云計算，在當前是一個炙手可熱的概念，IDC(互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心)預測云計算將在未來15—20年成為影響整個IT行業(yè)的關鍵性技術，它將引起未來工作方式、商業(yè)模式的根本性改變”，當今時代，計算機網(wǎng)絡與人們的工作、學習、生活密切相關，因而，云計算不僅成為IT行業(yè)的研究熱點，也成為圖書情報、電子商務、電子政務等IT應用行業(yè)的研究熱點，而且引起廣泛關注成為一個大眾話題。
從2008年至今，云計算已由抽象概念發(fā)展到行業(yè)應用，已由“王謝堂前燕，飛入尋常百姓家”，對云計算，除了高深研究、應用開發(fā)外，還需要知識普及和不同層面不同視角的解析，本文擬從IT基本常識出發(fā)，基于人類認識事物的一般性思維方式，對云計算的Why，為什么，它的目標；What，它是什么，它的架構；How，它怎么樣，它的實現(xiàn)機制等問題做一簡單梳理與解析。
1 云計算的目標
為什么要實現(xiàn)云計算?可以簡單地用一句話概括：它是信息社會發(fā)展的客觀需要社會需求是云計算發(fā)展的動力，基于常識，思維與記憶是使人類區(qū)別于其他動物成為世界主宰的獨有生理功能，人類發(fā)明了符號、計算、載體等使思維與記憶的功能得到無限延伸，現(xiàn)代信息技術更是人類歷史上的一次偉大創(chuàng)舉，計算機能按照事先存儲的程序自動進行數(shù)字化信息處理，處理能力廣、快、精、準；各類磁、光介質(zhì)載體實現(xiàn)了信息的海量存儲；網(wǎng)絡打破了物理空間的障礙，將人類帶入了信息時代信息時代，數(shù)字化生存、數(shù)字化工作，計算機網(wǎng)絡是社會不可或缺的一部分，但隨著時代的發(fā)展，許許多多的新矛盾隨之產(chǎn)生，其中最突出的是信息基礎設施的高投人與綜合使用率低下之間的矛盾。
信息時代，信息是人們的必需品，而使用發(fā)布信息必須借助信息基礎設施，傳統(tǒng)模式下，任何一個單位實現(xiàn)信息化，一方面要購買服務器、存儲設備、網(wǎng)絡設備，另一方面還要購買或開發(fā)相關軟件，另外還要配備專業(yè)人員進行系統(tǒng)維護，投人了大量的人力、物力與財力，但是實際上，一個單位需要的不是基礎設施，而是基礎設施所提供的信息服務，很多時候只是很小一部分服務，這樣，信息化對于很多單位而言，一方面因付不起基礎設施的高投入而享受不到信息服務，另一方面搭建了基礎設施卻得不到充分使用，計算、存儲等資源大量閑置，特別是存儲方面，現(xiàn)代社會信息爆炸，數(shù)據(jù)的產(chǎn)生與發(fā)展速度成為未來發(fā)展的嚴峻挑戰(zhàn)，幾年前，以“GB”為單位的數(shù)據(jù)被稱為“海量數(shù)據(jù)”，但是今天，“GB“只是個小網(wǎng)站(甚至是某些個人資料)的“數(shù)據(jù)單位”，數(shù)據(jù)的增長需要基礎設施的不斷更新，這使得信息基礎設施的高投入與綜合使用率低下之間的矛盾日益尖銳。
面對日益尖銳的矛盾，電力公司的經(jīng)營模式給了IT界很大的啟發(fā)，許多專家構想依托互聯(lián)網(wǎng)構建一個像電網(wǎng)一樣的“云網(wǎng)”，云網(wǎng)由許許多多的分布式計算集群組成，計算集群承擔目前由單位服務器及PC承擔的數(shù)據(jù)處理過程，計算集群由實力雄厚的軟硬件服務提供商、電信設備運營商、互聯(lián)網(wǎng)公司組成大型數(shù)據(jù)處理中心管理，數(shù)據(jù)處理中心將計算、存儲、網(wǎng)絡等資源以及其上的開發(fā)平臺、應用軟件等信息服務，通過互聯(lián)網(wǎng)動態(tài)提供給用戶，用戶依托網(wǎng)絡按需使用與付費，這種構想逐漸變?yōu)楝F(xiàn)實，這些構想及其實現(xiàn)方案就是“云計算”。
因此，云計算的目標就是實現(xiàn)信息時代的IT資源充分有效地利用，具體地說就是單位和個人無需再投入昂貴的軟硬件購置維護成本，只需要通過互聯(lián)網(wǎng)購買或租賃需要的基礎設施、開發(fā)環(huán)境平臺和軟件應用，“按需即用，隨需應變”，“把一切交給互聯(lián)網(wǎng)”，“一切皆服務”。
2 云計算的架構
