云计算基础

交付计算资源的另一种方式

革命就是人们的思考和行为方式在性质和广度两方面发生的重大变化。按照这个定义,云计算的确算得上是革命了。云计算在计算机架构、软件和工具开发方面带来了根本性变化,当然也改变了我们存储、发布和使用信息的方式。本文的目的是帮助您了解这次革命的性质,让您能够适应和受益于云计算。

Grace Walker, IT 顾问, Walker Automated Services

Grace Walker,伊利诺斯州芝加哥市 Walker Automated Services 的合伙人,是一个有丰富背景和广博经验的IT顾问。她曾在 IT 界包括电信、教育、金融服务以及软件等行业工作过,曾经担任过经理、行政人员、程序员、技术指导、业务分析师、产品分析师以及系统分析师等职务。



2011 年 2 月 21 日

近几年,信息技术 (IT) 领域出现了一种新模型 — 云计算。尽管云计算只是一种交付计算资源的新方式,而不是新技术,但是它导致组织提供信息和服务的方式发生了革命。

在最初,IT 由大型机计算主导。这种配置最终让位给客户机-服务器模型。当代的 IT 不断向移动技术、普遍存在的计算和云计算发展。但是,与所有革命一样,这次革命包含原有的一些东西。

因此,要想彻底了解云计算的来龙去脉,就一定要记住云计算的许多特点实际上源于以前的系统。在许多方面,这个重大变化是在以前基础上的跃进,而不是过去的全面终结。在全新的云计算环境中,既能够通过云技术实现创新性协作,也能够发挥大型机等传统系统的功效。计算方式的这一重大变化为 IT 人员提供了无限的机会,他们可以利用这一变化发挥自己和组织的优势。

什么是云计算?

云计算是以服务形式交付 IT 的全面解决方案。它是一种基于 Internet 的计算解决方案,它像电网传输电力那样提供共享的资源。云中的计算机一起工作,各种应用程序使用同一计算能力集合,好像它们在单一系统上运行一样。

云计算的灵活性在于能够按需分配资源。因此,不再需要给任务分配特定的硬件,这会提高现有系统资源的利用率。在云计算出现之前,网站和基于服务器的应用程序都在特定的系统上运行。有了云计算之后,资源就集合为一台虚拟的计算机。在这种融合式配置提供的环境中,独立地执行应用程序,不需要关心任何具体配置。

云为什么会掀起热潮?

出现向云计算转移这一潮流有许多合理的重要的业务和 IT 原因。原因之一是外包的基本性质要求有更合适的解决方案。

  • 降低成本:云计算可以降低资本费用 (CapEx) 和运营费用 (OpEx),因为可以只在需要时购买资源,而且只按使用时间付费。
  • 优化人力资源的使用:使用云计算可以解放宝贵的人力资源,让他们能够把精力集中在创造价值上,而不是维护硬件和软件。
  • 健壮的可伸缩性:云计算允许快速地扩大或收缩规模,既没有时间限制,也不需要承担长期义务。

云计算的基本组成部分

云计算模型由前端后端组成。这两个部分通过网络连接,在大多数情况下是 Internet。用户通过前端与系统交互;后端是云本身。前端由客户机计算机(或企业的计算机网络)和用来访问云的应用程序组成。后端提供实现云服务的应用程序、计算机、服务器和数据存储。

层:计算能力成为商品

云的概念基于,每一层提供一类功能。云组件的这种分层方式让云计算的各个层成为像电力、电话服务或天然气一样的商品。云计算以低廉的价格向用户销售计算能力这种商品。云计算将会成为新型的公共事业服务。

虚拟机监视器 (virtual machine monitor, VMM) 让用户能够同时使用云设施(见 图 1)。VMM 是主机系统上的一个程序,它让一台计算机支持多个相同的执行环境。从用户的角度来看,系统是一台与其他用户隔离的自含的计算机。实际上,所有用户都由同一台计算机提供服务。虚拟机是一个由底层控制程序管理的操作系统 (OS),这让它看起来像多个操作系统。在云计算中,VMM 允许监视用户,因此可以管理数据访问、数据存储、加密、寻址、拓扑和工作负载转移等方面。

