云计算原理

1. 引言 2. 云计算系统的构成 3. 云计算系统运行的程序 4. 云计算的问题

引言

假如您负责管理一家大公司，要保证所有员工都配有工作所需的计算机软硬件。除了电脑，您还要为员工购买软件或软件使用授权，这样员工才能正常工作。有了新员工，您还得继续添置软件或者保证现有的软件授权能够继续使用。大笔大笔的钞票就这样花出去了，您是不是觉得压力很大，每天晚上都难以入睡。

©2008 HowStuffWorks 一个典型的云计算系统

用不了多久，像您这样的管理人员就不必发愁了。您不用给每台计算机上都安装上各种应用软件，只要安装一个就可以了。登陆这个软件，员工可以访问网络服务器，远程使用工作需要的所有程序。从电子邮件到文字处理，再到复杂的数据分析程序，一切都在专门的公司提供的远程计算机群运行。这种模式被称为“云计算（cloud computing）”，它有可能改变整个IT行业。

独自计算如浮云虽然云计算是计算机科学中的新兴领域，但是这一概念几年前就产生了。它被称为云计算的原因是数据和程序分布在网络服务器集群上。

云计算实现了工作量的全面转移。运行程序的重任不必再由本地计算机承担，转而由云计算中的计算机群来完成。这样，对用户端计算机的软硬件要求就降低了。用户端计算机只需运行像网络浏览器一样简单的云计算系统界面软件，其余工作都由云计算系统中的计算机群负责。

您很可能已经使用过某种形式的云计算。如果您注册了Hotmail、雅虎或者Gmail之类的网络邮箱，那么就已经在体验云计算系统了。使用这些邮箱服务时，您不是在自己的计算机上运行电子邮件程序，而是远程登陆网络邮箱帐户，您的帐户对应的软件和存储空间都在服务商的计算机群上。

云计算系统的构成

我们在讨论云计算系统时，可以把云计算系统分成两部分：前端和后端，二者一般通过网络互相连接。前端指的是用户的计算机或客户端，后端指的是系统中的计算机群，也就是“云”。

前端包括用户计算机（或计算机网络）以及云计算系统登陆程序。不同的云计算系统具有不同的用户界面。以网络为基础的邮件系统一般都借助IE或Firefox等网络浏览器登陆。其他云计算系统具有各自不同的登陆程序，用户可以运行登陆程序接入网络。

什么是虚拟服务器?服务器通常都不是满负荷运转的，因此没未被使用的处理能力就浪费了。我们可以把一台物理服务器分割成几个虚拟服务器，每个服务器都配有独立的操作系统，这叫做虚拟服务器技术（server virtualization）。这种技术最大限度地提高了单个服务器的输出能力，有效减少服务器的数量。

计算机后端是各种各样的计算机、服务器和数据存储系统，它们共同组成了云计算系统中的“云”。理论上，从数据处理到视频游戏，只要您能想到的计算机程序，云计算系统都能运行。一般来说，每个应用程序都有其专用的服务器。

管理整个系统的是中央服务器，它监管流量和用户需求以确保一切运行顺利。中央服务器遵循一套被称为协议的规则，并使用一种被称为中间件（middleware）的专门软件。中间件可以使联网的计算机互相通讯。

如果一套云计算系统有大量用户，那么很有可能需要很大的存储空间。有些企业需要数以百计的存储器。要保证所有存储信息的安全，云计算系统至少要具备两倍于用户需求的存储容量。因为存储器和计算机一样，有时会出现故障。云计算系统必须备份所有用户信息，并存储到备用存储设备上。这样，中央服务器就可以访问备用存储设备恢复丢失的数据。这种复制数据进行备份的技术叫做“冗余备份”。

云计算与网格计算和共用计算云计算与网格计算（grid computing）和公用计算（utility computing）有密切的关系。在网格计算系统中，联网的计算机能够访问并使用网络中其他计算机的资源。在云计算系统中，只有后端计算机应用了网格计算技术。公用计算是一种商业模式，企业付费从供应商处获取使用计算机程序或存储数据的服务。

云计算系统运行的程序

云计算系统能够运行的程序实际上是没有限制的。只要安装了正确的中间件，云计算系统就能运行普通计算机运行的任何程序。从一般的文字处理软件到专门为某公司设计的个性化计算机程序都能在云计算系统中使用。

