作者：赵立威,方国伟
出版社：电子工业出版社
格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT
让云触手可及：微软云计算实践指南试读：
让云触手可及 微软云计算实践指南
CIP号：第207890号
ISBN：978-7-121-12093-0
中图分类：TP393
关键词：计算机网络
北京,2010/12,电子工业出版社
版次：1
印次：1
价格：38.00
印数：7000册
印张：21.5
字数：260
开本：720×1000 1/16
语种：中文摘要
本书由微软专家集体奉献。从实践的角度阐述了企业在选择、采用云计算时应考虑的要点和必需的准备；运用案例对微软云计算平台策略、开发实践做了清晰的介绍。对于身处向云计算时代转型的IT业界具有重要的参考价值。赵立威，方国伟 主编王希，段雪明，王立楠，费良宏，崔宏禹 编著许艳 责任编辑刘皎 其他贡献者张亚勤 推荐
云计算正在改变整个IT产业！
顺应这个潮流，微软携手合作伙伴正致力于向客户提供最佳云计算服务，使他们能够专注于公司业务而非IT基础设施。云计算同时也为微软及合作伙伴开启了一扇通往下一代创新应用的门，打开这扇门，我们将被带到一个由Windows Azure平台带来的前所未有的崭新世界。
微软对云计算满怀热忱。在这样一个令人激动的时代，我们愿意把十多年运营云计算服务的经验，结合持续不断的创新，奉献给每一个企业、每一位个人，造福于亿万用户。
今天的中国，不仅经济高速发展，企业创新也层出不穷，这是发展云计算产业的大好时机。微软非常幸运，能够置身这个时代并与中国本地产业共同发展。最近，我们在上海成立了微软云计算创新中心，帮助客户及合作伙伴加速向云计算的转型；微软也将以此为新的起点，为中国市场带来最好的云计算平台、技术及世界一流的服务。《让云触手可及一一微软云计算实践指南》既是对微软云计算远见和洞察力的呈现与总结，也是微软对IT产业未来发展的战略及承诺，相信每位读者都会从中获益！
张亚勤博士
微软公司全球资深副总裁谢恩伟 推荐“云+端”的计算
35年前，微软提出让每一个桌面上，每一个家庭都有一台PC。这在当时看似天方夜谭的愿景如今已逐渐成为现实。
35年后，微软又给自己设立一个新的挑战目标：为每一个人，每一个企业提供不间断的云计算服务。在互联网时代，微软的愿景是借助互联网的力量，通过软件的魔力，在不同的设备上为用户提供无缝的体验。为了实现这个目标，微软现在已全力以赴投入到云计算这个变革当中。
人们在面对一种新事物的时候往往倾向于过髙估计它在短期内的作用而又过低估计其长期的影响。有观点认为，下一个十年里，包括软件、硬件、服务等在内的计算资源，将由分布式应用不断向互联网聚合—计算将由端走向云，最终全部聚合到云中，成为“纯”云计算的时代。一时间，云计算似乎等同于只需要浏览器的计算。未来用户获取计算资源也许会像我们现在用电、水那样简单方便且价格低廉，只要插上插头，数据、服务、应用就全都从“云”里“飘”过来，但问题在于，用户这边的插头插上“电”以后仍然需要各种“电器”来实现不同的应用，就好像我们烹饪饭食时不只是用电一样，倘若没有电饭锅和微波炉这些终端，那就什么美味佳肴也做不了。
微软的云计算是“云+端”的计算。
我们认为客户端和云不是相互独立，而是相互联系的有机整体。云是一个复合平台，把智能客户端通过宽带连接到云服务而构成一个集成平台。客户端决定了最基本的用户体验，因此各种形式的个人计算永远是其中最重要的组成部分之一。我们看到移动计算环境的重要性也日益增加，与此同时，越来越多的汽车开始连到网上。最终，新的显示技术、网络技术等将扩展到人们工作和生活的大多数场景——办公室、家庭以及移动装置中。自然用户界面（NUI）技术的发展将进一步拓展客户端的计算方式，并提升用户使用云计算服务的体验。一个很好的例子就是Kinect，它是Xbox 360新的传感器，其革命性功能已经引起了业界的广泛兴趣，它将彻底地改变游戏的方式。
在网络的另一端，云平台和基础设施也在飞速发展。几年前，事实证明通过扩展企业数据中心去获得像互联网服务那样的超大规模设施是不可行的，因为对于传统数据中心来说这样成本太高，而且在管理、能源、散热等多方面都会遇到瓶颈。数据中心和云计算平台构建方面的很多事情必须进行根本性的变革。微软的Windows Azure技术就是为解决这类问题而开发和设计的，它不只是供微软内部使用，而且还创造了一种新的模式——可以把云设施提供给需要本地化运作的人。在微软的芝加哥新数据中心，不必像传统数据中心那样安装活动地板、配置能源和散热以及空调制冷。实际上，我们在集装箱中设计了Windows Azure Appliance，其在工厂中就根据要求的规格事先进行了完整的组装，基本上只需要连接上水源、光纤以及电插头之后，就完全自我配置和自我管理了。
