云计算讲座知识ppt课件.ppt

秉虚为实，畅游云端,云计算知识讲座,2,目录,1、云计算介绍2、云计算定义3、云的分类4、云服务交付方式5、国内外云计算发展现状6、云计算技术解析7、云平台架构及实现技术,3,IT不再重要,4,云计算：21世纪的全球化信息电厂,西门子发明了可实用的发电机，商业化发电机开始应用到生产中,1860年代,1870年代,第一个城市中央电厂在芝加哥出现，并迅速得到了广泛的应用,1900年代,爱迪生发明了可实用的电灯，并同时开设社区电厂，电开始影响人类的生活,集成电路计算机出现，计算机在商业中迅速普及得到了广泛应用,1960年代,1970年代,Google、Amazon 等开创了云计算的商业化应用， 实现了IT能力的远距离传输,2000年代,微型计算机出现，并在其后20年间开始影响人类的生活,长距离输电网络技术逐渐成熟，并开始商用,1890年代,Internet网络技术在全球迅速普及，广泛应用,1990年代,电的应用主宰了人类社会，各种电器出现，催生了史上最大的家用电器行业，人类社会开始有了现在的家庭生活,20世纪,云计算的应用是否会主宰人类社会？人类社会将有怎样崭新的生活？,21世纪,电的历史,IT的历史,和中央电厂一样，云计算的核心是让计算服务和运营能力像电一样能够长距离传输，随需索取。 这将会对IT业以及每家公司的结构造成深刻变革。 100年来的故事或许将在未来重演,如果你理解了中央电厂的来由和它为人类社会带来的历史性变化，那么，你就会明白云计算将会开创多么激动人心的未来。,5,云计算是信息技术发展的方向,大型机时代,1960年代,1980年代,2000年代,1990年代,微型机时代,个人计算机变革将只在特定行业中应用的大型主机变成每个人都负担得起的个人电脑，大幅度提高了个人生产效率和企业效率。,互联网变革将数以亿万计的信息孤岛汇集成庞大的信息网络，极大的提高了人类沟通，共享和协作的效率，丰富了社交和娱乐生活。,互联网时代,云计算变革将IT产业变为环保和节约的绿色产业；将IT基础设施转变为像水和煤气一样的社会公用基础设施；连接所有的电子产品形成具备无限容量和能力的设备；将信息渗透到社会每一个角落成为社会组织和个人的基本属性。,技术,云计算时代,时间,信息技术在经历了个人计算机变革、互联网变革之后，将迎来第三次跨时代的变革：云计算变革,6,云对IT行业的影响,云计算促使IT行业的业务模式转向以服务为中心，IT行业的生态系统将以具有垄断地位的IT运营商为核心进行重建；IT行业将面临重新洗牌！,重构IT业务模式,垄断IT运营商,全新IT生态系统,正如通信网络的规模经济效应导致具有垄断地位的通信运营商出现；云的规模经济效应加速IT基础设施集中化，从而导致具有垄断地位的“IT运营商”出现,以产品运营为核心的业务模式将转变为以服务为核心的业务模式；卖设备、卖License的硬件和软件供应商将逐步边缘化，取而代之的是IT服务提供商,在ICT融合的背景下，在新型云计算业务的冲击下，旧有的IT产业链分工模式将完全打破，将以IT运营商为核心，来建立IT产业的全新生态系统,7,云正在深刻的改变世界,信息社会：人类将生活在以信息为中心的社会，社会组织和企业活动以互联网为中心组织，云服务成为水、电一样重要的基础设施物联网：感应器将植入人类社会的各类物理基础设施中，经由无线通信网络连接，通过云平台进行有效管理，实现物理基础设施和IT基础设施的有效整合，人类社会将通过云而成为一个有机的整体群体智慧：云计算可以使人类在网络社区上既方便又快速地进行互动、分享与合作，提高现有知识的社会共享，从而通过更广泛的个体合作与竞争中创造共享的和集体的智能,云作为IT产业的第三次的变革，不仅仅影响IT产业，也将对人类社会产生深远的影响，主要表现在如下方面：,8,绿色计算,打造新一代数据中心,标准化及整合,提升业务敏捷性，降低市场响应时间，推动业务与技术创新,改变IT支出的成本结构,降低复杂度,成为新的云服务提供商,云计算驱动力,9,云计算的愿景,1879, The dynamo,Corporate DC,IDC,1882, Central power station,云计算所倡导的是一种新的基于网络的IT服务的供给、消费、交付模式！