云计算的领头羊有些研究云计算的企业是计算机产业的巨头，像微软、IBM和Google都在此项研究中投入了数百万美元。另外，有些人认为苹果公司可能会尝试生产应用云计算技术的硬件产品。

人们为什么要用外部计算机系统运行程序、存储数据呢？原因可能包括以下几点：

• 用户可以随时随地使用程序和数据，只要有连接到因特网的计算机，就能接入云计算系统，而无需通过用户计算机或公司内部网络访问数据。
• 使用云计算系统能够降低硬件成本，用户可以省去购买高端硬件设备的开支。您不需要速度最快、内存最大的计算机，云计算系统能满足您对速度和存储空间的要求。您可以购买便宜的计算机，只要有显示器、输入设备（键盘和鼠标）以及足以运行中间件的处理器就能连接云计算系统。也没必要购买大容量硬盘，因为所有信息都可以存储在远程计算机上。
• 依赖计算机的企业要确保安装了合适的软件，这样才能正常使用云计算系统。云计算系统使得公司的所有员工都能运行应用程序，公司不必给每位员工购买软件或软件授权，只需以计量的方式向云计算服务商交纳费用就可以了。
• 服务器和存储设备要占用大量空间。有些公司由于办公地点空间有限，要另外租用空间存储服务器和数据库。有了云计算服务后，这些公司可以把数据存储到云计算服务商提供的硬盘里，省去了安放计算机的大量空间。
• 公司也可能节省IT技术支持的费用。从理论上说，与规格繁复的硬件和操作系统相比，精简的硬件系统不容易出现问题。
• 如果云计算系统的后端使用了网格计算技术，那么客户可以利用整个计算机网络的处理能力。一般来说，科研人员进行的计算非常复杂，一台普通的电脑要用几年的时间才能完成。在网格计算系统中，用户可以把计算输送到“云”中进行。云计算系统能够调动所有后端计算机的处理能力，极大加快运算速度。
  

又回到了过去云计算系统可能会把家庭电脑变成简单的终端界面。在某些方面来说，这是一种退步。早期的计算机也包括由硬件连接的多台终端，每台终端都有显示器和键盘，但它们只是个与主机连接的介面，当时是不能在本地终端存储信息的。

云计算的问题

或许人们对云计算系统最大的担心是安全和隐私。有些人对于把重要的数据交给其他公司保管心存疑虑。公司的管理人员可能在使用云计算系统上犹豫不决，他们认为只有把公司的信息保存在看得见、摸得着的电脑里才最安全。

也有人对这种观点持反对意见，他们认为信誉是云计算服务商的命脉。可靠的安全措施有利于此类公司的发展，否则就会失去所有的客户。为了自身的发展，云计算服务商会使用最先进的技术保护客户的数据。

另一个问题是隐私。如果用户可以从任何地点访问数据和程序，用户的隐私安全就会受到威胁。云计算服务商必须建立用户隐私保护措施。一种方法是使用用户名和密码这样的身份验证技术；另一种方法是采取授权的访问形式——每位用户只能访问与其工作相关的数据。

躲在暗处的黑客袭击一些黑客常用的攻击手段可能会使云计算服务商非常头疼。有一种被称为按键记录（key logging）的程序，它能够记录计算机的按键。 如果黑客侵入用户计算机并安装了这种程序，他通过研究按键就能找出用户名和密码。当然了，如果用户的计算机仅是简单的终端，黑客根本不可能安装上这种程序。

有些关于云计算的问题更为抽象。存储在云计算系统中的数据由谁掌控，是购买了云计算服务的用户还是提供存储空间的服务商？云计算服务商是否有可能禁止用户访问自己的数据？这些涉及云计算核心的问题和其他相关话题引起了一些公司、律师事务所和高校的争论。

云计算会对其他行业产生怎样的影响呢？在IT行业中，越来越多的人考虑云计算兴起后计算机维护和维修会发生哪些变化。如果企业选择使用简化的计算机系统，IT服务的市场需求将随之减少。也有些专家认为对IT技术支持的需求将转移到云计算系统的后端。

自主计算系统计算机领域研究的另一个课题是自主计算（automic computing）。自主计算系统可以自行管理，也就是说系统能够自行监测运转，并采取措施预防或修复故障。目前，自主计算还处于理论阶段。但是，如果自主计算成为现实，许多IT维护工作都没有存在的必要了