作者：程克非 罗江华 兰文富 刘锐
出版社：人民邮电出版社
格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT
云计算基础教程(第2版)试读：
内容提要
本书介绍了云计算的基本概念、原理及实际应用，分为基础篇、技术篇、应用篇和实践篇4篇。主要内容包括：绪论、云计算架构及其标准化、云存储、云服务、虚拟化、云安全、云计算主流解决方案、云计算与移动互联网及物联网、云计算与大数据、高性能计算、虚拟化技术、分布式文件系统和云计算管理与服务等。
本书结合具体实例来讲解相关概念及原理，实用性较强，适合作为大学高年级和研究生云计算课程教材，也可作为云计算研究开发人员、爱好者的参考用书。前言PREFACE
很少有一种技术能够像云计算这样，从概念诞生之初就产生了巨大的影响。经过多年的发展和沉淀，它对信息和通信产业的吸引力仍旧没有减弱。Google、亚马逊、IBM和微软等国际IT巨头以及国内大大小小的互联网企业都在以前所未有的速度和规模推动云计算技术和产品的普及，一些学术活动迅速将云计算提上议程，支持和反对的声音不绝于耳。从最开始的云盘、云桌面等云服务，发展到现在的超大规模数据中心，云计算正在真正发挥它的光和热，推动信息化技术不断发展。那么，云计算到底是什么？本书将从高性能计算开始，介绍云计算的开源技术实践。
本书第1版在经历了4个年头后，部分内容已经有些过时和不太实用，本次特对其进行了修订。
修订版保留了原书的基本结构，分为4个部分：基础篇、技术篇、应用篇和实践篇。
基础篇包含第1章绪论和第2章云计算架构及其标准化。简单介绍云计算的起源及其架构，同时对目前云计算中的标准化情况进行了较详细的说明。
技术篇包含第3~6章，主要是对云计算环境下采用和适应的技术（包括存储体系、服务体系、虚拟化技术、云桌面技术和云安全）进行全面介绍。
应用篇包含第7~9章。总结了目前市场上存在的主要商业云解决方案以及部分知名的开源解决方案，分析了云计算技术、移动互联网技术和物联网的关系及现状，最后详细介绍云计算和大数据之间千丝万缕的联系。
实践篇包含第10~14章，以开源的云解决方案为主体，从高性能计算开始，对云计算环境的基础构建进行了初步的建设尝试，以便为读者构建自己的私有云、企业云提供一定的启发和帮助。
本书中部分文字的输入、图的绘制及对书中测试样例进行上机验证的工作是由王楠、周谦、蔡泓、解万富等研究生完成的；本书的编写得到了IBM中国公司，重庆邮电大学计算机科学与技术学院、通信工程学院、教务处、网管中心和计算科学实验室等部门的大力支持。在修订版编制过程中，新加入的实验内容主要由陈旭东、邓先均、罗昭、文先芝、张航等人完成，部分实验用数据由贵州力创科技发展有限公司、贵州移动通信信令数据应用工程技术研究中心友情提供。因篇幅有限，其他单位和个人不再一一列出。在此谨向所有支持和参与本书编写、修订的单位和个人表示诚挚的谢意。编者2018年5月—— 第一篇 ——基础篇
作者从2002年开始从事高性能计算的研究，那时的计算机还不能支持虚拟化技术，为了在Linux操作系统上运行Windows应用程序，费了不少精力。如Wine，在Linux环境上加入Windows运行时库支持；反过来，在Windows上运行Linux应用程序则几乎不可能，除非使用源码重新编译。这些技术不能完全满足应用程序在同一个机器上的运行，直到虚拟化技术出现。虚拟化技术以在机器上直接虚拟操作系统需要的硬件环境的方式安装操作系统，通过宿主系统和虚拟系统之间的虚拟共享通道完成文件和信息的交换。但这样的技术在当时硬件落后的计算机上运行效率实在太低，很难真正应用。到了今天，硬件计算能力增强，主机的计算能力大多数都处于闲置状态，CPU也从硬件层次提供虚拟化支持，我们何不考虑利用这种现状，特别是在教学实验和办公网络环境中，用集中的少量主机资源，通过降低用户端的计算资源，以瘦终端的方式来总体降低使用成本和节约能源呢？我们可不可以考虑将计算作为一种像水电一样的资源，按需提供给需要的用户呢？这些需求仅仅是虚拟化的支持是远远不够的，还需要大量的辅助技术才能完成，云计算由此产生。基础篇包含第1章绪论和第2章云计算架构及其标准化，将从云计算的基础以及发展现状开始，对目前开源环境下的虚拟化技术和云计算技术进行实践性介绍。本篇首先介绍云计算的起源和基础架构，再介绍云计算的标准化情况。希望通过这样的方式帮助有需要的读者了解云计算技术，轻松搭建自己的“私有云”环境。 第1章 绪论011.1 云计算的概念与特征1.1.1 云计算的基本概念
云计算（Cloud Computing）是在分布式计算（Distributed Computing）、并行计算（Parallel Computing）和网格计算（Grid Computing）的基础上发展而来的，是一种新兴的商业计算模型。它是在2007年第三季度由谷歌（Google）公司提出的一个新名词，但仅仅过了半年多，其受关注程度就超过了网格计算。
同时，云计算容易与并行计算、分布式计算和网格计算混淆。云计算是网格计算、分布式计算、并行计算、效用计算（Utility Computing）、网络存储技术（Network Storage Technologies）、虚拟化（Virtualization）、负载均衡（Load Balance）等传统计算机技术和网络技术发展融合的产物，它旨在通过网络把多个成本相对较低的计算实体整合成一个具有强大计算能力的完美系统，并借助Saa S、Paa S、Iaa S、MSP等先进的商业模式把这强大的计算能力分布到终端用户手中。云计算的一个核心理念就是通过不断提高“云”的处理能力减少用户终端的处理负担，最终使用户终端简化成一个单纯的输入/输出设备，并能按需享受“云”的强大计算处理能力。
目前，对云计算的认识还在不断发展变化中，其定义有多种说法。现阶段广为接受的是美国国家标准与技术研究院（NIST）的定义：云计算是一种按使用量付费的模式，这种模式提供可用的、便捷的、按需的网络访问，进入可配置的计算资源共享池（资源包括网络、服务器、存储、应用软件、服务），这些资源能够快速提供，只需投入很少的管理工作，或与服务供应商进行很少的交互。