云计算在中国受到了很大关注，并已成为学术界和产业界的一大热点。大约在两年前中国电子学会专门成立了云计算专家委员会，一些具有创新精神的企业也在开始建造自己的私有云或使用一些公有云服务。无论从历史经验还是从现实需求看，中国都应该及早投入云计算的大潮，在全球计算和通信产业的新一轮风暴中抢占到有利于未来发展的制高点。
开发工具和平台事业部在微软公司内部一直负责最新技术的应用推广工作，包括VS2010、IE9、Silverlight4、Windows Phone 7等。本书作者一直从事微软“云+端”技术的一线推广工作，同时也参与了微软在中国的多个云计算实施项目。希望他们介绍的内容和分享的经验对广大读者有所参考，并祝愿云计算事业在中国蓬勃发展！
谢恩伟
微软大中华地区首席云战略官
开发工具和平台事业部总经理作者序
云计算是什么?对于这个问题不同的人可能会有不同的回答。有人认为它是Web 2.0，有人认为它是分布计算，也有人认为它是外包的一种。当然也有人认为它纯粹是新瓶装旧酒的一种文字游戏或者市场炒作。由于是从不同的角度来看云计算，这些理解都有其正确的成分。从根本上，我们认为云计算是IT服务方式的变革。就像制造业的大规模化生产变革一样，云计算是IT服务本身的规模化生产。经济学上的规模化效应同样可以应用在IT服务上面，只不过这里的IT服务可以通过互联网来进行快速放大。
从用户的角度来看，人们一直追求价廉物美的东西，而云计算的目标就是为用户提供“价廉物美”的IT服务。在规模化生产的基础上，通过资源集中和共享、通过自动化的管理手段，云计算可以帮助服务供应商提高资源的利用率，从而能够用更低的成本提供服务。像微软、亚马逊云计算数据中心的单位硬件存储、计算和网络带宽的价格要远远低于一般企业数据中心。微软数据中心的每个管理员能够管理2000～4000台服务器，而一般企业的这个数字大概是几十到几百不等。因此，云计算服务的“价廉”也就显而易见了。当我们讲云计算可以提供自服务、弹性扩展和动态资源分配等特性的时候，实际上我们在讲为用户提供优质服务。通过云计算，用户申请资源不需要长时间的等待，用户访问应用不会因为访问量的变化而出现服务水平的下降，用户也可以通过不同的终端在任何地方都能访问应用……因此云计算在为用户提供“物美”的服务。让信息就像水和电一样方便使用并触手可及是人们的一个梦想。云计算和各种自然用户界面技术如多点触摸等在客户端的广泛应用，让我们切实感觉到信息就在指尖流动。我们离梦想的距离似乎已不再遥远！“话说天下大势，合久必分，分久必合”。计算方式从最早的主机，到分布式的PC，现在又通过云计算的方式重新集中。新一代基于云计算理念和技术构建的数据中心何尝不是一个新型的巨型计算机，只不过它是基于标准硬件构建、计算能力更强、扩展性更好的计算机。相对于传统计算机，这个巨型计算机更依赖于软件。这是我们对云计算时代数据中心的一种看法，这也是我们把Windows Azure称为云操作系统的一个原因。
微软的“三屏一云”战略包括以电脑、电话和电视机为代表的三种客户端以及后台的云计算服务。本书作者大都长期从事微软最新技术和方案在国内的推广工作，其中既包括像Windows 7、Silverlight 4、Windows Phone 7、IE9等客户端产品和技术，也包括像虚拟化、系统管理和云计算等方案。这些技术内容很好地支撑了“三屏一云”的主题。作为长期工作在一线的技术团队，我们参与了国内多个云计算项目的推广和实施，并与电信、金融、制造等行业的许多大型客户进行过不同层次的云计算需求和技术讨论，同时也积极与政府各个相关部门探讨过云计算安全和标准化的工作。与任何新生事物一样，云计算在国内还处于相对初级阶段，云计算的概念就像它的名字一样似乎还有点云山雾罩。有鉴于此，我们决定把我们的一些认识和实际经验通过图书的方式与广大读者进行分享和探讨。为了能把这些内容及时展现给读者，成书难免仓促，如有纰漏，请各位专家和读者包涵并不吝指教。
本书分为上下两篇。上篇主要讨论云计算概念、影响以及企业采纳云计算的发展规划。下篇主要围绕微软实际的云计算方案和实践展开。本书的写作由赵立威统筹协调，把握脉络，方国伟负责统稿和项目管理。各章执笔者的分工如下：第1、2、4章以及第5.1节方国伟；第3章王希；第5章平台部分段雪明；第6章王立楠；第7章费良宏；附录A由崔宏禹完成。
也许最好的计算机是看不见的计算机，云计算和自然用户界面的发展正在推动我们向这个方向前进。今年是我国三网融合战略正式展开的第一年，巧合的是微软的“三屏一云”与我国的三网融合有着非常完美的对应关系。无论是三网融合还是云计算，我们都相信会给人们带来更便捷和丰富的信息化生活和工作。我们同时希望本书能够帮助大家更好地认识和利用云计算，让云触手可及！上篇 让云触手可及第1章 云计算的前世今生1.1 我们需要什么样的计算
我认为全球电脑市场的规模大约为5台。
——IBM创始人托马斯·J·沃森（Thomas J.Watson），1943
