【YESLAB】云计算的“基本概念”七七八八

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云计算的“基本概念”七七八八
                  鲁大师  YESLAB  

云计算的“基本概念”
云计算（Cloud Computing）是一种基于互联网的计算方式，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。云计算有狭义云计算和广义云计算两种概念：

-     狭义云计算：指 IT 基础设施的交付和使用模式，指通过网络以按需的易扩展的方式获得所需资源

-     广义云计算：指服务的交付和使用模式，指通过网络以按需的易扩展的方式获得所需服务。这种服务可以是IT、软件、互联网相关，也可以是其他服务。

云计算示意图

云计算核心思想：通过统一管理和调度计算资源池中的资源，向用户提供服务。计算资源池由大量用网络连接的计算资源构成，提供资源的网络被称为云。云中的资源在使用者看来是可以无限、随时扩展的，并且可以随时获取，按需使用，按使用付费。

你需要多少，就分配给你多少，这是一种社会合理优化资源分配的趋势。一个非常形象的比喻是：电力的供应，通过电线从发电厂传到每家每户。以后的计算资源也会按照这个模式去走。目前还是各个有钱的“地主企业”自己买“发电机”，以后大型的计算中心、IDC机房、公有云将满足普通家庭用户对计算资源的需求，甚至中小型企业也会从这种规模经济中受益。“土豪”随意。

云计算的“特点”
-     按需自助服务：用户可以按需部署处理能力，如服务器时间和网络存储，而不需要与每个服务供应商进行人工交互。

-     网络接入无处不在：可以通过互联网获取各种能力，并可以通过标准方式访问，可以通过各种客户端（例如移动电话、笔记本电脑、掌上电脑PDA等）接入使用。

-     资源池与位置无关：供应商的计算资源被集中，以便以多用户租用模式服务所有用户，同时不同的物理和虚拟资源可根据用户需求动态分配和重新分配。用户一般无法控制或知道资源的确切位置。这些资源包括存储、处理器、内存、网络带宽和虚拟机等。

-     快速弹性：可以迅速、弹性的提供能力，能快速扩展，也可以快速释放以实现快速缩小。对客户来说，可以租用的资源看起来似乎是无限的，并且可在任何时间购买任何数量的资源。

按使用付费：流量的收费是基于计量的一次一付，或基于广告的收费模式，以促进资源的优化利用。比如计量存储、带宽和计算资源的消耗，按月根据用户实际使用收费。

云计算的“分类”
-     公有云：通常指第三方提供商为用户提供的能够使用的云，公有云一般可通过Internet 使用，可能是免费或者成本低廉。这种云有许多实例，可在整个开放的网络中提供服务。

-     私有云：私有云为一个企业单独使用而构建，提供对数据、安全性和服务质量的最有效控制。私有云可由IT部门或云平台业务提供商搭建。企业可以在搭建的云平台基础上部署自己的网络或应用服务。私有云可部署在企业的数据中心中，也可统一部署在云平台业务提供商的机房。

-     混合云：混合云是公有云和私有云两种服务方式的结合。由于安全和控制原因，并非所有的企业信息都能放置在公有云上，因此大部分已经应用云计算的企业将会使用混合云模式。

混合云为其他目的的弹性需求提供劳务很好的基础。比如私有云可以把公有云作为灾难转移的平台，在需要的时候使用它。

-     移动云：移动云把虚拟化技术应用于手机和平板电脑。适用于移动设备终端（手机或平板电脑）使用企业应用系统资源，它是云计算移动虚拟化中非常重要的一部分。

-     行业云：行业云是一种云平台。它由行业内或某个区域内起主导作用或者掌握关键资源的组织建立和维护，以公开或者半公开的方式向行业内部或者相关组织和公众提供有偿或无偿服务。

行业云又可以分为金融云、政府云、教育云、电信云、医疗云、工业云等。

云计算的“产生”
传统IT 技术存在利用率低，成本高，维护效率低，能源消耗高等诸多问题。在这种背景下，云计算在 2007年被提出。在提出后，云计算收到了大量关注，并得到了快速发展。从传统模式向云计算模式的转变主要包括如下几个方面：

-     计算和存储资源从局域网向 Internet 迁移。

-     软件从终端向云端迁移。

-     软硬件解耦，实现硬件共享。

从传统模式向云计算模式的转变如同所示：


云计算与传统模式的比较

云计算的“服务模式”

各服务模式之间没有必然联系，也不相互依赖，各服务模式的简单说明如下：

-     基础设施即服务 IaaS (infrastructure as a service)：提供给客户的服务是对所有设施的利用，包括处理、存储、网络和其他基本的计算资源。客户能够部署和运行任意软件，包括操作系统和应用系统。

客户不管理或者控制任何云计算基础设施，但能控制操作系统的选择、储存空间、部署的应用，也有可能获得有限制的网络组建（例如防火墙、负载均衡器等）的控制。

-     平台即服务PaaS (Platform as a Service)：提供给客户的服务是把客户开发或收购的应用程序部署到供应商的云计算基础设施上。

客户不需要管理或控制底层的云基础设施，包括网络、服务器、操作系统、存储等，但客户能控制部署应用程序，也可能控制运行应用程序的托管环境配置。

-     软件即服务SaaS（softwareas a Service）：提供给客户的服务是运营商运行在云计算基础设施上的应用程序，用户可以在各种设备上通过瘦客户端界面访问。客户不需要管理和控制任何云计算基础设施。

