2006年谷歌推出了“Google 101计划”，并正式提出“云”的概念和理论。随后亚马逊、微软、惠普、雅虎、英特尔、IBM等公司都宣布了自己的“云计划”，云安全、云存储、内部云、外部云、公共云、私有云……一堆让人眼花缭乱的概念在不断冲击人们的神经。

那么到底什么是云计算技术呢？对云计算技术的产生、概念、原理、应用和前景又在哪里？

云计算思想的产生

　　传统模式下，企业建立一套IT系统不仅仅需要购买硬件等基础设施，还有买软件的许可证，需要专门的人员维护。当企业的规模扩大时还要继续升级各种软硬件设施以满足需要。对于企业来说，计算机等硬件和软件本身并非他们真正需要的，它们仅仅是完成工作、提供效率的工具而已。对个人来说，我们想正常使用电脑需要安装许多软件，而许多软件是收费的，对不经常使用该软件的用户来说购买是非常不划算的。可不可以有这样的服务，能够提供我们需要的所有软件供我们租用？这样我们只需要在用时付少量“租金”即可“租用”到这些软件服务，为我们节省许多购买软硬件的资金。

　　我们每天都要用电，但我们不是每家自备发电机，它由电厂集中提供；我们每天都要用自来水，但我们不是每家都有井，它由自来水厂集中提供。这种模式极大得节约了资源，方便了我们的生活。面对计算机给我们带来的困扰，我们可不可以像使用水和电一样使用计算机资源？这些想法最终导致了云计算的产生。

　　云计算的最终目标是将计算、服务和应用作为一种公共设施提供给公众，使人们能够像使用水、电、煤气和电话那样使用计算机资源。

　　云计算模式即为电厂集中供电模式。在云计算模式下，用户的计算机会变的十分简单，或许不大的内存、不需要硬盘和各种应用软件，就可以满足我们的需求，因为用户的计算机除了通过浏览器给“云”发送指令和接受数据外基本上什么都不用做便可以使用云服务提供商的计算资源、存储空间和各种应用软件。这就像连接“显示器” 和“主机”的电线无限长，从而可以把显示器放在使用者的面前，而主机放在远到甚至计算机使用者本人也不知道的地方。云计算把连接“显示器”和“主机”的电线变成了网络，把“主机”变成云服务提供商的服务器集群。

　　在云计算环境下，用户的使用观念也会发生彻底的变化：从“购买产品”到“购买服务”转变，因为他们直接面对的将不再是复杂的硬件和软件，而是最终的服务。用户不需要拥有看得见、摸得着的硬件设施，也不需要为机房支付设备供电、空调制冷、专人维护等等费用，并且不需要等待漫长的供货周期、项目实施等冗长的时间，只需要把钱汇给云计算服务提供商，我们将会马上得到需要的服务。

云计算的概念

　　云计算（Cloud Computing）是由分布式计算（Distributed Computing）、并行处理（Parallel Computing）、网格计算（Grid Computing）发展来的，是一种新兴的商业计算模型。目前，对于云计算的认识在不断的发展变化，云计算没仍没有普遍一致的定义。

　　中国网格计算、云计算专家刘鹏给出如下定义 ：“云计算将计算任务分布在大量计算机构成的资源池上，使各种应用系统能够根据需要获取计算力、存储空间和各种软件服务”。

　　狭义的云计算指的是厂商通过分布式计算和虚拟化技术搭建数据中心或超级计算机，以免费或按需租用方式向技术开发者或者企业客户提供数据存储、分析以及科学计算等服务，比如亚马逊数据仓库出租生意。

　　广义的云计算指厂商通过建立网络服务器集群，向各种不同类型客户提供在线软件服务、硬件租借、数据存储、计算分析等不同类型的服务。广义的云计算包括了更多的厂商和服务类型，例如国内用友、金蝶等管理软件厂商推出的在线财务软件，谷歌发布的Google应用程序套装等。

　　通俗的理解是，云计算的“云“就是存在于互联网上的服务器集群上的资源，它包括硬件资源（服务器、存储器、CPU等）和软件资源（如应用软件、集成开发环境等），本地计算机只需要通过互联网发送一个需求信息，远端就会有成千上万的计算机为你提供需要的资源并将结果返回到本地计算机，这样，本地计算机几乎不需要做什么，所有的处理都在云计算提供商所提供的计算机群来完成。