当我们站在微软美国芝加哥数据中心一层的时候，数据中心管理人员告诉我这一层有好几万台计算机，但是我们一台也没看到。这是我见过的最大的数据中心，因为它的占地面积相当于16个美式足球场。这也是我见过的噪音最小的数据中心，在这里面说话您不用像在一般数据中心里那样扯着噪子喊。这也是我到过的温度最为适宜的数据中心，在这里呆上多久您也不会像在平常的数据中心里那样感到特别寒冷。数据中心管理人员告诉我这一切都是因为这里的成千上万台计算机连同UPS等设备都被封装在了集装箱中。这就是计算机运算工厂，微软在全球的几十个数据中心就像大型发电厂为社会供电一样，为我们这个信息时代带来了动力。我感觉自己像进了一个新世界，似乎看到了一个新的数字时代在向我们走来。1.1.1 历史总是惊人的相像
在回答需要什么样的计算之前，我们先简单回顾一下电力的发展过程。电力的出现，使大型工业水车成为了历史遗骸。讨论电力工业的发展离不开一个人，他就是天才的发明家、科学家和企业家爱迪生。在19世纪70年代，爱迪生开始想要发明白炽灯的时候，当时没有实用的灯泡也没有完善的供电系统，他心中的目标非常远大，并不仅仅为了发明灯泡，而是要创立整个电力应用系统并推广他发明的灯泡。为此，爱迪生必须要在多个方面进行技术突破和完善。除了白炽灯之外，他必须要创造出一种有效的发电设施，一种能够方便地将电输送到家庭和办公场所的电力网络。当然，爱迪生也是一个企业家，因此从商业的角度他还需要发明一种给用户的用电服务进行准确计费的方法，他要确保整个电力系统运行起来之后是可以盈利的。
1879年10月21日，爱迪生制成了一盏使用碳化灯丝的灯，它持续点燃了40个小时。除了灯泡，爱迪生和他的工作小组在2年内还开发了几乎所有跟推广和应用白炽灯有关的关键部件。他们设计了新型的发电机，完善了并联电路和开关，发明了一种电表用于检测用户用了多少电。为了更好地推广和利用他们的发明，爱迪生在1879年创办了爱迪生电力照明公司。虽然他在纽约的曼哈顿创建了第一个中央电厂，并通过地下电缆网把电输送到了周围大概一千平方英里范围内的建筑，但是爱迪生对于经营中央电厂不感兴趣。他的真正商业兴趣在于将他那些有专利注册的电力系统通过特许经营和专利许可的方式交由其他经营者去经营，然后他的公司通过卖设备来赚钱。
爱迪生的第一批发电厂是用直流电输送电力的，由于功率在电线摩擦中迅速损耗掉，以致发电厂输送电力的距离最远不超过一英里。爱迪生对自己设备系统的完美充满自豪，他坚持认为发电应该走小规模和直流电的方式。他发明了第一个有实用价值的电厂系统，并建了一个全国性电网来输送这些电力，但无法设想进一步统一建设大规模电厂，因此他反对采用交流电。而公司的经济利益也进一步强化了他的偏见：因为小型的发电厂建得越多，卖掉的设备就越多。但是，中央电厂具有非常好的规模经济效应，而且在用户增多以后不同用户之间用电模式的差异可以更有效地利用电能，使供电成本低于小型发电厂。实践最终证明，交流电具备很多优点：动机结构比较简单，重量较轻，而且供电稳定，还可以调高或调低，能够实现远距离送电。远距离输电方法的产生和运用，让大规模集中供电成为了可能，为工业电气化解决了电力的供应问题。从此，从城市到农村，从平原到山区，都可以得到电的供应，电气化的时代开始。
这是技术的胜利，但更是经济规律的胜利。这种集中供应的方式可以大大地降低单位产品或服务的成本。实际上这种经济学上的规模效应在许多领域中都发挥着巨大的作用。所以当现在的人们习惯于打开水龙头用水，打开电灯开关用电的时候，我们从来没有想过这个水和电到底是从哪个自来水厂或者是哪个发电厂输送过来的。我们已经习惯于这种依赖公共事业的服务方式。我们的日常生活中有许多这样的例子，比如电话、管道煤气等都是类似这种集中供应的方式。所以一个自然而然的问题就是，信息技术服务同样会按照这种方式演变吗?1.1.2 计算模式的演变
1946年2月14日，标志着现代计算机诞生的ENIAC（Electronic Numerical Integrator and Computer）在美国费城公诸于世。ENIAC代表了计算机发展史上的一个里程碑，被认为是第一台通用计算机。它是当时电子管计算机的一个代表，其主要特点是采用电子管作为基本电子元器件。ENIAC占地63平方米，使用了将近1.8万只电子管，每小时耗电25千瓦，总重量达到27吨！但是，这个当时耗资高达50万美金（约等于现在的600万美金）的庞然大物每秒只能进行5000次加减法运算，远不及现在的一个普通计算器。图1.1 标志着现代计算机诞生的ENIAC
第一代计算机的一个明显特征是使用真空电子管和磁鼓储存数据。另外它们的操作指令是为特定任务而编制的，每种机器有各自不同的机器语言，功能受到了限制，速度也慢。穿孔卡片仍作为计算机输入数据的一种手段。在这个时期，没有系统软件，使用的是机器语言和汇编语言编程。计算机只能在少数尖端领域中得到运用，一般用于科学、军事等方面的计算。实际上ENIAC是在第二次世界大战的背景下由美国政府和宾夕法尼亚大学合作开发的，其主要设计目的就是为美国陆军的弹道实验室计算作战用的弹道曲线。
在那个时代，人们如何看待计算机的发展呢?