因此可以说，狭义的云计算是指IT基础设施的交付和使用模式，是指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需的资源（如硬件、平台、软件）。提供资源的网络被称为“云”。“云”中的资源在使用者看来是可以无限扩展的，并且可以随时获取，按需使用，随时扩展，按使用付费。这种特性经常被称为像使用水和电一样使用IT基础设施。
广义的云计算是指服务的交付和使用模式，是指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需的服务。这种服务可以是IT和软件、互联网相关的，也可以是任意其他的服务。1.1.2 云计算的基本特征
在1.1.1小节中参考了NIST制定的云计算的标准定义，该定义指出了云计算“必不可少”的5个特征，下面是这5个基本特征的含义。（1）自助式服务
消费者无须同服务提供商交互就可以得到自助的计算资源能力，如服务器的时间、网络存储等（资源的自助服务）。（2）无处不在的网络访问
借助不同的客户端通过标准的应用对网络访问的可用能力。（3）划分独立资源池
根据消费者的需求来动态划分或释放不同的物理和虚拟资源，这些池化的供应商计算资源以多租户的模式来提供服务。用户并不控制或了解这些资源池的准确划分，但可以知道这些资源池在哪个行政区域或数据中心，包括存储、计算处理、内存、网络带宽及虚拟机个数等。（4）快速弹性
快速弹性是一种快速、弹性地提供和释放资源的能力。对于消费者，提供的这种能力是无限的（就像电力供应一样，对用户是随需的、大规模资源的供应），并且可在任何时间以任何量化方式购买。（5）服务可计量
云系统对服务类型通过计量的方法来自动控制和优化资源使用，如存储、处理、带宽及活动用户数。资源的使用可被监测、控制及可对供应商和用户提供透明的报告（即付即用的模式）。
云软件可充分借助于云计算的范式优势来面向服务，聚焦于无状态的、松耦合、模块化及语义解释的能力。1.2 云计算的简史
追根溯源，云计算与并行计算、分布式计算和网格计算有着千丝万缕的关系，更是虚拟化、效用计算、Saa S、SOA等技术混合演进的结果。那么，几十年来，云计算是怎样一步步演变过来的呢？回顾云计算的发展历程，可以把云计算的发展简史划分为如下3个阶段。1．第一阶段
2006年之前属于发展前期，虚拟化技术、并行计算、网格计算等与云计算密切相关的技术各自发展，其商业化和应用也比较单一和零散。
1959年6月，克里斯托弗·斯特雷奇（Christopher Strachey）发表关于虚拟化的论文，虚拟化是今天云计算基础架构的基石。1997年，南加州大学教授拉姆纳特·切拉潘（Ramnath Chellappa）提出云计算的第一个学术定义，认为计算的边界可以不是技术局限，而是经济合理性。1999年，马克·安德森（Marc Andreessen）创建了第一个商业化的Iaa S（Infrastructure as a Service，基础设施即服务）平台——Loud Cloud。2004年，谷歌（Google）发布Map Reduce论文。Hadoop就是Google集群系统的一个开源项目的总称，主要由HDFS、Map Reduce和Hbase组成。其中，HDFS是Google File System （GFS）的开源实现，Map Reduce是Google Map Reduce的开源实现，HBase是Google Big Table的开源实现。2．第二阶段
2006——2009年属于技术发展阶段，云计算、云模式、云服务的概念开始受到各个厂家和各个标准组织的关注，认识逐渐趋同，并结合传统的并行计算、虚拟化及网格计算等业务，使云计算的技术体系日趋完善。
2006年，亚马逊（Amazon）公司相继推出在线存储服务S3和弹性计算云EC2等云服务，Sun公司推出基于云计算理论的“Black Box”计划。2007年11月，IBM公司首次发布云计算商业解决方案，推出“蓝云（Blue Cloud）”计划。2008年1月，Salesforce.com推出了随需应变平台Dev Force，Force.com平台是世界上第一个平台即服务的应用。同年9月，谷歌（Google）公司推出Google Chrome浏览器，将浏览器彻底融入云计算时代。2009年11月，中国移动的云计算平台“大云”计划启动。3．第三阶段
2010年至今属于技术与应用得到高度重视和飞速发展的阶段。这一阶段非常重要的是云计算得到政府、企业的高度重视和逐步认同，其技术和应用得到了飞速发展。
2010年1月，微软（Microsoft）公司正式发布Microsoft Azure云平台服务。2012年，私有云、公共云、混合云以及开放云等所有类似云快速发展。SAP已经为亚马逊Web服务（AWS）运行其商务智能应用程序提供了认证，让企业更灵活、更节省成本地使用这个应用程序和基础设施。欧洲核子研究中心使用Open Stack私有云解决大数据和效率低的难题。2016年，微软宣布，由世纪互联运营的Microsoft Azure已正式支持红帽企业Linux；脸书（Facebook）牵手微软，使用其Office 365应用。1.3 云计算的发展现状1.3.1 市场规模分析1．国际云计算发展状况
2016年，全球公共云服务市场规模约2086亿美元，较2015年增长17%。云计算市场年增长率已连续4年稳定保持17%左右的较高增长速度（见图1-1，数据来源：Gartner）。图1-1 2010——2016年全球公共云服务市场规模及增长情况（1）美国在全球云计算市场的领导地位进一步巩固