,10,11,目录,1、云计算介绍2、云计算定义3、云的分类4、云服务交付方式5、国内外云计算发展现状6、云计算技术解析7、云平台架构及实现技术,12,对云的不同理解,Cloud,13,简单的类比,说您刚刚搬到一个新的城市，要找个地方住,14,您可以,建一座房子或租一座房子,15,如果选择建一座房子，您必须作出一系列的抉择,16,一旦建成 您就要负责 维护,雇员 装饰设计师,电工,管道工,物业费,电费,水费,空调,清洁工人,17,假设您所在的城市提供这样一种房屋：一个拥有 大量 公寓单元的房屋,18,每个单元可以 容易地 被转换成 2,3,4 或更多的单元,19,只需付出 租金对应使用功能！,按需付费,20,云计算模型能以按需方式，通过网络，方便的访问云系统的可配置计算资源共享池(比如：网络，服务器，存储，应用程序和服务) 。同时它以最少的管理开销及最少的与供应商的交互，迅速配置提供或释放资源。,云计算 NIST定义,21,云计算的定义,云计算的服务模式,云计算的外部特征,云计算的内部特征,云计算服务的定义,22,云计算服务模型,23,目录,1、云计算介绍2、云计算定义3、云的分类4、云服务交付方式5、国内外云计算发展现状6、云计算技术解析7、云平台架构及实现技术,24,25,云计算分类,接受度,26,目录,1、云计算介绍2、云计算定义3、云的分类4、云服务交付方式5、国内外云计算发展现状6、云计算技术解析7、云平台架构及实现技术,27,云计算是下述的发展，或者说是这些计算机科学概念的商业实现：并行计算(Parallel )分布式计算(Distributed )网格计算(Grid )云计算是下述等概念混合演进并跃升的结果：虚拟化(Virtualization)效用计算(Utility Computing)面向服务（SOA）IaaS(基础设施即服务)PaaS(平台即服务)SaaS(软件即服务),云计算的技术演进路线,28,29,IAAS - INFRASTRUCTURE as a service,绝大多数是物理设施,低利用率,基础设施：IT人员 比例低,少量自动化,静态峰值容量部署,很难支撑PAAS/SAAS,物理设施及虚拟化设施,中到高利用率,基础设施：IT人员 比例高,高度自动化,平衡的动态部署,支撑PAAS/SAAS,维护困难,便于维护,30,IAAS架构,31,示例：补丁安装 比较,32,架构私有云PaaS平台,PaaS 资源 抽象服务，统一平台,Data Services,OS + Development Platform,Identity & Security Services,Common Services,Provisioning &Management,应用开发部门,软件开发商,PaaS管理者,Integration Services,Application Services,33,定义SaaS是“软件即服务”。表示一种计算模式，把软件作为服务。通过Internet 提供软件的模式，厂商将应用软件统一部署在服务器上，客户可以根据自己的实际需求，通过网络向厂商订购所需的软件应用服务，按订购的服务多少和时间长短支付费用，通过互联网获得服务。