云计算---基础定义和演进历程

一、云计算的NIST定义

云计算的定义

     云计算是一个模型，这个模型可以方便地按需访问一个可配置的计算资源（例如，网络、服务器、存储设备、应用程序以及服务）的公共集。这些资源可以被迅速提供并发布，同时最小化管理成本或服务提供商的干涉。云模型由五个基本特征、三个服务模型和四个发布模型组成，如此使以上成为可能。

基本特征

    按需自助服务。视客户需要，可以从每个服务提供商那里单方面地向客户提供计算能力，譬如，服务器时间和网络存储，而这些是自动进行无需干涉的。

    广泛的网络访问。具有通过规范机制网络访问的能力，这种机制可以使用各种各样的瘦和胖客户端平台（例如，携带电话、笔记本电脑以及PDA）。

    资源共享。提供商提供的计算资源被集中起来通过一个多客户共享模型来为多个客户提供服务，并根据客户的需求，动态地分配或再分配不同的物理和虚拟资源。有一个区域独立的观念，就是客户通常不需要控制或者需要知道被提供的资源的确切的位置，但是可能会在更高一层的抽象（例如，国家、州或者数据中心）上指定资源的位置。资源的例子包括存储设备、数据加工、内存、网络带宽和虚拟机等。

    快速的可伸缩性。具有快速地可伸缩性地提供服务的能力。在一些场景中，所提供的服务可以自动地，快速地横向扩展，在某种条件下迅速释放、以及快速横向收缩。对于客户来讲，这种能力用于使所提供的服务看起来好象是无限的，并且可以在任何时间、购买任何数量。

    可度量的服务。云系统通过一种可计量的能力杠杆在某些抽象层上自动地控制并优化资源以达到某种服务类型（例如，存储、处理、带宽以及活动用户帐号）。资源的使用可以被监视和控制，通过向供应商和用户提供这些被使用服务报告以达到透明化。

服务模型

    软件即服务 (SaaS) 。客户所使用的服务商提供的这些应用程序运行在云基础设施上。这些应用程序可以通过各种各样的客户端设备所访问，通过瘦客户端界面像WEB浏览器（例如，基于WEB的电子邮件）。客户不管理或者控制底层的云基础架构，包括网络、服务器、操作系统、存储设备，甚至独立的应用程序机能，在可能异常的情况下，限制用户可配置的应用程序设置。

    平台即服务 (PaaS) 。客户使用云供应商支持的开发语言和工具，开发出应用程序，发布到云基础架构上。客户不管理或者控制底层的云基础架构，包括网络、服务器、操作系统或者存储设备，但是能控制发布应用程序和可能的应用程序运行环境配置。

    架构即服务 (IaaS) 。向客户提供处理、存储、网络以及其他基础计算资源，客户可以在上运行任意软件，包括操作系统和应用程序。用户不管理或者控制底层的云基础架构，但是可以控制操作系统、存储、发布应用程序，以及可能限度的控制选择的网络组件（例如，防火墙）。

发布模型

    私有云。云基础架构被一个组织独立地操作，可能被这个组织或者第三方机构所管理，可能存在于某种条件下或者无条件存在。

    社区云。云基础架构被几个组织所共享，并且支持一个互相分享概念（例如，任务、安全需求、策略和切合的决策）的特别的社区。可能被这些组织或者第三方机构所管理，可能存在于某种条件下或者无条件存在。

    公有云。云基础架构被做成一般公共或者一个大的工业群体所使用，被某个组织所拥有，并出售云服务。

    混合云。云基础架构是由两个或者两个以上的云组成，这些云保持着唯一的实体但是通过标准或者特有的技术结合在一起。这些技术使得数据或者应用程序具有可移植性。（例如，在云之间进行负载平衡的Cloud Bursting技术）

附：

NIST云计算的目标

    长期的目标是提供与云计算范式相关的思想领导地位和指南，以此分析其在工业与政府内的使用。NIST旨在缩短使用周期，这将降低短期的花费并实现快速创建与部署企业级应用的能力。NIST希望拥抱云计算系统和支持交互性、便携性以及安全需求的实践，这对于重要使用场景来说是非常恰当并且是可以实现的。