作为云计算的“先行者”，北美地区仍占据市场主导地位（见图1-2，数据来源：Gartner）。2015年，美国云计算市场占据全球56.5%的市场份额，增速达19.4%，预计未来几年仍将以超过15%的速度快速增长。从服务商来看，亚马逊AWS 2015年收入近79亿美元，增速超过50%，服务规模超过全球Iaa S领域第2～15名厂商总和的10倍，数据中心分布于美国、欧洲、巴西、新加坡、日本和澳大利亚等地，服务全球190多个国家和地区。欧洲作为云计算市场的重要组成部分，以英国、德国、法国等为代表的西欧国家占据了21%的市场份额，近两年增长放缓，2015年增速仅4.2%，其中西班牙等国家出现负增长。2015年，日本云计算市场全球占比为4.2%，增速为7.9%，预测未来几年增速会小幅上升，但仍低于北美国家。预计未来美国与欧洲、日本云计算市场的差距将进一步扩大。
AWS作为全球无可置疑的云计算领导者，在营收绝对值遥遥领先于其他云计算厂商的情况下，依然保持了很高的增速，2015财年营收同比增长70%，营业利润同比增长182%，2016财年中报可以看到，AWS营收同比增长61%，达到55亿美元，营业利润同比增长165%，达到13亿美元，从半年报的数据有理由推测，未来AWS依然会保持非常高的增速（见图1-2）。图1-2 全球云计算市场份额（2）以中国、印度为代表的云计算新兴国家高速增长
2015年亚洲云计算市场全球占比为12%，保持快速增长，其中印度增速达35%，中国市场全球占比已由2012年的3.7%上升到5%。金砖国家中的巴西、俄罗斯、南非云计算市场占有率总和仅为3%左右，但增速较快，且市场潜力较大，预计未来几年市场会进一步扩大。2．国内云计算的市场规模
我国云计算市场总体保持快速发展态势。根据中国信息通信研究院发布的《云计算白皮书（2016年）》，2015年我国云计算整体市场规模达378亿元，整体增速为31.7%。其中专有云市场规模为275.6亿元人民币，年增长率为27.1%，2016年增速达到25.5%，市场规模达到346亿元人民币左右（见图1-3）。
我国公共云服务逐步从互联网向行业市场延伸（见图1-4），2015年市场整体规模约为102.4亿元人民币，比2014年增长45.8%，增速略有下滑。2016年国内公共云服务市场保持高速增长态势，市场规模达到近150亿元人民币。图1-3 2013——2016年中国专有云市场规模及增长情况图1-4 2012——2016年中国公共云市场规模及增长情况1.3.2 业务模式分析1．云计算的业务模式
在云计算环境下，包括软件、平台、基础架构等在内都将以服务的形式提供给用户。按照云计算的业务交付模式，分为基础设施即服务（Infrastructure as a Service，Iaa S）、平台即服务（Platform as a Service，Paa S）和软件即服务（Software as a Service，Saa S）。（1）Iaa S模式
Iaa S是指基础设施即服务，是提供IT基础设施（包括存储、硬件、服务器、网络带宽等设备）出租服务的业务模式。服务提供者拥有该设备，并负责运行和维护。客户提出需求并获取满足自身需求的IT基础设施服务。具有代表性的公司和业务有Amazon的EC2、Verizon的Terremark等。
Amazon部署了大量冗余的IT资源和存储资源，为了充分利用闲置的IT资源，Amazon将弹性计算云建立起来并对外提供效能计算和存储租用服务，包括存储空间、带宽、CPU资源及月租费。月租费与电话月租费类似，存储空间、带宽按容量收费，CPU根据运算量时长收费。例如，弹性计算云EC2让用户自行选择服务器配置来按需付费计算机处理任务。由于是按需付费，相比企业自己部署IT硬件资源及软件资源便宜得多，Amazon也成为最成功的Iaa S服务商之一。
美国电话电报公司（AT&T）提供按使用量付费的公用运算服务，供企业弹性使用IT资源并能随时取得所需的处理及储存能力。
NTT Do Co Mo与Op Source合作推出基于安全的数据中心及可靠的可扩展网络的云计算解决方案，利用公共云为每个用户提供虚拟化的私有云，使用户在虚拟化的私有环境中完成计算和应用服务，可实现在线购买，目前提供按小时计费的模式。（2）Paa S模式
Paa S是指平台即服务，将软件开发环境、部署研发平台作为一种服务，以租用的模式提交给用户，具有代表性的公司和业务有Google的GAE及Salesforces的Force.com等。
Google的云计算平台主要采用Paa S商业模式，提供的云计算服务按需收费。
Salesforce的Paa S平台Force.com是运行在互联网上的一组集成的工具和应用程式服务。Salesforce联合独立软件提供商，开发出基于其平台的多种Saa S应用，扩展其业务范围，使其成为多元化软件服务供货商（Multi Application Vendor）。（3）Saa S模式
Saa S是指软件即服务，由软件供应商或者服务供应商部署软件，通过互联网提供软件服务的分发模式，具有代表性的公司和业务有阿里软件、Salesforce、微软的邮件等。
阿里软件基于Saa S模式，充分利用互联网资源，面向中小企业用户提供先尝试后购买、用多少付多少、无须安装（即插即用）的软件服务，实现低成本在线软件，可以根据行业、区域为中小企业管理软件做大规模需求定制。
Salesforce让客户通过云端执行商业服务，不用购买或部署软件，按照订户数和使用时间对客户收费。
微软构建及运营公共云的应用和服务，同时向个人用户和企业客户提供云服务。例如，微软向最终使用者提供Online Services和Windows Live等服务。
上述服务模式的变更对现有产业有以下影响。
① 现有软件行业面临转型压力。
• 从产品销售模式转向在线服务模式。软件销售收入是传统软件企业的主要收入来源，目前，软件行业正由产品销售向Saa S模式发展，Saa S将成为未来软件行业的主流模式。它在硬件投资、软件投资和运营成本上相对于传统模式都具有很大的优势，如表1-1所示。表1-1 不同模式下企业的软件使用成本
• 软件需要符合多租户架构。传统的软件和应用建立在单实例、单用户的基础上，未来为满足更多租户的使用需求，需要符合并行运算特点，满足多租户Saa S的软件架构，以更好地体现云计算高效率、低成本的优势。图1-5为多租户模式下可能的几种软件结构。图1-5 多租户软件实例示意
② 传统大型IT企业面临云转型压力。