IBM的创始人托马斯·J ·沃森（Thomas J.Watson）在1943年说过一句名言：“我认为全球电脑市场的规模大约为5台”。1949年美国的《大众机械》杂志也曾宣称，“将来的计算机重量可以不超过1.5吨”。
但是，计算机技术的发展和市场对计算的需求远远超出了大部分人的想象。随着计算机按照冯·诺依曼体系结构的演变可以在自己的存储器中存储操作指令，并且随着系统软件的出现，计算机可以通过编程来执行许多功能，它不再是一个局限于军事和科学领域的只能完成数学运算的计算器，而成为了一种通用计算平台。首先产生出大量需求的是一些需要处理复杂商业计算和统计的大型公司和政府部门。比如政府的人口普查局采用计算机来进行人口统计。大型商业公司通过计算机来做一些工资管理和会计工作，甚至一些销售预测、工厂调度等工作都开始通过计算机来处理。随后，航空公司开始利用计算机来构建航班预定和出票系统，银行利用计算机来管理支票和储蓄账户。当越来越多的商业企业和政府部门开始接受计算机的时候，计算机的制造和应用变成了一个有利可图的市场，从而拉开了人类信息技术时代的序幕。
由于当时的计算机非常昂贵和复杂，这意味着一般的职员几乎无法直接使用计算机。这些计算机都是单独放在特别的房间里，并由身穿白色工作服的专业人员来操作。当用户需要使用计算机的时候，他要先把需要运行的程序和数据通过卡片或者磁带交给专业人员，然后根据任务的优先级和先后顺序由主机操作人员统一运行这些批处理任务，当运算结果出来之后再由操作人员分发给各个用户。这种基于大型计算机的集中计算方式，一般称为主机计算模式（Host Computing），这是通用计算机出现之后二三十年中最为主要的计算模式。显然，在这种计算方式下，人和计算机之间存在着流程和技术的屏障，计算机的运算不是由用户直接控制执行的。这使得计算机对于一般人而言显得非常神秘，不仅限制了人们对计算的需求，同时也限制了计算机的应用范围。虽然后来随着计算机硬件和网络的发展，主机计算能力迅速提高，其应用方式和范围也有所变化，但是集中于少量大型计算机的模式基本没有改变。在主机时代所提出的分时（Time-Sharing）原理也是计算资源共享的最早体现。
随着大规模集成电路技术的发展，计算机的小型化成为可能。在20世纪70年代，一些先进的科研机构开始有了一些供单个人员使用的微型计算机。但是，真正标志着个人计算时代开始的事件是IBM公司在1981年正式推出的全球第一台个人计算机——IBM PC，该机采用主频4.77 MHz的Intel 8088微处理器，运行微软公司专门为其开发的DOS操作系统。图1.2 IBM PC
为了推动个人计算机的产业化发展，1982年IBM开放了IBM PC的主要技术，从而逐渐形成了PC的“开放标准”，使得不同厂商的标准部件可以互换，从而产生了大量的IBM PC兼容机。至此，PC以前所未有的广度和速度向大众普及。比尔·盖茨在创立微软伊始就提出一个发展愿景，让每一张办公桌上和每一个家庭里都有一台个人计算机。这个愿景虽然在当时几乎是天方夜谭，但是现在却正在成为一种现实。英特尔基于x86体系架构微处理器和微软Windows操作系统的结合大大加快了个人计算机的普及，并被外界称为“Wintel”联盟。个人计算机的出现不仅深刻地影响了计算机技术本身的发展，同时也使计算机技术渗透到了社会生活的各个方面，极大地推动了计算机的普及。
个人计算机的蓬勃发展和局域网技术的成熟使得用户通过计算机网络共享计算机资源成为可能，从而出现了一种新的计算模式。虽然个人计算机相对于大型计算机的资源有限，但是在网络技术的支持下应用程序不仅可以利用本机资源还可以通过网络共享其他联网计算机的资源。这种分布式的计算模式与传统集中的主机计算模式不同，一般称为客户/服务器（C/S，Client/Server）模式。
在C/S模式中计算机被分为两类：一类是向其他计算机提供各种服务（如数据库、打印、文件等服务）的计算机，称为服务器；另一类是通过网络访问这些服务的计算机，称为客户机。虽然C/S模式只是从应用架构上规定了服务之间的调用关系，两类计算机只是服务角色不同，但是在企业实际应用中客户机一般是个人计算机，而服务器则是根据服务访问量而配置的具有更高处理能力的计算机。C/S模式充分发挥了客户端个人计算机的处理能力，许多工作可以在客户端处理完后再提交给服务器，这同时也降低了网络负担。随着个人计算机的普及，C/S模式从20世纪80年代中后期开始逐渐替代主机计算而成为广泛使用的企业计算模式。
Internet的发展使得计算机之间的通信和互联超越了地域的限制，而万维网（WWW）和浏览器的出现使得互联网从科研机构走向大众，就算普通用户都能够方便地上网冲浪。万维网在本质上是使个人和机构可以通过分享信息来进行通信的一个平台。从企业计算的角度来看，万维网推动一种新的计算模式的出现。这种基于浏览器、We b服务器和应用服务器的计算结构被称为浏览器/服务器（B/S，Browser/Server）模式，该计算模式在20世纪90年代中期开始逐渐形成和发展起来。