NIST对云计算的定义包含了5个本质特征

    按需的自我服务

    广泛的网络访问

    资源池

    快速的弹性能力

    可度量的服务

NIST使用了如下3个云计算服务模型

    IaaS——Infrastructure-as-a-Service

    PaaS——Platform-as-a-Service

    SaaS——Software-as-a-Service

    注释1：云计算仍然是一个进化中的规范。通过公共机构或者商业机构的热烈的讨论，云计算的定义、用例、底层技术、课题、风险以及益处依然会被提炼出来。这些定义、属性和特征将随着时间而进化和改变。

    注释2：云计算工业代表了一个由许多模型、提供商以及市场潜力组成的巨大的生态系统。这个定义试图覆盖所有这些到达云的途径。

二、云计算演进历程

云计算包括IaaS、PaaS和SaaS三个层次。云计算的发展也可以分别从这三个层次来观察。

1．IaaS的发展历程主要是虚拟化的发展历程

虚拟化技术具有悠久的历史，20世纪60年代为提高硬件利用率对大型机硬件进行分区就是最早的虚拟化。经过多年的发展，业界已经形成多种虚拟化技术，包括服务器虚拟化、网络虚拟化、存储虚拟化、桌面虚拟化等，与之相关的虚拟化运营管理技术也被广泛研究。虚拟化技术的具体发展历程及相关重大标志性事件如下：

1）虚拟化萌芽阶段：计算虚拟化概念首次提出，存储虚拟化出现。

1959年6月的国际信息处理大会(International Conference on Information Processing)，计算机科学家Christopher Strachev发表的论文《大型高速计算机中的时间共享》(Time Sharing in Large Fast Computers)中首次提出并论述了虚拟化技术。

1970年IBM在它当时推出的System/370中率先使用了虚拟存储器。

1987年加利福尼亚大学的David APatterson、Garth AGibson和Randy Katz描述了一个由廉价磁盘组成的冗余阵列，即RAID。

2）x86平台软件虚拟化技术逐步发展，存储虚拟化从NAS/SAN向VTL发展，网络虚拟化随着服务器虚拟化而出现。

1998年VMware公司成立

1999年Xen相关研究起步

2001年VMware推出FSX Server，以Redhat 7.2为基础，成为一个真正裸金属的虚拟平台。FSX Server的出现，正式宣告VMware踏入企业界的领域。目前，ESX Server的版本已经升级到了4．0。

2003年VMware推出虚拟环境管理平台Virtual Center，包括最初的VMotiori和Virtual SMP技术。

2000年世纪之交，NAS和SAN兴起，并引发了VTL、复制和重复数据删除等许多利用池存储和／或远程存储的新技术的开发。

随着服务器虚拟化的发展，网络虚拟化随VM之间的流量交互而诞生。

3）x86平台硬件辅助虚拟化技术商用。

2005年8月Intel首次公布了其硬件虚拟化技术细节，并于2005年11月宣布其VT技术已商用。

2006年5月，AMD硬件虚拟化技术SVM(也叫AMD-V)首款商用产品Athlon 64问世。

4）x86虚拟化技术进一步发展并商用，竞争激烈；桌面和应用虚拟化逐渐成为虚拟化领域的热点。

2009年2月Citrix发布免费版本的企业级XenServer平台，其中具备管理工具XenCenter和实时迁移功能XenMotion，并于5月发布其最新版本XenServer5.5，对管理功能进行了强化。

2009年3月，Cisco推动了虚拟化市场的硬件发展，宣布推出统一计算系统(UCS)，它结合了服务器和网络硬件，还有管理软件。在8月举行的VMworld 2009大会上，Cisco UCS获得了硬件类的金奖，证明了其显著整合运行在数据中心硬件的能力。

2009年4月VMware推出vSphere 4.0，是一款划时代的全面虚拟化解决方案。

2009年5月微软发布Hyper-V R2，这个版本对第一个版本的Hyper-V作出了重要改进，提供热迁移、集群共享卷和其他高级功能。更重要的是这些功能将微软与VMware放在相同地位上，从而显著改变了整个虚拟化市场格局。