云计算技术的出现使各大IT企业不得不做出变化、转型，以适应云计算的新型系统和商业模式。例如，微软作为传统的软件提供商，推出Windows Azure产品，作为企业云计算的“操作系统”，并通过创建或加强云中运行的应用（包括开发工具）和提供云计算服务平台，力求引领云计算的大潮；思科作为传统的网络提供商，推出基于思科网络服务器、存储和虚拟管理产品的云计算平台，希望在Iaa S和Paa S市场扮演IT基础层供应商的角色；IBM积极在全球布局云计算，目标是通过IBM的硬件和软件平台为其他企业提供云计算能力，借助云计算整合应用，构建动态、共享、高效的平台，实现智慧地球的构想。2．国外云计算产业发展现状
当云服务从业者逐渐增多，云计算生态链日益完善时，越来越多的企业开始应用云计算，混合云就是其中可能的实现方式。据2015年的调研数据显示，虽然有88%的企业使用公共云，但68%的企业在云端仅运行不到1/5的企业应用，大多数企业未来会将更多的应用迁移到云端，并且55%以上的企业表明目前至少有20%以上的应用是构建在云兼容（Cloud Friendly）架构上的，可以快速转移到云端。图1-6所示为混合云市场发展趋势（来源：中国信息通信研究院云计算白皮书，2016年）。
国外众多传统IT厂商具有非常强大的开发和业务提供能力，同时具备在该领域传统的技术实力，因此能够分别提供多种服务，如平台、系统集成、应用开发等。图1-7所示为国外云计算生态环境现状。图1-6 混合云市场发展趋势图1-7 国外云计算生态环境现状
各厂家及运营商在云计算业务上的开展情况如表1-2所示。表1-2 各厂家及运营商云计算业务开展情况续表（1）平台提供商
云计算的实现依赖于虚拟化、自动负载平衡、随需应变的软/硬件平台，在这一领域的提供商主要是传统上领先的软硬件生产商，如微软、Red Hat、Oracle、IBM、惠普、英特尔等。这些公司的特点是提供灵活和稳定兼备的集群方案，以及标准化、廉价的硬件产品，提供云计算平台。
微软公司在2013年推出Cloud OS云操作系统，包括Windows Server 2012 R2、System Center 2012 R2、Windows Azure Pack在内的一系列企业级云计算产品及服务。Windows Azure是云服务操作系统，可用于Azure Services平台的开发、服务托管以及服务管理环境。Windows Azure为开发人员提供随选的计算和存储环境，以便在Internet上通过微软数据中心来托管、扩充及管理 Web 应用程式。
Red Hat研发的云计算项目包括Red Hat Open Cloud Project、Red Hat Deltacloud API、Red Hat Box Grind（三者一起提供一套云计算环境的完整应用部署工具）、Red Hat Infinispan and Condor（提供一个类Amazon Simple DB的云计算环境数据网格存储技术）、Cloud Scheduler（提供一个云计算环境计算任务调度器）。Red Hat提供纯软件的云计算解决方案（支持任意工业标准硬件），提供四层云计算解决方案，通过虚拟化实现资源整合、共享、分配，按需在线扩展、按需支付使用资源费用，提供Iaa S、Paa S、Saa S，并结合第三方应用扩展Saa S。Red Hat已为Amazon提供云计算平台，并联手威瑞森公司（Verizon Business）部署云计算服务方案。
IBM公司在2013年推出基于Open Stack和其他现有云标准的私有云服务，开发出一款能够让客户在多个云之间迁移数据的云存储软件——Inter Cloud，这项技术旨在向云计算增加弹性，并提供更好的信息保护。IBM在2013年12月收购了Aspera公司，在提供安全性、宽控制和可预见性的同时，Aspera的FASP技术使基于云计算的大数据传输更快速、更可预测和更具性价比，例如企业存储备份、虚拟图像共享和快速进入云来增加处理事务的能力。FASP技术将与IBM收购的Soft Layer云计算基础架构进行整合。
惠普公司打造刀片系统矩阵（HP Blade System Matrix），为云计算提供基础平台，希望以此来降低基础设施的整体成本和数据中心的复杂性。Matrix是建立在惠普Systems Insight Manager的基础之上的，对快速配置软件（惠普的RDP）、微软活动目录（Microsoft Active Directory）服务器虚拟化（Vmware、Xen Server和Microsoft Hyper-V）、惠普Blade System c-Class刀片服务器和惠普torage Works EVA光纤通道存储框架等相关服务有着极大的辅助作用，惠普面向需要针对虚拟环境实施共享存储的用户推出了云存储产品。
Sun公司（现已被Oracle公司收购）于2010年3月18日推出开放式云计算平台（Sun Open Cloud Platform），该平台包括Java、My SQL、Open Solaris和开放式存储等，并预演了Sun Cloud计划。Sun Cloud包括Sun云存储服务和Sun云计算服务，客户可以通过Sun Cloud充分利用开源和云计算相结合的优势，加速新应用的交付，降低总体风险，并迅速调整计算和存储规模来满足要求。Sun的云存储服务支持Web DAV协议，并实现对Amazon S3 API的兼容。（2）系统集成商
系统集成商的代表厂商包括Oracle、Google、Amazon、IBM、HP等公司，这些公司普遍具有强大的研发能力和技术团队，能够提供全面的云计算产品，帮助用户搭建云计算的软硬件平台。
Oracle公司是Open Stack基金会赞助商，计划将Open Stack云管理组件集成到Oracle Solaris、Oracle Linux、Oracle VM、Oracle虚拟计算设备、Oracle基础架构即服务（Iaa S）、Oracle ZS3系列、Axiom存储系统和Storage Tek磁带系统中，并将努力促成Open Stack与Exalogic、Oracle云计算服务、Oracle存储云服务的相互兼容。Open Stack已经在业界获得了越来越多的支持，包括惠普、戴尔、IBM在内的众多传统硬件厂商已经宣布加入，并推出了基于Open Stack的云操作系统或类似产品。（3）服务提供商和电信运营商