B/S计算模式继承和发展了之前C/S模式中的一些计算特点，但是具有C/S模式所不及的许多特点，比如更加开放、应用的可扩展性和系统维护更加方便等。在C/S模式中，不同的操作系统需要对应不同的语言和开发工具，客户机上除了负责图形显示和事件输入外还包含了一部分应用逻辑和业务处理规则的实现，因而越来越臃肿。应用开发的重点主要落在了客户机上，而这种客户机也被形象地称为胖客户端。由于客户机配置了大量的应用软件，软件的变动和版本升级，以及硬件平台对软件的支持能力等都造成了整体应用系统管理维护成本的上升。而在B/S模式下，应用逻辑和业务处理规则的实现都在服务器端，这样客户端可以做得非常简单，其最常见的形式就是一个浏览器。与C/S的胖客户端相对，这种客户端被称为瘦客户端。
B/S模式采用的技术规范是由标准化组织所制定的、开放的标准如HTML、HTTP等，从而不依赖于单一厂商。由于主要维护和安装工作都在服务器端，因此整体系统的维护成本大大降低。浏览器的使用相对简单，可以用较低的培训成本推广企业应用系统。一旦用户掌握了浏览器的用法，也就掌握了运用系统上各种信息资源的钥匙，通过浏览器就可以自由方便地访问信息系统。B/S模式简化了客户端的要求，主要计算工作都在服务器端完成，计算又一次开始向服务器端集中，计算方式进入了We b时代。
自从万维网出现以后，网站如雨后春笋一般层出不穷，尤其是2000年以后基于Web的应用更是蓬勃发展。图1.3是互联网服务器研究公司Netcraft在2010年5月公布的全球互联网网站服务器调查数据，其中清楚地记录了主机名和活动网站数量的发展情况。图1.3 Netcraft的网站调研结果（2010年5月）
这种基于We b的计算方式要求网络连接快速可靠，要求服务器端能够处理大量并发访问，从而对数据中心和通信链路建设提出了更高的要求。互联网上数目众多的网站一方面为用户提供了足够多的访问选择，另一方面也让用户面临一个棘手的问题——信息大爆炸。为了帮助用户在浩如烟海的互联网信息中快速找到自己所需要的，像Yahoo、Google、必应（Bing）和百度等这样基于互联网的搜索引擎出现了。如果说电子邮件是互联网初期的杀手级应用，那么搜索引擎就是万维网的杀手级服务。由于要处理的数据量非常巨大，这些搜索引擎的索引、计算和排序等计算工作量也远远超出了传统大型服务器和集群架构的处理能力。这促使搜索引擎服务提供商开始寻找一种新的技术实现方式。
计算能力不再依赖于单台物理计算机的性能，而是通过大量计算机的分布计算来实现。
在构建大型数据中心时为了降低成本采用标准和廉价的硬件，比如基于x86的服务器。
海量数据的存储不再采用传统关系型数据库的方式，而是采用新型的分布式文件系统方式实现。
新的应用架构模型和开发方式，使得应用能够并行处理海量数据。
由于计算机数量巨大，因此平台的运维和管理要尽可能地采用自动化方式。
平台的可靠性通过软件层保障，应用对于底层计算节点的故障有比较好的容错能力。
随着富互联网应用（RIA，Rich Internet Application）的广泛应用、动态网页技术的发展以及HTML5标准的快速演进，Web应用能够呈现的内容变得更加丰富，人们已经不再满足于简单的内容浏览，而是希望生产和参与到信息的生产、分享过程中。人人参与正是Web 2.0的精髓。同时，互联网也进一步变成通信和社交的平台，像Facebook、Twitter和开心网等已经融入到了许多人的生活当中。这些社交类应用服务正在改变人们使用We b的方式，吸引了大量的用户，比如Facebook目前就拥有超过5亿用户。互联网上的计算集中化趋势已经非常明显，据网站分析公司Compete称，排名前10的网站在2001年占据了美国31%的网页浏览量，在2006年占到40%，而到了2010年已占到约75%。无论是这些大规模的网站应用还是搜索引擎服务，这些计算需求都催生出了一种基于资源集中和互联网共享的计算模式——云计算。图1.4 计算模式的演变
在100多年前，电力供应方式经历了从分散到集中的变革，我们相信同样的变化正在信息技术服务领域发生。这种集中供应计算能力的方式，加上现在层出不穷的各种智能终端设备，让信息触手可及的愿望正在成为现实。
在长途跋涉之后，我们似乎又回到了原点。1.2 什么是云计算
云计算被认为是分时系统发明和PC出现之后信息服务提供方式的一次最大的变革。在过去的两年多时间内，云计算这个名词在厂商和媒体的推动之下已广为人知。但什么是云计算，这是所有第一次接触云计算这个概念的人都会首先想到的一个问题。要回答它却不是一件容易的事。据说在2008年底的一个国际云计算大会上，主持人关于这个问题随机采访了20位听众，结果得到了22个答案！时至今日，云计算还缺乏一个统一的定义。1.2.1 云计算的概念