特性通过云端或浏览器访问软件多主租用按需使用,私有云SaaS 服务,公有云SaaS服务,在线邮件,网络会议,在线杀毒,在线CRM,在线进销存,在线HR,OA,CRM系统,ERP系统,邮件,门户,专业应用,管理系统,业务系统,生产营运,系统,内容管理,在线,公有云SaaS服务示例,私有云SaaS服务示例,34,35,目录,1、云计算介绍2、云计算定义3、云的分类4、云服务交付方式5、国内外云计算发展现状6、云计算技术解析7、云平台架构及实现技术,36,37,38,39,典型企业的云计算之路Google,Google搜索之所以跑在云计算上，是因为当初没钱用高性能计算机，无奈之下，用提高软件系统的分布式部署和调度能力，用MAP Reduse 来做流程执行，用分布式文件系统来构建，反倒成就了如今的云计算的优势，那就是支持很强的容灾，支持scability的规模提高，支持多并发用户的感受度，而最最关键的是，达到了每用户访问最低的运营成本。,40,典型企业的云计算之路Google,41,Advanced Innovations公司在2009年业务增长了83%的同时也面临IT系统扩容的挑战。而当其转向Amazon EC2时，IT系统能力迅速增强，从而支撑其业务的快速发展。部署一个Oracle DB只需要23分钟，而所要做的就是按一些按钮Advanced Innovations CTO,典型企业的云计算之路Amazon,Aamzon通过虚拟化将IT资源出租给其它公司（IaaS），使系统的利用率变得更高并产生利润。同时，也为小企业提供了与大企业竞争一样的最先进的IT平台。,通过虚拟化将闲置运算、存储资源划分出租给其他公司，实现（IaaS）基础架构即服务,根本没有任何预付费用，任一公司利用这些服务时，只需要为它使用的设备能力付费。而且，它租用的是现代互联网运算设计的最先进的系统。,42,典型企业的云计算之路Amazon,43,典型企业的云计算之路Salesforce,44,目录,1、云计算介绍2、云计算定义3、云的分类4、云服务交付方式5、国内外云计算发展现状6、云计算技术解析7、云平台架构及实现技术,45,云的部署：IaaS、PaaS和SaaS描述,PC,硬件资源（PowerPC、x86、ARM）,操作系统Linux、Windows、UNIX,开发环境C、C+、Java、Python、Perl等,软件应用,运行库（.Net、JRE）,SaaS,PaaS,IaaS,基于互联网,Cloud共享资源,SaaS：通过互联网向最终用户提供软件应用服务。主要特征：多租户、数据分离、水平扩展、可个性配置、可伸缩。代表：Salesforce CRM、微软的Online服务、IBM Lotus Live。PaaS：通过互联网向开发者提供运行平台托管服务，提供开发SDK，开发者开发应用后可直接运行在PaaS上。主要特征：运行平台托管、提供增强的平台能力。代表：Google的AppEngine、微软的Azure Platform、Salesforce的FIaaS：应用虚拟化、自动化部署等技术，通过互联网向用户提供基础IT设施的技术方案与服务模式。主要特征是资源动态弹性供应、资源整合与共享、资源利用率高、节能降耗、管理成本下降。主要代表：Amazon的ec2、S3,46,什么是虚拟化？ 当下的 x86 计算机硬件是专为运行单个操作系统和单个应用程序而设计的，因此大部分计算机远未得到充分利用。借助虚拟化，可以在单台物理机上运行多个虚拟机，每个虚拟机都可以在多个环境之间共享同一台物理机的资源。不同的虚拟机可以在同一台物理机上运行不同的操作系统以及多个应用程序. 以虚拟化的技术将基于 x86 的计算机的硬件资源（包括 CPU、RAM、硬盘和网络控制器），以创建功能齐全、可像“真实”计算机一样运行其自身操作系统和应用程序的虚拟机。