云计算技术及发展策略

中国电信广州研究院 2010年1月

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录

目

云计算 IaaS 技术

云计算 IaaS 应用

云计算发展策略

云计算挑战

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技术视角：云计算= 计算/存储的网络

各种应用软件和服务
社 搜 商 计 文 存
…
云服务 — 业务与应用软件 区 索 务 算 件 储
应用服务 API 云能力服务 API
“ 云计算 ” 的灵魂
集群管理 并行处理 自动管控
云计算
— 云平台软件
操作系统 + 虚拟机 分布式存储
支撑海量信息
云平台
处理的服务器和存储
连接数以万计
服务器的以太交换机

• “ 云 ” 是一个形象的说法，隐含了两层意思：

  • 是对网状分布的计算机（计算和存储）的比喻

  • 指数据的计算和存储过程被隐匿起来，按需要进行分配（ On-Demand ）和处理。

• 云计算表现形式仍然是 数据中心 ，但 技术发生革命性的变化 ：

  • 从强调单机的性能向多机的 “ 虚拟化、分布式、智能化 ” 等方向发展，构建海量信息处理能力

  • 通过 海量低成本服务器 替代传统专用大 / 小型机 / 高端服务器

  • 通过 虚拟化软件、分布式软件 替代传统单机操作系统

  • 通过 自动管控软件 替代传统的集中管理

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商业视角: 云计算= 信息电厂

电：从购买发电设备到购买电力服务

信息：从购买软硬件到购买信息服务

信息服务提供商

发电厂
发电机

软件
计算 存储

• 用户消费模式变化 ： 云计算是通过互联网提供软件 、 硬件与服务，并由网络浏览器或轻量级 终端软件来获取和使用服务

• 商业模式发生变化 ： 消费者和企业将 从 “ 购买软硬件产品 ” 向 “ 购买信息服务 ” 转变 ，如同一百 年前”电”的演变，农场和公司逐渐关闭了自己的发电机，从发电厂购买电力

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云计算提供的服务类型

云计算对外提供的服务包括三种类型 ：IaaS 、 PaaS 和 SaaS

• SaaS：通过网络向最终用户提供 软件应用服务。SaaS能降低企业 信息化成本，提高企业信息化水 平，为用户提供一站式服务。

• PaaS：通过网络向用户提供可定 制，可开发的平台服务。例如应 用开发环境、数据库服务、电信能 力开放等。

软件服务-SaaS，Software as a Service 办公应 信息化 通讯 互联网应 用 应用 应用 用

平台服务-PaaS, Platform as a Service

开发环境 运行环境 身份认证 （Lib）

• IaaS：通过网络为用户提供IT基 础设施服务。包括计算存储和网 络资源出租、以及灾备、负载均 衡、网络加速、综合信息等服务。

基础设施服务- IaaS，Infrastructure as a Services

虚拟机服务 存储服务 网络服务

大规模分布式物理资源

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IaaS 核心技术介绍 —— 服务器虚拟化概述

• 虚拟化是将底层物理设备与上层操作系统 、 软件分离的一种去耦合技术 ， 其将硬 件 、 操作系统和应用程序一同装入一个可迁移的虚拟机档案文件中 。

• 虚拟化通过其管理软件将多个物理设备纳入统一的资源池进行管理 ， 从而增强了 物理设备和物理设备之间的耦合性 。

虚拟化计算系统计算模式

传统计算系统计算模式

虚拟硬件
资源池
软件必须与硬件相结合

• 软件必须与硬件相结合

• 每台机器上只有一个系统运行

  • 软件相对于硬件独立

• 操作系统只能管理本地服务器

• 每台机器上可以有多个系统运行

• 虚拟化管理软件能管理多台服务器 中国电信

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服务器虚拟化带来的意义

共享和隔离
在单一物理服务器上可同时运行多个虚拟机 ，
同时虚拟机之间相互隔离 。提高资源利用率，
降低能耗。

封装
…
虚拟机将整个系统 ， 包括硬件配置 、 操作系统
以及应用等封装在文件里 。 用于系统快速部
署 、 软件发布 、 系统备份

资源弹性
虚拟机可以根据其需求弹性增加或减少其
分配的硬件资源 。 提高资源配置的灵活性

迁移
可以在不同服务器上不加修改直接迁移正
在运行的虚拟机 ， 增强系统的可靠性和可
扩展性 。

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服务器虚拟化技术的目标

• 同质：虚拟机的运行环境与物理机的环境本质上是相同的

• 高效：虚拟机中运行的软件需要有接近在物理机上运行的性能

• 资源受控： VMM 对系统资源具有完全的控制能力和管理权限

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服务器虚拟化技术分类

根据虚拟化技术的实现结构分为三类

Guest Guest
Guest Guest
App App
App App
Guest Guest
OS OS
Guest Guest
OS OS P M VMM DA
Dr DA Dr
VMM Host OS
P M
Hardware Hardware

Guest Guest Guest
App
App App DA App
Guest Guest Privilege Guest
OS OS OS Dr OS
Dr
DA
Host OS VMM
VMM
P M P M
Hardware Hardware

Hypervisor/裸金属模型

宿主应用模型

宿主内核模型

混合模型

根据虚拟化技术提供的虚拟机类型可以分为两类

• 完全虚拟化（Full Virtualiztion），它虚拟的是现实存在的平台，客户机操作系统无须进行任何 修改即可在其上运行 。 完全虚拟化技术又分为软件辅助虚拟化和硬件辅助虚拟化两类 。

• 类虚拟化（Para-Virtualiztion），虚拟的平台是VMM重新定义的，需要对客户机操作系统进行 修改以适应虚拟环境 。（ 在Intel VT和AMD AVT等硬件辅助虚拟化技术的支持下，客户操作系 统已经不再需要修改）

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服务器虚拟化技术－CPU虚拟化

软件虚拟化：

• 特权解除：解除客户机操作系统内核的 “ 特权 ”

• 监控执行：监控客户机的运行，客户机普通指令直接在硬件上执行

• —“ 陷入 - 模拟 ” 技术：客户机执行特权指令时， “ 陷入 ” 最高特权级别的 VMM 来模 拟执行。

• 二进制代码翻译：对于客户机操作系统发出的无法 “ 陷入 ” 的敏感指令采用二

• 进制代码动态翻译（ dynamic binary translation ，简称 BT ）技术：在执行时 动态重写 VM 的执行代码，在监控到敏感指令时插入陷入指令。

• 硬件辅助虚拟化

  • —Intel 和 AMD 分别开发出 VT-x 和 AMD-V 技术，在硬件增加虚拟化功能后，通 过 CPU 截获客户机操作系统对敏感指令的执行或者对敏感指令的访问，并通 过异常的方式报告给 VMM ， VMM 接受到报告后，找到对应的虚拟化模块进 行模拟，并把最终结果反映在客户机运行环境中。

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