作为一个相对比较新的概念，业界关于云计算定义的争论从未停止过，由于看问题的视角和商业利益的不同，不同的人对云计算有着不同的定义和解读。这种类似盲人摸象的现象在IT领域并不少见，在电子商务、SOA、Web 2.0等概念刚出来的时候都曾发生过。对于云计算这个概念，也不例外。图1.5 对云计算理解的现状
对于大部分经常使用We b电子邮件、网页搜索等互联网服务的人来说，也许下面由维基百科（Wikipedia）提供的云计算定义就非常好理解。“云计算就是基于互联网的计算，它能像电网供电一样，按需把共享的资源、软件和信息提供给计算机和其他设备。”（http：//en.wikipedia.org/wiki/Cloud_computing）
虽然对于一般互联网用户而言，这个定义给出了他们日常使用互联网服务的直观描述，但是其描述过于抽象，而且局限于通过互联网提供的服务。接下来我们再看一下美国国家技术和标准研究院（NIST，National Institute of Standards and Technology）对外公布的一个云计算定义。“云计算是一个提供便捷的可通过网络访问一个可定制的计算资源共享池能力的模式（计算资源包括网络、服务器、存储、应用和服务）；这些资源能够快速部署，并只需要很少的管理工作或与服务供应商很少的交互。”
这个定义相对来说更为具体，也更为技术。它强调了一个共享的计算资源池，然后用户可以方便地通过网络访问。它没有强调必须通过互联网，这样就把企业自建的计算服务涵盖进去了。
如果需要用一句话来描述，云计算就是信息技术作为服务（IT as a Service）的一种计算供应和消费方式。要理解云计算这种计算提供方式，对于下面几个关键点的理解将非常重要。
1.云计算强调资源的共享，而不是独占
云计算通过资源共享方式来提高资源的利用率，现实中的应用程序在资源使用的模式上往往具有互补的特性。比如，有些应用的高峰访问在白天，有一些是在晚上。如果从全球配置的角度看，由于时差的存在，资源互补性就更为明显。显然，这种资源共享的方式可以降低计算的成本。如果以现实生活中的例子，我们可以用自助餐和桌餐的差别来类比云计算与传统计算方式的差异。
2.云计算强调的是资源集中，而不是分散
资源集中是资源共享的前提。在云计算中首先要通过资源集中形成一个资源池，然后再让不同用户来共享访问。云计算的这种特点就与网格计算之间有了非常明显的区别。这也就是为什么在云计算时代大型数据中心的构建显得非常重要，同时由于经济学上的规模效应还可以进一步降低计算的成本。云计算中的资源集中首先是物理集中，以便于资源的管理和利用，但是由于用户地域的分散性和物理集中规模上的一些限制，一个大型的云计算服务提供商可以有多个大型的数据中心分布在世界各地，这样又形成了物理上的分散，但是云计算服务本身在逻辑上还是集中的。
3.云计算强调的是一种服务，而不是技术
云计算强调的是一种服务，这是很多技术人员一开始不容易把握的地方。所谓强调的是一种服务，实际上是强调从用户需求出发，而不是从技术实现或管理员出发。有一些人认为虚拟化加上系统管理就是云计算，这是典型的从系统管理员角度出发考虑问题的例子，而没能把握云计算作为服务的特点。
4.云计算强调的是动态资源配置，而不是静态资源分配
既然是一种服务，那用户当然希望能够得到优质的服务，其中重要的一点就是服务的响应时间。云计算需要对用户资源需求作出及时响应，一般而言这种资源需求的服务请求响应时间应该是秒级或分钟级别，而不是传统IT系统中资源申请以天、周甚至月为单位的服务水准。许多云计算实现中采用虚拟化技术，主要是因为虚拟化技术可以降低不同资源之间的耦合度，从而提高资源的动态配置能力。
5.云计算强调的是专业分工，而不是事必躬亲
云计算从某种意义上讲是“专业的人干专业的事”思想的一种体现。最终用户不需要了解“云”中基础设施的细节，不必具有相应的专业知识，也无须直接进行控制，只需关注自己真正需要什么样的资源就可以通过网络来得到相应的服务。对于第三方提供的云计算服务来说，它也是外包思想的一种体现，把部分IT的具体实现和运维“外包”给了云计算服务提供商。1.2.2 云计算的资源使用模型
要理解云计算的概念以及它能带来的各种好处，还需要理解云计算的资源使用模型。传统的IT使用模型是根据业务发展情况预计一个应用系统的负载增长率，然后制定一个固定时间比如3～5年的投资计划。在这种方式下，用户需要一个比较大的前期投资，以满足一定时间段的用户需求。这种前期投资对于小企业和初创公司来说就是一个很大的进入障碍。就算在理想的状况下，即应用系统的负载量与预期负载一致，这种构建方式也会造成IT能力的浪费。而实际情况是应用系统的负载很难做到精确，这样就更加加剧了IT能力供给和需求之间的矛盾。实际系统的IT能力的过配和短缺变得相当普遍。一些大型用户为了保证关键应用的正常运行，系统过配现象就非常严重。这种传统的IT资源使用模式如图1.6所示。图1.6 传统IT的资源使用模型