云計算是什么?2008年至今云計算被過度炒作，大約4O多個不同的專家從不同的方面給予云計算不同的定義，一個概念的多種表述將“云計算”推向虛無縹緲，云計算是很多技術自然發(fā)展，精心優(yōu)化與組合的結果，所以不能離開技術談云計算，軟件架構是一個系統(tǒng)的草圖，描述直接構成系統(tǒng)的抽象組件(在實現(xiàn)階段，這些抽象組件被細化為實際的組件)及其關系，因此，架構可以說是技術的中樞，是通俗理解云計算的一把鑰匙。
目前，越來越多的IT廠商推出了基于自身優(yōu)勢的云計算解決方案，這些廠商大致可分為三個陣營：基礎設施提供商，如IBM、Sun、HP、Dell等；平臺提供商，如Microsoft、Google、VMware等；軟件提供商，如Google、Salesforce等，雖然各類方案對云計算理解各異，技術架構各不相同，但卻有相同的三個層次：資源層、平臺層與應用層(如圖1)。
圖1 云計算的體系結構
資源層匯聚支撐云計算上層服務的各種物理設備，如服務器、網(wǎng)絡設備、存儲設備等，將這些物理設備，通過虛擬化層采用相應技術形成動態(tài)資源池，并對資源池的各種資源進行管理，通過一個網(wǎng)絡服務界面將計算能力、存儲能力、網(wǎng)絡處理能力作為一種服務向用戶提供，IT界將其稱為Iaas(Infrastruct reas a Service，基礎設施即服務)。
平臺層在資源層之上，它把軟件開發(fā)環(huán)境當做服務提供給用戶，平臺層主要為應用程序開發(fā)者設計，面向廣大互聯(lián)網(wǎng)應用開發(fā)者，把分布式軟件開發(fā)、測試、部署、運行環(huán)境以及復雜的應用程序托管當作服務，使得開發(fā)者可以從復雜低效的環(huán)境搭建、配置和維護工作中解放出來，將精力集中在軟件編寫上，從而大大提高軟件開發(fā)的效率，平臺層是整個云計算系統(tǒng)的核心層，包括并行程序設計和開發(fā)環(huán)境，一些管理系統(tǒng)和管理工具，IT界將其稱為PaaS(Platform as a Service，平臺即服務)。
應用層面向用戶提供軟件服務和用戶交互接口，它為用戶搭建信息化所需要的所有網(wǎng)絡基礎設施及軟硬件運作平臺，負責所有前期的實施、后期的維護等一系列工作，用戶可隨意根據(jù)自己的需要租賃軟件服務，不必再購買軟硬件、建設機房及配備維護人員，IT界將其稱為SaaS(Software as a Service，軟件即服務)。
資源層、平臺層與應用層是云計算體系結構的主要組成部分，基于這三個層次，不但整體實現(xiàn)了信息應用服務的定制化，而且實現(xiàn)了底層邏輯基礎資源、基礎軟件和應用的一體化，即信息服務以一個整體的形式出現(xiàn)，顛覆性地改變了傳統(tǒng)IT服務的商業(yè)模式，“按需即用，隨需應變”，使人們使用信息服務像使用水電一樣的方便、快捷、廉價。
3 云計算的實現(xiàn)機制
如今，云計算已由概念構想實現(xiàn)了行業(yè)應用，所實現(xiàn)的行業(yè)應用的看得見的形式就是構建了云計算平臺，形成一個云計算環(huán)境，在現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)的基礎上把所有硬件、軟件結合起來構架一個新的系統(tǒng)結構，向用戶提供IaaS、PaaS、SaaS，而能實現(xiàn)這一切則依賴一系列IT技術實現(xiàn)機制。
首先是虛擬化機制，它通過對物理資源抽象、映射和展現(xiàn)，將實際物理資源隱藏在其后，為上層系統(tǒng)提供統(tǒng)一的設備使用形式，關于虛擬化機制的作用，可以從IT基本常識出發(fā)來理解，計算機運行的實質(zhì)是程序指令的執(zhí)行，應用程序安裝并運行在操作系統(tǒng)上，而操作系統(tǒng)運行在計算機硬件上，應用程序?qū)唧w的軟硬件環(huán)境有直接的依賴，目前，許許多多的軟硬件互不兼容，是實現(xiàn)云計算資源共享的最大障礙，虛擬化機制將具體的計算特性加以封裝隱藏，對外提供統(tǒng)一邏輯接口，從而屏蔽物理設備多樣性帶來的差異，實現(xiàn)了計算虛擬化、存儲虛擬化、網(wǎng)絡虛擬化、應用虛擬化和桌面虛擬化，虛擬化是實現(xiàn)云計算的最重要的技術基礎。