服务提供商和电信运营商的代表企业包括提供新型数据中心服务的亚马逊、Go Grid、AT&T、Verizon等，以及为应用开发者提供开发平台的 Paa S公司，包括微软 Azure、Google App、Force.com等。
微软公司于2008年10月推出了Windows Azure操作系统（现更名为Microsoft Azure），其底层是微软全球基础服务系统，由遍布全球的第四代数据中心构成。微软“云计算”的期望是：未来，个人和企业不需要建立自己的数据中心，而是把数据存在微软的“云”里，在需要时随时取用。
Google基于云计算平台实现Google各种应用的运行。Google推出的Google App Engine，允许开发人员编写Python应用程序，然后把应用构建在Google的基础架构上。Google云服务起初主要是针对个人消费者，现在，包括GE和宝洁在内，已经有50多万家组织注册了Google Apps，整个Google Apps的用户数量超过了1 000万。2009年，Google收购了Postini，其托管型E-mail安全监控软件现在是Google Apps的一部分。另外，2010年4月，Google跟Salesforce.com合作，把Salesforce CRM和Google Apps集成在一起。同时Google和IBM联合向高校学生和研究人员提供云计算服务Google-IBM。Google在美国的多个州已经完成或正在构建全新的数据中心。
亚马逊AWS产品线以提供Iaa S服务为主，提供S3（一种简单的存储服务）、EC2（弹性可扩展的云计算服务器）、Simple Queuing Service（一种简单的消息队列）及仍处在测试阶段的Simple DB （简单的数据库管理）4种云计算服务。S3可以提供无限制的存储空间，让用户存放文档、照片、视频和其他数据，使用EC2服务的用户可以选择不同的服务器配置，并对实际用到的计算处理量付费。推出了其桌面即服务（Daa S）Work Spaces，进一步扩展其云生态系统。每个桌面都需要CPU、内存、存储、网络及GPU，而AWS提供了这些资源。在Paa S领域，亚马逊宣布EMR支持Impala之后，更推出了流计算服务Kinesis。
AT&T于2008年8月推出网络托管的Synaptic Hosting服务，通过AT&T部署的网络、运算资源及数据储存中心解决客户的运算需求。2009年5月，AT&T推出基于EMCAtmos数据存储基础架构的Saa S服务——Synaptic Storage as a Service。用户可以在任何时间从任何地点访问自己的数据，并可以使用AT&T的网络云来保存、分布和找回数据。用户通过一个基于Web的用户界面制订详细规则，服务器自动按照用户需要扩展存储容量，而用户只需要根据使用付费即可。AT&T推出Synaptic Compute as a Service云计算服务，旨在为世界上各种规模的企业提供可定制的、高扩展性的云计算服务。企业用户可以在AT＆T的世界级网络内使用满足自己需要的不同计算处理功能。AT&T的云服务目前进展较为顺利，已在美国取得成功，并逐步向全球扩展。
2010年年底，NTT Do Co Mo推出以网络为基础的桌上计算机云端运算平台Setten（“接触点”或“接口”），Setten可提供全面性的运作系统、储存及一系列应用托管方案，可通过互联网连接公司网络、电子邮件、文件及各服务器，模拟桌上环境，与真实桌上计算机平台无异。
Verizon于2009年6月面向企业用户推出了云计算服务Caa S，按照Verizon云计算服务模式，该公司利用自有网络及数据中心处理企业客户所提要求，用户通过Web门户来访问和使用Verizon的工程师为其定制的软件。计算中使用的服务器或者其他设备是在Verizon的数据中心里，也可事先为客户的系统进行定制化安装。Verizon不仅可以出租虚拟服务器的计算资源，还可以出租物理服务器的资源。（4）应用开发商
应用开发商即Saa S应用服务提供商，所提供的应用包括微软的Live服务、Google的Gmail和Google Earth、苹果（Apple）公司的Mobile Me等。另外，应用开发商还包括以及新兴的在线CRM解决方案提供商Salesforce等。
目前，使用Salesforce的用户达110多万，Salesforce已经为1/4的世界500强提供服务。此外，Salesforce也提供各种新的云计算服务，在2007年4月发布了自己的企业内容管理（Enterprise Content Management，ECM）产品——Salesforce Content，它可以让用户存储、分类和分享信息，与微软公司的Share Point和EMC的Document类似。
苹果公司推出的Mobile Me服务是一种基于云存储和计算的解决方案。按照苹果公司的整体设想，该方案可以处理电子邮件、记事本项目、通信簿、照片及其他档案，用户所做的一切都会自动更新至i Mac、i Pod、i Phone等由苹果公司生产的各式终端界面。微软公司推出的Live Mesh能够将安装Windows操作系统的计算机、Windows Mobile系统的智能手机和Xbox，甚至还能通过公开的接口，将苹果计算机及其他系统的手机等终端整合在一起，其相互之间通过互联网来连接，从而让用户跨越不同设备同步文件、文件夹及各式各样的网络内容，并将数据存储在“云”中。（5）试验床
发展试验床的目的是消除资金和后勤方面的障碍，促进行业、科研机构和政府部门间的开放协作。目前，比较有影响力的试验床项目有Open Cirrus等。