云计算的主要服务形式和典型应用

　　云计算还处于萌芽阶段，有庞杂的各类厂商在开发不同的云计算服务。云计算的表现形式多种多样，简单的云计算在人们日常网络应用中随处可见，比如腾讯QQ空间提供的在线制作Flash图片，Google的搜索服务，Google Doc, Google Apps等。目前，云计算的主要服务形式有：SaaS（Software as a Service）， PaaS（Platform as a Service）， IaaS（Infrastructure as a Service）。

◾软件即服务（SaaS）

　　SaaS服务提供商将应用软件统一部署在自己的服务器上，用户根据需求通过互联网向厂商订购应用软件服务，服务提供商根据客户所定软件的数量、时间的长短等因素收费，并且通过浏览器向客户提供软件的模式。这种服务模式的优势是，由服务提供商维护和管理软件、提供软件运行的硬件设施，用户只需拥有能够接入互联网的终端，即可随时随地使用软件。这种模式下，客户不再像传统模式那样花费大量资金在硬件、软件、维护人员，只需要支出一定的租赁服务费用，通过互联网就可以享受到相应的硬件、软件和维护服务，这是网络应用最具效益的营运模式。对于小型企业来说，SaaS是采用先进技术的最好途径。

　　以企业管理软件来说，SaaS模式的云计算ERP可以让客户根据并发用户数量、所用功能多少、数据存储容量、使用时间长短等因素不同组合按需支付服务费用，既不用支付软件许可费用，也不需要支付采购服务器等硬件设备费用，也不需要支付购买操作系统、数据库等平台软件费用，也不用承担软件项目定制、开发、实施费用，也不需要承担IT维护部门开支费用，实际上云计算ERP正是继承了开源ERP免许可费用只收服务费用的最重要特征，是突出了服务的ERP产品。

◾平台即服务（PaaS）

　　把开发环境作为一种服务来提供。这是一种分布式平台服务，厂商提供开发环境、服务器平台、硬件资源等服务给客户，用户在其平台基础上定制开发自己的应用程序并通过其服务器和互联网传递给其他客户。PaaS能够给企业或个人提供研发的中间件平台，提供应用程序开发、数据库、应用服务器、试验、托管及应用服务。

　　以Google App Engine为例，它是一个由python应用服务器群、BigTable数据库及GFS组成的平台，为开发者提供一体化主机服务器及可自动升级的在线应用服务。用户编写应用程序并在Google的基础架构上运行就可以为互联网用户提供服务，Google提供应用运行及维护所需要的平台资源。

◾基础设施服务（IaaS）

　　IaaS即把厂商的由多台服务器组成的“云端”基础设施，作为计量服务提供给客户。它将内存、I/O设备、存储和计算能力整合成一个虚拟的资源池为整个业界提供所需要的存储资源和虚拟化服务器等服务。这是一种托管型硬件方式，用户付费使用厂商的硬件设施。例如Amazon Web服务（AWS）， IBM的BlueCloud等均是将基础设施作为服务出租。

　　IaaS的优点是用户只需低成本硬件，按需租用相应计算能力和存储能力，大大降低了用户在硬件上的开销。

　　GoogleDocs是最早推出的云计算应用，是软件即服务思想的典型应用。它是类似于微软的Office的在线办公软件。它可以处理和搜索文档、表格、幻灯片，并可以通过网络和他人分享并设置共享权限。Google文件是基于网络的文字处理和电子表格程序，可提高协作效率，多名用户可同时在线更改文件，并可以实时看到其他成员所作的编辑。用户只需一台接入互联网的计算机和可以使用Google文件的标准浏览器即可在线创建和管理、实时协作、权限管理、共享、搜索能力、修订历史记录功能，以及随时随地访问的特性，大大提高了文件操作的共享和协同能力。

云计算的核心技术

　　云计算系统运用了许多技术，其中以编程模型、数据管理技术、数据存储技术、虚拟化技术、云计算平台管理技术最为关键。

◾编程模型

　　MapReduce是Google开发的java、Python、C++编程模型，它是一种简化的分布式编程模型和高效的任务调度模型，用于大规模数据集的并行运算。严格的编程模型使云计算环境下的编程十分简单。MapReduce模式的思想是将要执行的问题分解成Map和Reduce的方式，先通过Map程序将数据切割成不相关的区块，分配给大量计算机处理，达到分布式运算的效果，再通过Reduce程序将结果汇整输出。

◾海量数据分布存储技术

　　云计算系统由大量服务器组成，同时为大量用户服务，因此云计算系统采用分布式存储的方式存储数据，用冗余存储的方式保证数据的可靠性。云计算系统中广泛使用的数据存储系统是Google的GFS和Hadoop团队开发的GFS的开源实现HDFS。