每个虚拟机都包含一套完整的系统，因而不会有潜在冲突。 硬件虚拟化的工作原理是，直接在计算机硬件或主机操作系统上面插入一个精简的软件层。该软件层包含一个以动态和透明方式分配硬件资源的虚拟机监视器（或称“管理程序”）。多个操作系统可以同时运行在单台物理机上，彼此之间共享硬件资源。由于是将整台计算机（包括 CPU、内存、操作系统和网络设备）封装起来，因此虚拟机可与所有标准的 x86 操作系统、应用程序和设备驱动程序完全兼容。可以同时在单台计算机上安全运行多个操作系统和应用程序，每个操作系统和应用程序都可以在需要时访问其所需的资源。,虚拟化技术,47,虚拟化技术,虚拟化技术主要为了解决如何让软件应用与底层硬件实现分离。例如X86的机器能够运行Mac OS系统以及应用。主要目的是为了让同一台物理服务器可以运行多个应用系统，从而提升物理服务器的利用率。例如上面的例子，原来每个机器的利用率只有20%，但各自运行着Windows NT、Windows Server 2003以及Linux，通过虚拟化技术使得中间的服务器能够同时承载不同的OS，从而可以运行不同的应用，提升利用率（中间服务器利用率达到70%），降低能耗（两边的服务器可以关机）。并且可以实现不同应用的数据隔离。,48,虚拟化技术,虚拟化技术可用于整合资源，提升资源利用率，降低能耗，是绿色IT的关键技术。虚拟化技术使得不同用户的应用运行在同一个服务器资源上，却可以保证不同用户数据的隔离。虚拟化技术使得VM（虚拟机，一个映射文件）能够在底层服务器发生故障，自动迁移到其他状态良好的服务器上，甚至整个数据中心发生灾难，都能够实现快速恢复。虚拟化技术使得用户的系统配置需求能够快速获得满足，不同配置的VM（资源+OS+App）能够自动部署到资源池上。IaaS是通过互联网请求和配置VM的（例如需要能够运行Windows Server 2003和Oracle DB，要求500G硬盘，CPU为3GHZ），如果不采用虚拟化，需要人工去寻找特定的服务器（x86）以及相应的配置，并且进行安装部署虚拟化技术使得用户的VM能够实现动态弹性变更，而不需要预先预测容量需求IaaS服务的一大特色正是用户可以在互联网弹性变更资源需求,X,49,目录,1、云计算介绍2、云计算定义3、云的分类4、云服务交付方式5、国内外云计算发展现状6、云计算技术解析7、云平台架构及实现技术,50,根据现有技术及厂商产品相结合，从资源服务层、云管理平台层、服务界面层，以及运行维护层和安全管理层两个辅助层，分析每层所涉及的技术，以及技术实现方式。,云平台架构介绍,1、云平台整体框架,51,资源池,资源服务层资源池化,52,服务器层寄宿虚拟化： 虚拟化管理程序作为应用运行在宿主操作系统上，利用宿主操作系统的功能来实现硬件资源的抽象和虚拟机的管理，实现较易，但性能较低。典型实现：VMware Workstation、Microsoft Virtual PC、SUN XVM和Microsoft Hyper-V 。原生虚拟化： 虚拟化层管理程序直接安装在物理服务器上，不需要依赖宿主操作系统，虚拟机运行在虚拟化平台上，虚拟化平台提供指令集和设备接口，以提供对虚拟机的支持。具有较好的性能，但实现更为复杂，典型实现：Citrix Xen、VMware ESX Server和IBM PowerVM 。,资源服务层服务器虚拟化技术,53,存储层基于主机的存储虚拟化： 若干个独立的存储设备通过运行存储管理软件实现一个有机的虚拟存储设备整体，用户不需直接控制物理存储设备。典型实现：Symantec Storage Foundation。 优势一，可以使系统在存储空间调整过程中仍然保持在线状态，优势二，可以实现主机上存储设备并行使用 。 