Open Cirrus云计算试验床成立于2008年7月，进行50多个研究项目，其模拟了一个真实、全球性、互联网范围的环境，研究人员借助于试验床测试应用和测量基础设施及服务的性能，以建立大规模的云系统。惠普、英特尔、雅虎及多家研究机构均已加入其中。
美国橡树岭实验室的Cray XT5-HE Jaguar System是由美国国家计算机科学中心（NCCS）建立的超级计算机系统，为科技和工程设计方面提供开放研究工具。美国洛斯·阿拉莫斯（Los Alamos）实验室的 IBM Roadrunner System是由IBM为美国能源部所属的国家核能安全管理部（NNSA）建立的超级计算机，主要供美国能源部计算美国核能武器存储量的安全及可靠性，也可提供科学、金融、汽车及航天工业等领域的运算。
NSF的GENI（Global Environment for Networking Innovations）于2010年启动了Di Cloud （Data-Intensive Cloud Control for GENI）项目。该项目扩展了GENI/Vi SE Sensor Network（Sensornet）试验床，为研究人员提供一个进行深度数据试验的环境，包括跨越Sensornet节点、数据中心节点，特别是基于云的数据存储节点，获得数据片段。3．我国云计算产业研究现状（1）我国云计算的客户发展
在产业、资本、政策的驱动下，我国云计算领域得到了长足、迅猛的发展。
2011——2013年为客户培育阶段（萌芽期）。当时，国内基础云计算提供商特别是公有云，主要还是阿里云和盛大云，受限于国内整体云计算发展尚处于客户培育阶段，公有云产品还不是特别完善，这一阶段选择云计算的主要还是电商、游戏、移动App、视频等互联网客户。这些公司的主要特点是，对基础云资源消耗大且业务量变化波动大，选择公有云服务具有很好的成本优势。
2014——2015年为客户快速普及阶段（快速发展期）。整体的云计算业务开始进入快速发展普及期，亚马逊AWS也于2013年12月正式进入我国，并提供有限的预览服务，此时开始陆续有政府机构及中石油等大型企业选择云计算服务，但其中大部分的客户还是互联网客户。
2016年之后，云计算的需求开始爆发，银行、保险、制造业等传统领域客户慢慢开始尝试上云，对云计算的接受程度显著提高。
图1-8为云计算客户在我国的3个主要发展期，从中可看到三大显著特点。
① 云计算的渗透正在逐步从互联网领域客户向传统产业的领域渗透。
②在国家产业政策的驱动下，各级政府机构和央企正在逐步将一类非敏感性的业务系统搬迁到公有云上，并优选私有云作为整个IT架构转型和业务升级的载体，几乎所有的省份都启动了区域性的云计算建设项目。
③众多传统行业，诸如银行、保险、制造业等均选择云计算作为未来战略转型升级的重要支撑载体，一改过去主要以互联网客户为主的现状。
从客户变迁的显著趋势来看，云计算产业正在进入广泛的应用渗透、产品迭代升级与客户拓展交互推进的阶段，整体行业正在进入业绩逐步兑现的阶段。图1-8 云计算客户在中国的3个发展阶段（2）政府鼓励政企客户上云
从政策驱动来看，我国政府积极的云计算产业政策，正在鼓励和引导一大批政企客户选择使用云计算服务。表1-3列出了我国政府为鼓励云计算产业所出台的系列政策。表1-3 我国对云计算产业发展出台的系列鼓励政策
我国政府自2010年以来，出台了一系列鼓励云计算发展的产业政策。通过整理发现，2015年以来，政府机构、事业单位、大型央企等，纷纷选择构建政务云平台，以私有云或者混合云模式来代替原有的传统IT构建交付模式。（3）云计算生态链
云计算的实现依赖于能够实现虚拟化、自动负载平衡、随需应变的软硬件平台，在这一领域的提供商主要是传统上领先的软硬件生产商，如浪潮、华为、中兴、联想等。系统集成商帮助用户搭建云计算的软硬件平台，尤其是企业私有云，例如，华胜天成、东软集团、浪潮软件等。另外，服务提供商包括鹏博士、网宿科技、神州泰岳等，应用开发商包括用友软件、金蝶等。表1-4部分列出了我国云计算产业生态链。表1-4 云计算产业生态链（4）我国云计算行业竞争格局
易观发布的《2016年中国云计算Iaa S市场实力矩阵》对2015——2017年主要云计算Iaa S厂商在实力矩阵中所处的位置以及厂商现有资源和创新能力的变化情况进行分析，厂商主要分为四类：领先者、创新者、务实者、补缺者。阿里云、腾讯云、华为企业云、金山云等代表的公有云计算厂商处于领先者，具备更好的时长竞争力；青云、UCloud属于云计算Iaa S市场创新者，它们在产品/技术上的投入很大，并在商业模式、技术或者产品服务的创新性上有独特的优势；务实者拥有丰富的资源，执行能力较强，如百度云、移动云、天翼云等；网易蜂巢、Dao Cloud、灵雀云是新兴云计算平台，是很有发展潜力的补缺者。
从云计算产品的成熟度、客户数量的累积、全球化布局来看，国内公有云通用云计算的格局，将会在未来3～5年形成。目前，还尚未进入基础公有云计算领域的创业公司或传统IT公司，在通用公有云领域将会很难分享到行业的高速增长。
国内的云计算厂商（如阿里云、金山云、Ucloud等）虽然在各方面还稍逊全球龙头亚马逊AWS，但历经4年以上的发展，已经初步具备较强的市场竞争力和规模效应。4．国内电信运营商发展现状（1）中国电信
中国电信由广州研究院牵头，联合北京研究院和上海研究院，多方面开展云计算的研究工作，在Iaa S层面进行内部系统整合试点，提供新一代IDC和云存储新产品；在Paa S层面引入微软Azure平台，开发内部云创新平台；在Saa S层面与微软公司就One App方案进行合作，开发中小企业应用。
同时中国电信也开展了云的业务和试点工作，外部业务和应用主要包括如下方面。
①商务领航。这是基于Saa S对政企客户推出的一项业务，为集团和省两级的架构，支持面向政企客户通信应用、信息化应用和行业应用。
②天翼云。2016年6月30日，中国电信与华为联合提升天翼云产品，打造具有云网融合、专享定制、安全可信等三大优势的天翼云3.0产品，构建云计算“国家队”。不同于现有市场上的云服务，天翼云3.0基于完全我国自主知识产权的平台，在云网融合、安全保障和全面定制化等方面，具有明显的优势，多数据中心布局、云间随选网络、全民升级多点可用区服务、定制化专享云服务等，是可承担政府、教育、医疗和大中企业关键业务的云服务。