　　GFS即Google文件系统，是一个可扩展的分布式文件系统，用于大型的、分布式的、对大量数据进行访问的应用。GFS的设计思想不同于传统的文件系统，是针对大规模数据处理和Google应用特性而设计的。它运行于廉价的普通硬件上，但可以提供容错功能。它可以给大量的用户提供总体性能较高的服务。

　　一个GFS集群由一个主服务器和大量的块服务器构成，并被许多客户访问。主服务器存储文件系统所以的元数据，包括名字空间、访问控制信息、从文件到块的映射以及块的当前位置。它也控制系统范围的活动，如块租约管理，孤儿块的垃圾收集，块服务器间的块迁移。主服务器定期通过HeartBeat消息与每一个块服务器通信，给块服务器传递指令并收集它的状态。GFS中的文件被切分为64MB的块并以冗余存储，每份数据在系统中保存3个以上备份。

　　客户与主服务器的交换只限于对元数据的操作，所有数据方面的通信都直接和块服务器联系，这大大提高了系统的效率，防止主服务器负载过重。

◾海量数据管理技术

　　云计算需要对分布的、海量的数据进行处理、分析，因此，数据管理技术必需能够高效的管理大量的数据。云计算系统中的数据管理技术主要是Google的BT数据管理技术和Hadoop团队开发的开源数据管理模块HBase。

　　BT是建立在GFS, Scheduler, Lock Service和MapReduce之上的一个大型的分布式数据库，与传统的关系数据库不同，它把所有数据都作为对象来处理，形成一个巨大的表格，用来分布存储大规模结构化数据。

　　Google的很多项目使用BT来存储数据，包括网页查询，Google earth和Google金融。这些应用程序对BT的要求各不相同：数据大小(从URL到网页到卫星图象)不同，反应速度不同(从后端的大批处理到实时数据服务)。对于不同的要求，BT都成功的提供了灵活高效的服务。

◾虚拟化技术

　　通过虚拟化技术可实现软件应用与底层硬件相隔离，它包括将单个资源划分成多个虚拟资源的裂分模式，也包括将多个资源整合成一个虚拟资源的聚合模式。虚拟化技术根据对象可分成存储虚拟化、计算虚拟化、网络虚拟化等，计算虚拟化又分为系统级虚拟化、应用级虚拟化和桌面虚拟化。

◾云计算平台管理技术

　　云计算资源规模庞大，服务器数量众多并分布在不同的地点，同时运行着数百种应用，如何有效的管理这些服务器，保证整个系统提供不间断的服务是巨大的挑战。

　　云计算系统的平台管理技术能够使大量的服务器协同工作，方便的进行业务部署和开通，快速发现和恢复系统故障，通过自动化、智能化的手段实现大规模系统的可靠运营。

典型云计算平台介绍

　　由于云计算技术范围很广，目前各大IT企业提供的云计算服务主要根据自身的特点和优势实现的。下面以Google、IBM、Amazon、联创中控为例说明：

◾Google 的云计算平台

　　Google的硬件条件优势，大型的数据中心、搜索引擎的支柱应用，促进Google云计算迅速发展。Google的云计算主要由MapReduce、Google文件系统、BigTable组成。它们是Google内部云计算基础平台的3个主要部分。Google 还构建其他云计算组件，包括一个领域描述语言以及分布式锁服务机制等。Sawzall是一种建立在MapReduce基础上的领域语言，专门用于大规模的信息处理。Chubby是一个高可用、分布式数据锁服务，当有机器失效时，Chubby使用Paxos算法来保证备份。

◾IBM“蓝云”计算平台

　　“蓝云”解决方案是由IBM云计算中心开发的企业级云计算解决方案。该解决方案可以对企业现有的基础架构进行整合，通过虚拟化技术和自动化技术，构建企业自己拥有的云计算中心，实现企业硬件资源和软件资源的统一管理、统一分配、统一部署、统一监控和统一备份，打破应用对资源的独占，从而帮助企业实现云计算理念。

　　IBM 的“蓝云”计算平台是一套软、硬件平台，将Internet上使用的技术扩展到企业平台上，使得数据中心使用类似于互联网的计算环境。“蓝云”大量使用了IBM先进的大规模计算技术，结合了IBM自身的软、硬件系统以及服务技术，支持开放标准与开放源代码软件。

