所未有的性价比。

3、网格计算与云计算

网格(Grid)是20世纪90年代中期发展起来的下一代Internet核心技术。网格技术的开创者Ian Foster将其定义为在动态、多机构参与的虚拟组织中协同共享资源和求解问题。网格是在网络基础上基于SOA,使用互操作、按需集成等技术手段,将分散在不同地理位置的资源虚拟成为一个有机整体,实现计算、存储、数据、软件和设备等资源的共享,从而大幅提高资源的利用率,使用户获得前所未有的计算和信息能力。

网格计算通常分为计算网格、信息网格和知识网格3种类型。计算网格的目标是提供集成各种计算资源的、虚拟化的计算基础设施。信息网格的目标是提供一体化的智能信息处理平台,集成各种信息系统和信息资源,消除信息孤岛,使用户能按需获取集成后的精确信息。知识网格研究一体化的智能知识处理和理解平台,使得用户能方便地发布、处理和获取知识。

国际网格界致力于网格中间件、网格平台和网格应用的建设。国外著名的网格中间件有Globus Toolkit、UNICORE、Condor、Glite等。其中,Globus Tookit得到了广泛采纳。国际知名的网格平台有Tera Grid、EGEE、Core GRID、D-Grid、Ap Grid、Grid3、GIG等。其中,Tera Grid是由美国科学基金会计划资助构建的超大规模开放的科学研究环境,它集成了高性能计算机、数据资源、工具和高端实验设施。目前,Tera Grid已经集成了超过每秒750万亿次计算能力、30PB数据,拥有超过100个面向多种领域的网格应用环境。欧盟E-science促成网络EGEE(Enabling Grid for E-science)是另一个超大型、面向多个领域的网格计算基础设施。目前已有120多个机构参与,包括分布在48个国家的250个网格站点、68000个CPU、20PB数据资源、拥有8000个用户,每天平均处理30000个作业,峰值超过150000个作业。就网格应用而言,知名的网络应用协同数以百计,应用领域包括大气科学、林学、海洋科学、环境科学、生物信息学、医学、物理学、天体物理、地球科学、天文学、工程学、社会行为学等。我国也有类似的研究,如中国国家网格(Cina Natioal Grid,CNGrid)、空间信息网格(Spatial Information Grid,SIG)、教育部支持的教育科研网格(China Grid)等。

网格计算与云计算的关系,就像OSI与TCP/IP之间的关系。ISO制定的OSI网络标准考虑周到,也异常庞杂,虽有远见,但也过于理想,实现起来难度和代价非常大。TCP/IP网络标准将OSI的7层网络协议简化为4层,内容大大精简,迅速取得了成功。因此,可以说OSI是TCP/IP的基础,TCP/IP又推动了OSI,两者相互促进、协同发展。

没有网格计算打下的基础,云计算就不会这么快到来。网格计算以科学研究为主,非常重视标准规则,也非常复杂,实现起来难度大,缺乏成功的商业模式。云计算是网格计算的一种简化形态,可以说云计算的成功也体现了网格计算的成功。但对于许多高端科学或军事应用而言,云计算是无法满足需求的,必须依靠网格计算来解决。

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