目前中国电信拥有内蒙古、贵州两大云基地，建成了北京、上海、广州、成都四大云数据中心，并具备通达全球的端对端数据能力。（2）中国联通
从2009年6月起，中国联通集团研究院开始了云计算的相关技术研究工作，提出了PCCN（公众计算通信网）等云计算概念，并跟踪研究了Iaa S、Paa S等相关技术。
中国联通也在2013年成立云数据有限公司并发布沃云品牌，到现在已经进入沃云4.0时代。
2016年3月31日，中国联通率先发布云计算策略，同时，还发起成立了“中国联通沃云+云生态联盟”，成为我国通信业率先发布云计算策略的运营商。
未来，中国联通将从六大方向发展云计算：全力建设新一代绿色云数据中心，提供覆盖全面的“沃云+”资源布局；加快建设“云网一体”的统一平台，提供“自主、先进、安全、可控”的“沃云+”平台能力；面向不同领域，提供差异化、高性价比的“沃云+”产品体系；聚焦重点行业，提供全方位的“沃云+”服务体系；坚持集中统一，提供高效的“沃云+”运营管理体系；坚持开放创新、合作共赢，共建“中国联通沃云+云生态联盟”。
中国联通是国内运营商中唯一自主研发拥有自主知识产权的云计算服务提供商，目前正在进行覆盖全国“M+1+N”的资源布局，数据中心全部建成后，总机将超过32万架，总带宽将超过30TB，具备400万台服务器的承载能力。（3）中国移动
与电信和联通不同，中国移动主要从自主研发、平台建设、服务能力云化3个方面布局云计算，为通信4.0做准备。
在自主研发方面，中国移动起步较早。随着云计算产业发展方向越来越明晰，2014年成立了苏州研发中心，主要从事云计算、大数据、内部IT集成系统的开发，在整个云计算软件产品方面，从操作系统定制化一直到Iaa S、Paa S相关产品的研发开发工作，中国移动公有云和私有云以此作为集成和主要产品供应进行重构。
在平台建设方面，在公有云、私有云平台建设之前，中国移动做了很多探索。从2015年开始，中国移动对系统做了全面的升级，分为公有云和私有云，两个云计算系统统一在Open Stack开放的架构之下，这样可以充分利用开源资源以及开源的一些技术成果；同时，Open Stack API都是开放的，可以充分整合产业内部各方面合作伙伴的力量。目前中国移动SDN通过标准的接口对接了国内主流的SDN厂家，未来它们可以快速提供SDN的商用产品集成在系统当中。
在服务能力云化方面，由于中国移动自身就是最大、最复杂的云计算的用户，因此，其内部结合云计算系统迁移过程当中积累的经验，未来还会把这种能力输出。这种云计算系统迁移不仅仅包括把系统迁移到传统的Iaa S系统之上，也会尝试基于数据中心操作系统、基于容器弹性可调度的Paa S平台，考虑如何将大颗粒度的数据（比如计费系统）迁移到云平台。
中国移动在省公司云计算方面的应用主要集中在运营支撑系统（Operation Supporting System，OSS支撑系统）应用方面。1.4 云计算的发展趋势1.4.1 国内外总体发展趋势
云计算以统一化的IT基础资源为用户提供个性化的服务，可以说是标准化与差异化的完美结合。云计算的出现，表明当前互联网遇到了新的发展契机。尽管还存在许多的不完善，但是在互联网、IT和电信巨头的共同推动下，云计算仍然显现出较为乐观的前景。从研究机构的市场预测也可以看出，未来几年云计算将保持较高的增长速度，市场规模将不断扩大。
云计算的发展有赖于政府的支持，特别是从总体规划的科学性和财力支持力度来看，政府主导将成为云计算未来发展的重要趋势和主要动力之一。1．美国
美国政府将云计算、虚拟化和开源列为节约政府IT支出的三项重要手段，特别任命了联邦政府首席信息官（CIO），负责协调政府机构之间的信息科技运作并高度关注云计算的发展，大力推动云计算和应用虚拟化。通过采用云计算和Saa S软件租赁服务，美国政府节约了66亿美元的财政预算。以美国政府网站的改版为例，网站改版升级按照传统作法要花6个月时间，且每年还要花250万美元维护，若改用云计算，只要一天就能完成升级，一年维护的费用只需80万美元。因此，美国政府将云计算作为一项长期性的政策，希望能够更多地使用云计算服务以解决安全性、性能和成本等方面的问题。
另外，云计算还被看成是增加政府透明度的有力工具。在美国政府发布的预算文件中，资助众多试点推行云计算项目，又一次表明了云计算在政府机构的IT政策和战略中会扮演越来越重要的角色。2．日本
日本政府在云计算方面也不甘落后，在2009年4月，总务省公布的“数字日本创新计划”中就提出建立一个大规模的云计算基础设施，以支持政府运作所需的所有信息科技系统。以提高运营效率和降低成本。
该政府信息系统定名为“霞关云计算”。该系统将使各部以展开合作、集成和整合硬件，并建立共享平台。政府将不遗余力地开发和运营信息系统，以期在大大降低电子政务的开发和运营成本的同时，通过整合共享功能提高处理速度，增强系统之间的协作，提供安全先进的政府服务。
日本政府正在努力扩大网上应用程序，使公众的个人认证系统更为易用，并扩大公众的使用量。政府还鼓励民众使用数码设备，如使用移动电话等市民常用的工具。此外，日本政府还将建立和完善支持系统的在线应用。3．中国
在节能减排、两化融合成为我国社会经济发展的关键词以来，我国各级政府高度重视云计算，为其发展注入了强大的动力。目前，我国的云计算市场在政府行业的发展速度已超过企业。以无锡云计算中心为开端，包括南京、杭州、佛山等地的地方政府都正在兴建政府云计算中心。广东省在“云计算”市场的表现最为积极。在广东省政府与IBM“智慧城市”合作项目的签约中，云计算被排在双方合作的首位；佛山、东莞等地已经建立起国家级的云计算中心，成为地方政府为企业解困减负的主要手段。国内的云计算基础设施建设也在加快。同时，大型云计算中心的建设也有利于减少能源消耗，符合资源节约型社会与环境友好型社会的发展要求。