　　“蓝云”基于IBM Almaden研究中心的云基础架构，采用了Xen和PowerVM虚拟化软件，Linux操作系统映像以及Hadoop软件。IBM已经正式推出了基于x86芯片服务器系统的“蓝云”产品

中智讯（武汉）科技有限公司  研发了一套完整的云计算实验室建设方案。

针对目前高校大数据分析与挖掘教学与科研现状，经过大量高校教学需求调研，中智讯推出专业实用的大数据与虚拟化教学平台，帮助学生熟悉和掌握大数据及云计算领域的前沿技术，掌握云计算与大数据的开发方法，学习数据分析、数据挖掘、数据建模、数据仓库等知识。

结合中智讯在物联网和移动互联网技术的多年积累，提供支持云计算的大量真实物理大数据源，通过云计算技术构建一套完整的移动互联物联网数据中心中间件系统。

实验室方案框架说明：
1) 大数据与虚拟化教学实验平台：该部分作为大数据和虚拟化基础知识的主要学习平台，是高校主要建设的部分。实验主机将4台高配的专业服务器集中在一台实验箱内，通过千兆交换机互联，学生可通过该平台做大数据和虚拟化的“建”、“管”、“用”等一系列实验。系统专业服务器包含：管理主机、计算主机、主存储主机、二级存储主机、千兆交换机等硬件构成，主机分区设计，直观的展示云计算的硬件构成及部署。实验平台采用一对一服务，每个学生独享一套硬件资源，方便管理和教学。

2) 虚拟化技术教学资源：该部分主要用于学习云计算虚拟化技术及相关的IAAS自动化管理、部署、监控软件，支持大部分主流虚拟机的学习：KVM、Xen、Vmware、Oracle VM等。教学资源包含：Linux操作系统配置与使用（CentOS）、KVM虚拟化、Xen 虚拟化、Vmware虚拟化、Oracle VM虚拟化、CloudStack安装部署、CloudStack虚拟机资源管理、CloudStack平台运维与优化等。

3) 大数据技术教学资源：该部分主要学习基于Hadoop架构的大数据教学，涵盖数据分析、数据挖掘、数据建模、数据仓库等知识。教学资源包含：Hadoop集群的部署/管理/监控、分布式文件系统HDFS安装配置与使用、大数据并行计算框架MapReduce安装配置与调优、基于Eclipse的HDFS/MapReduce程序开发与调试、HBase/Hive数据库系统的数据仓库开发与使用、基于Hive api的数据查询分析程序开发、大数据挖掘系统Mahout程序开发等。

4) 大数据教学项目案例：该部分通过构建完整的行业综合应用实例来辅助教学，提供的项目包含：个人存储私有云综合实验、气象数据分析云综合实验、微信人物关系综合实训、云图书馆实例综合实训。结合智云硬件库实时大数据源，独创支持智云物联数据中间件系统的开发，涉及物理世界大数据的接入、分析、仓储、挖掘等功能，支持海量最近1小时、最近1天、最近1周、最近1月、最近1年及任意时间段数据的快速挖掘及数据分析使用，同时配合智云应用API，与上层移动互联网应用开发结合，构建从数据源端 -> 大数据处理中心 -> 行业应用完整的一套系统。

5) 智云硬件库实时大数据源：该部分提供真实的物理硬件支撑大数据的接入，包含各种商用/工业感知器、执行器、采集器、摄像头、门禁、显示屏、电机设备、气象站、M2M路由、Android网关、Zigbee工业无线节点等各种设备，为学生提供行业真实应用的硬件数据源，可以构建各种应用场合：环境雾霾监测系统、仓库温度火灾监测系统、公共场合人流密度监测系统、工厂无人自动化生产系统、气象站天气预测系统等。

6) 中智讯大数据源样本库：中智讯一直致力于移动互联网物联网行业开发，并运营独立的开放数据共享平台“智云物联”，能够为大数据科研及教学提供各种长期的数据样本，通过真实的物理数据支撑数据分析、数据挖掘的可靠性。

并且中智讯针对高校教学，编制了完善的云计算实验室教学课程。





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中智讯（武汉）科技有限公司（ZONESION），简称中智讯，是一家集研发、生产、销售为一体的，致力于移动互联网、物联网、云计算、大数据、智能硬件实验室整体解决方案的高新企业，总部位于湖北武汉市,在科教仪器和农业物联网方向具有完善的整体解决方案，为合作高校和企业用户创造良好的产品体验,现在主推农业物联网,自助研发了农业物联网专家系统、温室大棚建设方案等众多智慧农业相关项目 。

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