其次是海量數(shù)據(jù)分布式存儲管理機制，云計算系統(tǒng)由大量服務器組成，同時為大量用戶服務，為保證高可用、高可靠和經(jīng)濟性，云計算采用分布式存儲的方式來存儲數(shù)據(jù)，用冗余存儲(即給同一數(shù)據(jù)存儲多個副本)的方式保證數(shù)據(jù)的可靠性，當前云計算系統(tǒng)中常用的是Google的GFS和Hadoop團隊開發(fā)的HDFS，云計算需要對海量的數(shù)據(jù)存儲、讀取后進行大量的分析，數(shù)據(jù)的讀操作頻率遠大于數(shù)據(jù)的更新頻率，對此，一般數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是力難勝任的，為此，云計算采用了數(shù)據(jù)庫領域中列存儲的數(shù)據(jù)管理機制，即將表按列劃分后存儲，目前云計算海量數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中最著名的是Google的BigTable，BigTable是一種為了管理結構化數(shù)據(jù)而設計的分布式存儲系統(tǒng)，這些數(shù)據(jù)可以擴展到非常大的規(guī)模。
再次是分布式計算機制，所謂分布式計算就是把一個需要非常巨大的計算能力才能解決的問題分成許多小的部分，交給許多相互獨立的計算機協(xié)同處理，實現(xiàn)云計算，特別是PaaS服務，所產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)能夠并行處理，就是靠分布式計算機制把一個大的應用程序分解成若干可以并行處理的子程序，基于互聯(lián)網(wǎng)由許多計算機分別計算，然后對結果進行組合得出數(shù)據(jù)結論，在云計算領域被廣泛采用的是Google開發(fā)的Map—reduce編程模型，Map—reduce既是一種簡化的分布式編程模型，又是高效的任務調(diào)度模型，它一方面能夠有效應對海量數(shù)據(jù)分析的需求，另一方面模型簡單易于開發(fā)者掌握，是目前平臺層實現(xiàn)的核心技術。
最后是Web 2．0界面交互機制，web2．0也是目前互聯(lián)網(wǎng)的熱門詞匯之一，它相對于傳統(tǒng)Web 1．0，基于XML、A2JAX等技術，更注重用戶的交互作用，用戶既是網(wǎng)站內(nèi)容的瀏覽者，也是網(wǎng)站內(nèi)容的制造者，用戶由被動地接收互聯(lián)網(wǎng)信息向主動創(chuàng)造互聯(lián)網(wǎng)信息發(fā)展，在Web 2．0網(wǎng)站中，用戶不僅可以參與網(wǎng)站建設，而且由于web 2．0版權開放、軟件代碼免費提供，用戶可以直接參與到軟件產(chǎn)品的合作開發(fā)中，目前Web 2.0是云計算應用層的核心技術，很好地實現(xiàn)了SaaS界面層的功能。
云計算的實現(xiàn)機制還有基于計算資源使用量付費的效用計算機制、用一個實例可以同時處理多個用戶請求的多租戶軟件開發(fā)架構等等，正是這許許多多的IT新技術及實現(xiàn)機制托起了云計算這朵“瑞彩祥云”。
4 結語
云計算在當前炙手可熱，回首2010，微軟Azure平臺正式商用并開始收費，Intel全面涉足云計算，中國云計算技術與產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟正式成立，工信部啟動五城市云計算創(chuàng)新試點示范工作，北京建成國內(nèi)最大工業(yè)云計算平臺，云計算之熱仍在不斷升溫。
也有許多人對云計算不以為然，他們指出，云計算的標準很難達成共識，云計算的安全問題不容忽視，當前云計算被夸大宣傳，實際上仍在測試階段，結果并不可靠，最重要的，云計算將引發(fā)人類歷史上最嚴重的隱私難題。
但是，云計算是繼PC、互聯(lián)網(wǎng)后的第三次革新浪潮，它是信息技術和信息社會發(fā)展到一定階段的必然結果，它將給社會和經(jīng)濟發(fā)展帶來深刻的影響。因而，云計算“即便是泡沫，也要踩破了向前走”。
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本文標題：云計算的目標、架構和實現(xiàn)機制的梳理與解析
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