缺点，运行时占用主机资源，影响系统运行效率、稳定性和安全性, 容易产生单点故障或安全攻击导致的资源不可用,资源服务层存储虚拟化技术,54,基于SAN 网络的存储虚拟化： 具体的存储虚拟功能的实现在交换机或存储虚拟化服务器中进行。依据虚拟化引擎的位置不同，存储虚拟化技术分为带内（in-band）和带外（out-of-band）两大类。 带内又称对称虚拟：是虚拟化引擎应用在应用服务器和存储的数据通路上的实现方式带内虚拟化存储具有很强的协同工作能力，可以通过集中的管理界面进行控制。 优势：其对系统数据的安全保障很好。 缺点：增加了主机和物理存储设备之间的时延，但由于I/O在固定的通道中传输，限制了其扩展性。对于降低虚拟化的复杂性和简化管理方面，实现有困难。 带外又叫不对称虚拟：是在数据通路外的存储虚拟化服务器上实现的虚拟功能，典型实现：EMC Invista。 优势一，由于主机直接将虚拟化存储指令分配到目的设备上，I/O运行不再受到增加等待时间或带宽的制约。 优势二，由于元数据服务器不与主机交换信息,而是和智能端口交换信息，加大了其易操作性和扩展性。 优势三，由于大多数的 I/O 运算在智能交换机内由端口的处理器直接处理，如果需要增加规模，只需要增加更多的处理器，适合大规模扩展配置，支持当前所有的大规模数据中心,资源服务层存储虚拟化技术,55,。基于存储控制器的存储虚拟化： 在存储设备内部或存储子系统内部实现存储虚拟化，根据采用的方案不同，RAID、镜像、盘到盘的复制以及基于时间的快照都采用了此类虚拟化。通过虚拟化，虚拟磁带库、虚拟光盘库等都得以 在存储子系统中加以实现。与带内方式的存储虚拟化相似。典型实现：HDS USP和IBM Storwize v7000。 优势：在存储子系统上的虚拟可以将存储和主机独立起来，不会过多地占用主机的资源，可以使主机将其资源有效地运用在应用服务上。 缺点：对其后台所使用的具体硬件兼容性要求很高，在存储设备升级和扩容过程中需要受到某些限制。,资源服务层存储虚拟化技术,56,资源服务层存储虚拟化技术总结,57,网络设备虚拟化 ： 一种是可将一台物理网络设备虚拟成多个虚拟网络设备，并且分别为各虚拟网络设备配置独立的吞吐带宽、通信端口、内存、存储空间以及管理权限。增加了网络设备的利用率，节省了硬件成本及能耗；典型实现：思科Nexus系列交换机（支持VDC技术） 另一种是指可以将多台物理网络设备集合为一台虚拟网络设备，由其中一台网络设备对所有虚拟出的网络设备进行统一的维护和管理，提高了可管理性和维护效率，并且在虚拟网络设备包含的物理网络设备之间去除了生成树协议并支持多路径负载均衡机制。典型实现：思科Nexus系列交换机（支持Fabric扩展技术）、博科VDX系列交换机（支持虚拟集群交换技术（VCS） ）网络转发资源的虚拟化（异构网络的融合）： 通过单一的、高可靠的万兆以太网（或更高速率）来统一承载数据和存储等流量，融合多种不同类型的业务流量。为了实现这种融合，可以同时区分以太网流量和存储流量并且采用不同的处理方式来处理这两种流量。这种融合可使数据中心网络高度统一化、核心化。典型实现：思科的Nexus系列交换机和博科的VDX系列,资源服务层网络虚拟化技术,58,管理平台和服务界面,管理平台层 对虚拟资源的统一管理，为业务系统提供开放、集成的服务，为管理者提供易管理和推广的资源分配管理途径。现有的管理平台工具，基本都能实现跨平台。但根据用户的云平台管理需求，可对工具进行定制性开发。典型实现：IBM Systems Director、DELL AIM、VMware vCenter和Microsoft system Center。服务界面层 与业务关联合作，根据业务需求进行相应的开发，虚拟资源通过web门户和编程接口，以自动化目录形式向用户提供虚拟化服务。