云计算的出现使我们可以用更为灵活的方式来配置系统资源。一方面由于采用新的租用的业务模式，因此用户的进入门槛相对较低，用户不需要有大量的前期投资就可以开始使用资源。另外，由于云计算可以根据实际需求来进行资源调配，因此用户不用担心高峰时期资源的短缺，也不用担心系统在压力小的时候资源会闲置。这种弹性的资源配置使得用户的投资能够取得最佳回报。云计算的资源使用模型如图1.7所示。图1.7 云计算资源使用模型1.2.3 适合云计算的典型场景
许多人在一开始接触云计算的时候，往往倾向于认为云计算是无所不能的。虽然我们认为云计算是IT发展的未来方向，但是在云计算发展的初始阶段，并不是所有的应用都适合云计算的方式。根据云计算服务的特点，下面几个应用场景可以从应用云计算中得到最为显著的效果。（1）间断性应用场景。
间断性应用场景包括临时性的一些应用需求或者是一些批处理工作等。这些应用场景的特点是不需要连续地使用计算服务。比如，企业要进行一场为期一周的市场推广活动需要使用计算服务，但是通过传统方式来处理这类计算需求就显得非常笨拙，一方面响应比较慢，另一方面还会造成许多资源的浪费。云计算通过按需分配的方式可以比较好地符合这类应用场景。图1.8 间断性应用场景（2）快速增长应用场景。
快速增长应用场景指的是应用需求量增长比较迅速的情况。传统IT构建方式都是事先估计一个阶段的需求然后根据需求做系统容量配置。在这种方式下应用系统的容量扩展不是动态的，而是呈阶梯型上升。对于快速增长的应用，传统方式会导致IT系统需要进行频繁的调整。而云计算可以通过动态分配资源的方式来满足应用快速增长的需要。图1.9 快速增长应用场景（3）需求突增性应用场景。
需求突增性应用场景是指应用的使用量短时间内快速增加又很快回落的情况。这种使用量的变化有的是无法预测的，比如当突发性事件发生时新闻网站访问量突增；也有一些是可以预测的，比如每年除夕的短信息发送需求，节日的在线购物需求等。无论是哪种突发性需求对于应用系统的容量估算和保障都非常有挑战性，但是采用云计算就可以相对容易地解决这个问题。图1.10 突发性应用场景
扩展阅读：为什么称为云计算?
我们从前面的讨论中可以看出云计算的出现是计算发展的必然，即使没有出现“云计算”这个词，也还是会出现另外一个什么计算，它所包含的意义也会等同于现在的云计算。但是为什么会叫云计算呢?想一想我们以前在画应用系统架构图的时候用什么图形来表示互联网或Web。没错，是云。这正是人们把这种基于互联网和Web的计算形象地称为云计算的最直接原因。1.3 云计算的特点
业界虽然对如何定义云计算还未达成共识，但对于云计算的特点已有很多深入的讨论。当需要判断一个计算服务是否是云计算时，可以从下面这些云计算的特点出发进行分析。图1.11 云计算特点1.3.1 按需服务
云计算是把信息技术作为服务（IT as a Service）提供的一种方式。这种服务的概念都是从消费方（用户）角度出发、而不是从服务提供方出发来考虑问题，因此一个基本特点是要求按需服务，即用户可以根据需求即时得到服务。从这个角度讲，云计算就像我们公共服务中的自来水、电和煤气一样，集中供应并按需服务和计费。对用户来说这种按需服务的方式可以降低他们使用服务的进入和退出门槛，从而降低服务绑定的可能性和投资风险。1.3.2 资源池
云计算带来的一个好处是能够提高资源的利用率，一般需要通过共享的方式来达到这个目的，而共享需要先把资源集中到一个公共的资源池中。因此，云计算需要把计算资源集中到一个资源池中通过多主租用的方式来为不同用户提供服务。对用户来说，具体物理资源的位置对他们而言是透明的，用户一般也不能控制具体资源的位置。但是，有时候出于法规遵循和数据传输性能的考虑，云计算服务商会提供一些高层次的位置信息，比如在哪个国家和地区或在哪个数据中心。在云计算当中，这个资源池中的资源可以是多种类型的。根据这个资源池中资源的类别，我们把云计算的服务模型分为三大类，即所谓的SPI模型（参见第1.4节“云计算的SPI服务模型”）。1.3.3 高可扩展性
对互联网应用来说，其用户数量和资源需求量的变化都非常大，很难事先有个准确的系统容量估算。而对于传统应用来说，不同时间段中用户使用应用的模式也有很大的差异。云计算平台的高可扩展可以很好地满足应用负载和需求变化的要求。云计算平台的资源池相对于单个用户的需求而言是比较大的，考虑到会有大量不同用户共用一个资源池，他们之间的资源使用模式一般存在一定的互补性，所以对于某个用户的需求而言，云计算具有很高的扩展性，其资源几乎是无限的。另外，云计算平台在做架构设计的时候，都需要考虑到如何让用户可以平滑扩展他们的资源需求，比如计算资源、存储资源等。1.3.4 弹性服务
弹性服务指的是云计算的资源分配可以根据应用访问的具体情况进行动态调整，包括增加或减少资源的要求。也正因为如此，云计算对于非恒定需求的应用，比如需求波动很大、阶段性需求等，具有非常好的应用效果。在云计算的环境中，资源的扩展方式可以分为两大类：一种是事先可以预测的，比如一些季节性的需求；另一种则是完全基于某种事先设定的规则进行实时动态调整。无论是哪一种，都要求云计算平台提供弹性的服务，而对于云计算用户而言他们感觉能在任意时间根据需要得到计算资源。1.3.5 自服务、自动化和虚拟化