云计算的实现方式：虚拟化

虚拟化是云计算非常关键的技术之一，虚拟化的含义很广泛。将任何一种形式的资源抽象成另一种形式的技术都是虚拟化。在计算机方面，虚拟化一般指通过对计算机物理资源的抽象，提供一个或多个操作环境，实现资源的模拟、隔离或共享等。


云计算和虚拟化的关系
-     虚拟化的重点是对资源的虚拟，比如将一台大型的服务器虚拟成多台小的服务器。

-     云计算的重点是对资源池中的资源（可以是经过虚拟化后的）进行统一的管理和调度。

虚拟化的“特点”
-     分区：对物理机分区，可实现在单一物理机上同时运行多个虚拟机。
-     隔离：同一物理机上多个虚拟机相互隔离。
-     封装：整个虚拟机执行环境封装在独立文件中。
-     独立：虚拟机无须修改，可运行在任何物理机上。

虚拟化示意图

虚拟化的“名词解释”
-     虚拟机VM（Virtual Machine）：是指使用虚拟化技术，通过软件模拟完整的计算机硬件系统功能，构造出的完整虚拟计算机系统。该虚拟机可以独立运行在一个完全隔离的环境中，像使用本地计算机一样安全可靠。

-     客户操作系统（Guest OS）：指运行在虚拟机上的操作系统。



-     宿主机（Host Machine）：运行虚拟机的物理机。

-     宿主操作系统（Host OS）：宿主操作系统指被虚拟的物理机的操作系统。



-     Hypervisor（即虚拟机监视器VMM - Virtual Machine Monitor）：是一种运行在基础物理服务器和操作系统之间的中间软件层，可允许多个操作系统和应用共享硬件。因此Hypervisor可以被看成是虚拟环境中的“元”操作系统。它可以协调访问服务器上的所有物理设备和虚拟机。

Hypervisor是所有虚拟化技术的核心，不但协调着这些硬件资源的访问，也同时在各个虚拟机之间施加防护，非中断地支持多工作负载迁移的能力是Hypervisor的基本功能。

当服务器启动并执行Hypervisor时，它会加载所有虚拟机客户端的操作系统，同时会分配给每一台虚拟机适量的内存、CPU、网络和磁盘。



-     XEN Hypervisor：是一个开源的半虚拟化技术的VMM，负责在各虚拟机之间进行CPU调度和内存分配。Xen Hypervisor 抽象出硬件层，并控制虚拟机的执行，但不会处理网络、存储设备、视频以及其他I/O（输入/输出）。由于XenHypervisor 可以在单个计算机上运行多个修改过的操作系统，且最上层的用户应用无需做特殊修改，因此XenHypervisor无需特殊硬件支持，就能达到高性能的虚拟化。

-     Domain 0：Domain 0 是其他虚拟机的管理者和控制者，可以构建其他更多的Domain，并管理虚拟设备。它还能执行管理任务，比如虚拟机的休眠、唤醒和迁移其他虚拟机。

-     Domain U：指除Domain 0之外的虚拟机。

现在，大量厂商正在开发商业的Xen hypervisor，如Citrix XenServer，华为的FusionCompute。

Xen domain is a specific instance of a Xen virtual machine running on aspecific physical piece of hardware. Xen supports two basic types of domainswith different uses and capabilities.



Xen manages access to memory and hardware resources through a combinationof its hypervisor and a specially privileged Xen-modified kernel that is usedto manage, monitor, and administer all other Xen virtual machines running on aspecific piece of hardware. This specially privileged Xen kernel is known asdomain0.



One of the goals of Xen has always been to separate implementationrequirements from policy decisions, leaving administrative and configurationoptions to the domain0 system rather than hardwiring them into the hypervisor.Low-level CPU and memory allocation and management is done by the hypervisorbecause this is a physical requirement for running multiple virtual machines ona single physical system. The hypervisor is responsible for creating, managing,and deleting the virtual network interfaces and virtual block devicesassociated with each guest domain. ( Domain0中可以设置对虚拟机的管理参数，Hypervisor按照我们做Domain0中设置的参数去设置虚拟机。)



虚拟化的“架构”

寄居虚拟化架构（Hosted）：寄居虚拟化架构指在宿主操作系统之上安装和运行虚拟化程序，依赖于宿主操作系统对设备的支持和物理资源的管理。（类似 vMware Workstation）

-     裸金属虚拟化架构（Bear Metal）：裸金属虚拟化架构指直接在硬件上面安装虚拟化软件，再在其上安装操作系统和应用，依赖虚拟层内核和服务器控制台进行管理。

操作系统虚拟化架构（Docker）：在操作系统层面增加虚拟服务器功能。操作系统虚拟化架构把单个的操作系统划分为多个容器，使用容器管理器来进行管理。宿主操作系统负责在多个虚拟服务器（即容器）之间分配硬件资源，并且让这些服务器彼此独立。

混合虚拟化架构（Hybrid）：将一个内核级驱动器插入到宿主操作系统内核。这个驱动器作为虚拟硬件管理器来协调虚拟机和宿主操作系统之间的硬件访问。




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