,59,云安全层 在此层，国际上有相应的标准可以应用CSA，对云服务的主要安全关注点分为治理和运行2个领域，共涉及12个具体的关键域。对于层中的安全监控等有成熟工具的需要向管理平台提供接口，其他无工具的安全管理点需要定制开发。运行维护层 云计算平台建成后必须建立相应的运行维护团队，并配备相应的专业人员并制定相关的业务流程，才能保证云计算平台的有效运行。业务流程涉及云资源池内各种系统资源的流程化管理。在云资源管理中，主要包括了服务器和虚拟机、存储资源、以及网络资源的使用和监控过程的流程化管理。建立流程化的管理，不仅提供用户和管理人员的便捷而直观的操作方式、实现自动化过程和自助化服务模式，而且也确保了系统使用的分规范性。通过对业务流程的管理，用户和相关的管理人员根据相应权限可以实现对各类资源的申请、使用、查询和销毁等操作。云资源池管理的关键业务流程，涉及了各种资源、服务的全生命周期，可以概括为：资源申请 ，资源使用 ，资源查询 ，资源告警 ，资源回收,云安全和运行维护,60,云计算标准化是云计算推广和应用的前提，也是云计算的终极目标。目前国内外有不少组织已经开始探讨云计算标准化的问题，希望在未来的云计算核心技术发展中获得一定的话语权。 云计算标准化包含的内容非常广泛，比如软件开发的标准化、网格计算的标准化、资源管理接口的标准化等。,2、云平台相关标准,61,美国国家实验室（NIST）的目标是为云计算在政府和工业领域的安全应用提供技术指导，并推广相关技术标准。NIST提出的云计算的定义被许多人当成云计算的标准定义。NIST专注于为美国联邦政府提供云架构以及相关的安全和部署策略，包括制定云标准、云接口、云集成和云应用开发接口等。分布式管理任务组（DMTF）最近发布了Open Virtualization Format（OVF） 1.0，规定了虚拟化镜像的部署和封装标准。2010年7月，DMTF下属的云计算工作组（CMWG）开始起草开放云标准孵化器（Open Cloud Standard Incubator），并且制定了云资源管理协议、封包格式和安全管理协议，还发布了云互操作性和管理白皮书。DMTF共有来自43个国家的160个成员。存储工业协会（SNIA）是成立时间较早的中立性的存储行业协会组织，其宗旨是领导全球范围内的存储开发、标准推广以及技术和培训服务。SNIA成立了云计算工作组，并于2010年4月正式发布CDMI 1.0。SNIA云计算工作组的任务是推广云规范，统一云存储的接口，实现面向资源的数据存储访问，扩展不同的协议和物理介质。,62,开放网格论坛（OGF）其目标是制定和推广网络计算的标准和规范。该组织推出了OCCI 1.0。该标准的目的是建立架构即服务的云接口标准，实现云架构的远程管理，开发不同工具为云计算的部署、配置、自动扩展和监控提供支持。云安全联盟（CSA）成立于2009年4月，其宗旨是推广云安全最佳实践和云安全培训。CSA编写了云计算消费者和服务提供商关心的15个战略领域的关键问题和建议。目前，CSA的成员包括DMTF、OGF、ISACA等14个组织以及55家公司。The Open Group是一个厂商中立、技术中立的联合会组织，目标是在开放标准和全球互操作性的基础上，实现企业内部和企业之间的无边界的信息流集成，从而减少企业运营的成本，增强系统的可扩展性和敏捷性，解除云产品和服务对厂家的锁定。云计算互操作论坛（CCIF）是非盈利技术社区组织，其目标是建立全球的云团体和生态系统，探讨新兴技术趋势和参考结构，帮助不同组织加快应用云计算解决方案和服务。CCIF提出了统一云接口（UCI），并把不同云的API统一成标准接口，从而实现云的互操作。,63,谢谢！,