图 1. 虚拟机监视器的工作方式
虚拟机监视器的工作方式

下面是云提供的层:

  • 基础架构 层是云的基础。它由服务器、网络设备、存储磁盘等物理资产组成。IBM® Cloud 等提供基础架构即服务 (Infrastructure as a Service,IaaS)。在使用 IaaS 时,用户并不实际控制底层基础架构,而是控制操作系统、存储和部署应用程序,还在有限的程度上控制网络组件的选择。

    随需印刷 (Print On Demand,POD) 服务就是可以受益于 IaaS 的例子之一。POD 模型基于可定制产品的销售。POD 让个人能够在产品上进行设计并开店销售。店主可以上传他们的设计,数量不限。许多人上传了数千种设计。通过使用云存储功能,POD 可以提供无限的存储空间。

  • 中间层是平台。它提供应用程序基础架构。平台即服务 (Platform as a Service,PaaS) 提供对操作系统和相关服务的访问。它让用户能够使用提供商支持的编程语言和工具把应用程序部署到云中。用户不必管理或控制底层基础架构,而是控制部署的应用程序并在一定程度上控制应用程序驻留环境的配置。

    PaaS 的提供者包括 Amazon 的 Elastic Compute Cloud (EC2) 等。小企业软件工作室是非常适合使用 PaaS 的企业。通过使用云平台,可以创建世界级的产品,而不需要负担内部生产的开销。

  • 最上面一层是应用程序 层,这一层是对云的最直观表示。应用程序在这里运行,根据需要提供给用户。软件既服务 (Software as a Service,SaaS) 的提供者包括 Google Pack 等。Google Pack 包含可以通过 Internet 访问的应用程序和工具,比如 Calendar、Gmail、Google Talk、Docs 等等。

图 2 给出这三层。

图 2. 嵌入在 “服务式” 组件中的云计算层
云计算层

云的构成

云的构成有三种类型:私有(内部)、公共和混合型。

  • 公共云可供一般公众或大型行业组织使用,由销售云服务的组织拥有和供应。公共云被看作一般意义上的云;也就是说,离站的第三方提供商使用 web 应用程序通过 Internet 动态地供应资源,它们提供共享的资源并按使用量收费。
  • 私有云位于公司防火墙之内,由组织自己管理。它们是在企业内部创建和控制的云服务。私有云具有许多与公共云相同的优点,主要差异在于您的组织负责创建和维护云。
  • 混合型云是公共云和私有云的组合,同时使用公共和私有的服务。公共云提供商和企业本身分别承担一部分管理责任。通过使用混合型云,组织可以先判断要创建的服务的目标和需求,然后以最合适的方式获得它们。

IT 在云中的角色

考虑到管理和控制需要更加自动化,为了应对代码生产的增长,IT 人员的任务必须有所变化。IT 正在整合,对硬件和软件实现的需求更少了,但是也出现了新的任务。IT 的变化趋势是向知识工作者发展。在新的模型中,技术人员的主要责任是增强和升级一般业务过程。

开发人员

移动设备使用量的增长、社交网络的流行以及商业 IT 过程和系统在其他方面的发展将保证开发人员团队的工作更高效;但是由于云配置模型的系统化过程,企业开发人员的一些传统角色正在发生变化。

IBM 最近的一项调查 New developerWorks survey shows dominance of cloud computing and mobile application development(见 参考资料)表明,对移动技术的需求将呈指数级增长。这一趋势以及云计算在全球的快速流行势必导致了解这一领域的开发人员急速增加。为了满足不断增长的移动连接需求,需要更多了解云计算的开发人员。

云计算提供近乎无限的容量,因此不再需要考虑可伸缩性。云计算让开发人员可以访问大多数中小型企业无法负担的极大量的软件和硬件资产。这种配置提供 Internet 驱动的云计算和资产,让开发人员能够访问过去只能梦想到的巨大资源。

管理员

管理员是 IT 系统的守护者和立法者。他们的责任是控制用户对网络的访问。这意味着他们控制用户密码的创建,以及为对系统资产的一般访问等基本功能制定规则和过程。云计算的出现势必导致对这一过程的调整,因为管理员在这种环境中不再只关心内部问题,还要关心自己的企业与云计算的外部关系,以及公共云中其他承租人的活动。