随着国家对云计算重要作用的认识不断提高，云计算的研究和应用的投入力度将进一步加大，而且政府部门正在积极采取行动制订标准工作，并协调云计算产业链上、下游各个企业的关系，促进云计算产生后互联网产业的健康发展。我国的云计算发展正在加速，并将越走越好。
目前，云计算技术总体趋势是开放、互通、融合、安全，随着存储逐步向SAN+NAS一体化发展、主机由小型机向x86服务器发展、网络进一步宽带化、软件开发向能力开发发展，云计算迎来了新的技术要求和更大的驱动力。
云计算将向公共计算网发展，对大规模的协同计算技术提出新的要求。虚拟机的互操作和资源的统一调度需要更加开放的标准。目前，云标准已经引起行业的高度重视，并得到较快的发展。
用户对云计算安全性的质疑一直是阻碍云计算进一步普及的最大障碍。目前，由厂商和云计算用户组成的云安全同盟，在如何消除公众对云计算安全性的疑虑上达成共识，可信和评估体系将逐步建立起来。1.4.2 云计算的未来发展方向1．私有云将成大型企业首选
大型企业对数据的安全性有较高的要求，它们更倾向于选择私有云方案。未来几年，公有云受安全、性能、标准、客户认知等多种因素制约，在大型企业中的市场占有率还不能超越私有云，并且私有云系统的部署量还将持续增加，私有云在IT消费市场所占的比例也将持续增加。
私有云将是大型企业首选之一，安全性会是大型企业最主要关心的问题。2．开放数据中心更容易实现云计算
阿里巴巴、百度、腾讯、中国电信、中国移动以及中国信息通信研究院、顾问单位英特尔联合发起成立了开放数据中心委员会（Open Data Center Committee，ODCC），是由数据中心相关的企事业单位自愿结成的行业性、非营利性的社会组织。这一组织希望实现：“互通”的云，能够允许企业能在私有云和公有云之间共享数据；一个“自动化”的云计算网络，能自动帮助不同的应用和资源安全运行，从而显著提高数据中心的能耗表现；一个PC 和设备感知的“客户端自适应”的云，能自动决定哪种应用、命令和处理应该在云上，或是在用户的笔记本电脑、智能手机以及其他设备上进行，从而充分利用某个用户和设备的独特性能，以全面优化在线体验。3．混合云架构将成为企业IT趋势
私有云只为企业内部服务，而公有云是可以为所有人提供服务的云计算系统。混合云将公有云和私有云有机融合在一起，为企业提供更加灵活的云计算解决方案。
混合云是一种更具优势的基础架构，它将系统的内部能力与外部服务资源灵活地结合在一起，并保证了低成本。在未来几年，随着服务提供商的增加与客户认知度的增强，混合云将成为企业IT架构的主导。
尽管现在私有云在企业内应用较多，但是在未来这两类云一定会走向融合。英特尔等一些领先厂商认为开放式架构是实现云的基础，而实际上开放数据中心也更有利于公私云的融合，如果未来有更好的、更开放的标准的话，混合云应该发展更快。4．越来越多的应用迁移到云中
将应用迁移到云中，是原本就赋予云计算的意义，也是最主流的云计算应用方式之一。现在Saa S模式已经取得了初步成功，为云计算产业开辟了一条非常好的道路。
Saa S模式给传统软件产业带来了巨大的冲击。出于成本和运维等方面的原因，越来越多的企业选择Saa S方式使用软件。在新的市场环境下，软件厂商也纷纷出台云战略。微软就是典型代表，它的传统桌面软件正不断向云软件迁移。但也并不是所有的软件都适合于Saa S模式，一些与企业核心业务或者安全相关的软件还需测试。5．云计算概念逐渐平民化
几年前，一些大企业对云计算概念的渲染，导致很多中小企业对云计算的态度一直停留在“仰望”的阶段。经过一段时间的酝酿，一种比较适合中小企业的云计算模式出现了——平台即服务（Platform as a Service，Paa S），它是将基础设施平台作为一种服务呈现给用户的商业模式。这是一种比较低成本的方案，对那些资金有限，并且IT资源有限，急需扩展IT基础支撑的企业有着巨大的吸引力。从目前的市场发展态势来看，也许在不久的将来，Paa S将取代Saa S，成为中小企业最主要的云计算应用。1.5 云计算的适用条件1.5.1 云计算的优势和带来的变革
前面对比了云计算与传统的基础设施，这里不再赘述，下面从其他角度分析云计算的优势。1．云计算的优势（1）优化产业布局
进入云计算时代后，IT产业已经从以前那种自给自足的作坊模式转化为具有规模化效应的工业化运营模式，一些小规模的单个公司专有的数据中心将被淘汰，取而代之的是规模巨大且充分考虑资源合理配置的大规模数据中心。而正是这种更迭，生动地体现了IT产业的一次升级，从以前分散、高耗能的模式转变为集中、资源友好的模式，顺应了历史发展的潮流，优化了产业布局。（2）推进专业分工
通过云计算服务提供商，一些中小型企业不用构建自己的数据中心，或者说是不用投入大量的基础设施建设，只需要通过互联网访问云技术服务提供商提供的服务即可，自己也不需要考虑一些成本投入、维护投入等。云服务提供商会提供大量的专业人员和科研团队来完成这些工作，因此带来了专业分工的优势。这里的云服务提供商的优势是相对中小型企业来说，云服务提供商更专业，更具有经验，而且从投入成本的角度来说，云服务提供商的价格更低廉。除了带来一些成本上的优势，还使云计算服务提供商提供了软件管理方面的专业化，使同一个人的效率更高，这也减少了人力成本的投入。
云计算使专业分工更加明显，进一步优化了IT产业的布局，通过一些手段，让更多的企业专注于自己的领域，扬长避短，减少内耗，同时也带来了商机。（3）提高资源利用率
云计算提供商通过服务器的虚拟化，尽可能地最大化利用资源，从而提高投入产出比，带来更高的利益，下面举个简单的例子。
假设现在有一个网站，在节假日的时候会出现100万的并发访问情况，非节假日时只有1 000～10 000的并发数，如果是企业自己投入基础设施构建数据中心的话，可能的投入如下：
① 1个负载均衡器；
② 8台应用服务器；
③ 4个数据库服务器（3个读服务器、1个写主服务器）。
在节假日，全部服务器满负荷，勉强可以应付。在平时，只要配置如下服务器就够用了：
① 1个负载均衡器（可选）；
② 8台应用服务器（1台服务器）；
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]