2009年VMware推出MVP（Mobile Virtualization Platform，移动虚拟平台）半成品。VMware MVP是嵌入在手机上的一个非常小的软件，让数据和应用程序与手机底层硬件脱离开来。在一台普通的智能手机上，可以同时运行微软的Windows Mobile、Google的Android、以及Symbian等多种手机系统。这是移动虚拟化领域的新进展。

5）IaaS的代表性运营商有亚马逊(aws.amazon.com)、AT&T( www.synaptic.att.com)、GoCrid(www.gogrid.com)、Rackspace( www.rackspace.com)、世纪互联(www．cloudex.cn)等。

2． PaaS的发展历程基本上就是分布式并行计算技术的发展历程

1）对分布式计算技术的研究始于上世纪80年代，经过二十多年的发展，分布式计算的理论和技术发展已较为成熟。但是由于技术条件和市场等因素，业界始终没有形成可实际应用的分布式操作系统。

2）人们转而开始采用中间件平台技术，解决异构系统间的信息交互和协同工作问题。有四种类型的中间件技术：基于远程过程调用的中间件、面向消息的中间件、面向对象的中间件、数据库中间件。其中面向对象的中间件技术如EJB、DCOM、CORBA等是主流的中间件技术。

中间件技术屏蔽了网络环境下计算平台、操作系统、编程语言、网络协议的异构性和复杂性，使分布在网络上的应用系统能协同工作。但是，中间件只能通过C/S模式静态地连接有限的分布资源，在灵活性和扩展性上有较大局限。

3）计算多元化需求的不断增长，要求按照多种途径对分布式计算应用进行灵活的组合和分拆。在这一趋势下，面向Web的分布式解决方案逐渐成为热点。典型的方案有Web服务(WebService)、网格计算、对等计算和效用计算等。

Web服务建立在XML上，具有松散耦合、粗粒度等特点，采用开放的标准，支持不同平台和不同应用程序的通信。

网格计算通过Internet把分散在各处的硬件、软件、信息资源连结成一个巨大的整体，使得人们可以利用地理上分散的资源，完成各种大规模的、复杂的计算和数据处理任务。

对等计算，又称P2P计算，是C/S和B/S模式的融合，它把网络应用的核心从中央服务器向网络边缘的终端设备扩散，通过点对点的直接交互完成计算机资源和信息的共享。

效用计算将分布在各处的静态计算能力连接在一起，将应用程序映射和调度到服务器上，供需要的用户使用，并记录用户使用CPU的时间和应付的费用，效用计算可看作是云计算的前身。

4）网络技术和IT技术的进一步发展，催生了以Google分布式体系架构为代表的新一代分布式技术。这种计算技术不断完善，逐渐形成一种完整的商业模式，我们称之为云计算。

5）PaaS平台代表性产品有：Salesforce公司的Force.com是业内第一个PaaS平台，PaaS的概念也由该公司提出：八百客的800App是国内第一个PaaS平台；Google的App Engine以及微软的Azure也都是典型的PaaS平台。此外，随着开源的Hadoop分布式软件架构的逐渐成熟，越来越多的IaaS企业开始尝试在自己的IaaS平台上部署Hadoop以提供PaaS服务，如Amazon、Yahoo、IBM等。

3．SaaS的发展

SaaS作为21世纪兴起的一种软件应用模式，得到了迅速的发展，基于它的应用也越来越广泛。

1）2003年以Salesforce为首，幸存下来的ASP企业开始喊出SaaS口号。本质上说，SaaS和ASP的差异并不明显，现在还有所谓的ASP厂商，它们提供的在线系统与SaaS并无本质差异。其实概念倒还是次要的，最主要的是在线软件模式的技术已经变得成熟。

2）2003年后，美国Salesforce、WebEx Communication、Digital Insight等企业SaaS模式取得成功。国内厂商也开始于追赶模仿之路。包括用友、金算盘、金碟、阿里巴巴、XTools、八百客等。同时Microsoft、Google、IBM、Oracle、SAP等IT界巨头们也都已悄然抢滩中国SaaS市场。

3）SaaS在实际应用中不断深入发展，除了CRM之外．ERP、eHR、SCM等系统也都开始SaaS化。

4） SaaS典型应用和产品：Google Docs、Salesforce的Salesforce CRM，八百客的800APP CRM，用友伟库的CRM等。