对于习惯于使用ATM机或网上银行的人，或者喜欢使用机场自助打印登机牌的人来讲，自服务带来的灵活和方便是他们喜欢自服务的最主要原因。而对于服务提供商来讲，自服务不仅能够提高客户满意度，还能降低服务成本。试想一下，当您通过互联网打印了登机牌时，您就为航空公司节约了人工服务成本、打印成本和登机牌的印刷成本等，而同时您对得到的服务还感到满意。与这些日常生活中的服务类似，在云计算中自服务同样是降低服务成本，提高服务便捷性的一种途径。
自动化概念本身比较好理解，而把自服务和自动化放在一起则是因为它们之间的内在联系。对于云计算服务提供方来说，自服务要求提供尽量简单的用户操作界面，简化用户操作，降低用户使用服务的难度，只有这样自服务才能被用户所接受。而且由于是人机交互，因此服务响应速度的要求就会更高。所有这一切都需要通过后台自动化的方式才能实现，也就是说后台自动化是前台自服务的保障。因此从这个意义上讲，自服务是目的，而自动化则是手段。
虚拟化是把资源从硬件束缚中解放出来的一种方式，使得资源的动态分配成为可能。
这几个概念之间的关系如图1.12所示。图1.12 自服务、自动化和虚拟化之间的关系
云计算自服务一般通过Web门户来体现，就像在亚马逊的云计算服务中，用户通过自服务门户预定需要的计算资源就像在电子商务网站上订购一本书一样方便。自动化一般通过程序和大量自动化脚本来实现，使得前端自服务界面用户触发的操作后台平台能够自动化完成并及时响应，从而保证良好的用户体验。1.3.6 便捷网络访问
让用户可以在任何地方通过任何设备来访问需要的信息服务是人们追求的一个理想，云计算的发展让我们离这个目标更近了一步。云计算另外一个特点是便捷的网络访问。资源的集中供应必然要求用户通过网络来访问，云计算服务的供给就像当电力和自来水集中供应之后通过电网和自来水管道网络来提供服务一样：用户可以用不同的设备，包括PC、手机、平板电脑等通过网络访问云计算服务。丰富的终端设备结合网络技术的发展将解决信息服务“最后一公里”的问题。1.3.7 服务可度量
管理学之父德鲁克曾经说过一句名言：“如果您不能测量它，您就不能管理它”。云计算作为服务提供的方式，需要对服务进行度量。一般服务提供方和用户之间需要有一个服务水平协议（SLA）。这对于私有云来说，可以根据服务情况进行内部费用核算；而对于公有云来说，服务可度量就是计费的前提，然后可以根据实际使用量来进行计费。1.4 云计算的SPI服务模型
虽然目前对于云计算还没有一个统一的定义，但是大家对云计算的服务模型已有了一个相对统一的认识。我们知道云计算是通过共享资源池的方式来提高资源利用率的。在云计算中，根据其资源池中资源的类别，可以把云计算的服务模型分为三种，即所谓的SPI模型，如表1.1所示。表1.1 SPI模型1.4.1 软件即服务（SaaS，Software as a Service）
软件即服务（SaaS）是用户获取软件服务的一种新形式，也是目前最为常见并且使用最多的一种云计算服务方式。用户一般不需要将软件产品安装在自己的电脑或服务器上，而是按某种服务水平协议（SLA）直接通过网络从专门的提供商获取自己所需要的、带有相应软件功能的服务。本质上而言，软件即服务就是云计算服务提供商为满足用户某种特定需求而提供其消费的软件的计算能力。SaaS类型的云计算服务有以下主要特点。（1）用户主要通过标准的Web浏览器来使用互联网上的软件服务。（2）多主租用（Multi-tenancy）。（3）用户不必购买软件，只需按需租用软件或通过广告模式免费使用。
SaaS实际上是一个比云计算出现得更早的概念，而且在业界称其为SaaS，之前还有一个与之关系密切的概念叫应用服务提供商（ASP，Application Service Provider），但是现在我们把它归纳为云计算的一种服务模型。当前，SaaS有多种典型的应用，如在线邮件服务、网络会议、在线杀毒等各种工具型服务，还有在线CRM、在线HR、在线进销存、在线项目管理等各种管理型服务。SaaS是应用软件的一个发展趋势，目前已吸引了众多厂商的参与。像微软Office365中的在线服务、Salesforce的在线CRM等都是典型的SaaS服务，国内的用友、金蝶等软件厂商也都推出了自己的SaaS应用。1.4.2 平台即服务（PaaS，Platform as a Service）
平台即服务（PaaS）是指将一个完整的应用程序运行平台作为一种服务提供给客户。在这种服务模式中，客户不需要购买底层硬件和平台软件，只需要利用PaaS平台，就能够创建、测试和部署应用
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