由于管理和企业总体安全程序的性质,这还会改变防火墙的作用。这不会消除对保护系统的需求。云计算会带来更多责任,而不是减少。在云计算环境中,管理员不但必须在组织内部保护数据和系统,还必须监视和管理云,从而确保他们的系统和数据在所有地方的安全性。

架构师

架构师的任务是对真实 IT 环境中给定系统的功能进行有效的建模。基本责任是为代理商的云计算模型开发架构性框架。云计算的架构实际上由三个层(IaaS、PaaS 和 SaaS)的抽象组成,这种方式有助于部署云计算的企业满足自己的目标。需要开发层的功能的抽象,让决策者和基层人员能够使用这些抽象规划、执行和评估 IT 系统的过程。

在云计算时代,架构师的作用是对云的层的功能性交互进行设计和建模。架构师必须使用抽象确保 IT 发挥应有的作用,帮助实现组织的目标。

采用云还是不采用:风险评估

正在转向云计算的组织最关心的问题是安全性和私密性。提供云计算服务的公司明白这一点,他们知道如果没有可靠的安全性,他们的企业一定会垮台。因此,安全性和私密性是所有云计算提供商优先考虑的问题。

治理:如何监视行业标准?

在私有云中,治理由云的所有者负责;在公共云中,这一责任由服务提供商和服务使用方分担。但是,由于存在跨国恐怖主义活动、拒绝服务、病毒、蠕虫等因素 — 这些问题的某些方面超出了私有云所有者或公共云服务提供商和服务使用方的控制能力 — 所以需要全球、地区性和国家级的某种更广泛的协作。当然,对于公共云,这种协作不应该妨碍或损害云的所有者或使用者的控制能力。

带宽需求

如果打算采用云框架,那么必须在您的战略中评估带宽和可能出现的带宽瓶颈。在 CIO.com 的文章 The Skinny Straw: Cloud Computing's Bottleneck and How to Address It 中,提出了以下观点:

在过去,对于实现虚拟化的组织,提高虚拟机密度的主要瓶颈是内存容量;现在,新型服务器提供的内存量大多了,内存不再是系统瓶颈了。云计算解决了机器密度问题,从而消除了这一瓶颈 — 解决机器密度问题成了云提供商的责任,云用户不需要考虑它。

对于云计算,云用户与云提供商之间的带宽是瓶颈。

那么,带宽问题当前最好的解决方案是什么?在当今的市场上,最好的方法是刀片服务器。刀片服务器是以物理空间和电力使用量最小化为目标优化过的服务器。对于云计算来说,刀片服务器的主要优点之一是提高了带宽速度。例如,IBM BladeCenter 可以快速高效地处理高性能计算工作负载。正如过去必须解决内存问题才能够有效地缓解高虚拟机密度的瓶颈,现在必须解决云计算的带宽瓶颈,所以要考察提供商的能力,判断带宽瓶颈是否是主要的性能问题。

财务影响

IT 运营成本中的相当一部分来自管理和控制方面,所以在云计算环境中其中一些任务的自动化会降低成本。自动化可以显著降低错误几率和人工重复工作的成本。

其他一些因素对财务问题有不利影响,比如维护物理设施的成本、电力使用量、冷却系统以及控制和管理。无论如何,带宽不是惟一的问题。

降低风险

考虑下面的风险:

  • 数据处理不当的严重影响。
  • 有争议的服务费用。
  • 厂商的财务或法律问题。
  • 厂商的运营出现问题或关闭。
  • 数据恢复和机密性问题。
  • 一般的安全问题。
  • 外部力量发动的系统攻击。

如果使用云中的系统,在数据安全性和连接性方面会有风险,恶意活动也可能会妨碍计算过程。但是,如果进行缜密的规划、谨慎地选择服务提供商并细致地管理风险,大多数公司可以安全地使用这种技术。

结束语

在这个革命性的新时代,云计算可以向组织提供确保财务稳定和高质量服务所需的方法。当然,如果云计算要想达到最佳的安全性和一般运营标准,就必须有全球协作。云计算出现了,我们所有人都必须准备好应对这次革命。

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ArticleTitle=云计算基础
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