淺談云計(jì)算的可視化模型及3種服務(wù)

在 IT 行業(yè)，存在一個(gè) 15 年周期現(xiàn)象，從 1966 年開(kāi)始到可預(yù)知的未來(lái)若干年，可分為 6 個(gè)周期，每個(gè)周期的技術(shù)熱點(diǎn)分別如下：

1966—1980 年為大型機(jī)時(shí)代；

1981—1995 年為個(gè)人計(jì)算機(jī)時(shí)代；

1996—2010 年為互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代；

2011—2025 年為云計(jì)算時(shí)代；

2026—2040 年為人工智能時(shí)代；

2041—2055 年為機(jī)器人時(shí)代。

每一個(gè)周期都以前一周期的產(chǎn)品為基礎(chǔ)，誕生并迅猛發(fā)展出新的產(chǎn)業(yè)，但這并不意味著前一周期的產(chǎn)品會(huì)消亡。顯然，當(dāng)前正處于云計(jì)算蓬勃發(fā)展的時(shí)代。

云計(jì)算在眼下的中國(guó)呈現(xiàn)出冰火兩重天的怪象：這邊廂，云服務(wù)提供商們個(gè)個(gè)摩拳擦掌、熱情高漲，大家恨不得從“萬(wàn)億云計(jì)算市場(chǎng)”蛋糕中分得一大塊，卻鮮有人腳踏實(shí)地做產(chǎn)品；那邊廂，用戶們迷茫、觀望者甚多，大家紛紛捂緊各自的錢袋，弱弱地問(wèn)：“云計(jì)算到底是什么東西？能給我?guī)?lái)什么好處？”

政府也不甘示弱，大手筆的云計(jì)算中心像雨后春筍般在神州大地上拔地而起，只見(jiàn)機(jī)房機(jī)器轟鳴，壁掛大屏幕閃爍，卻不見(jiàn)云應(yīng)用，這等同于天上電閃雷鳴，就是不見(jiàn)下雨。深圳超算中心，強(qiáng)大的計(jì)算能力沒(méi)有得到充分利用，能源無(wú)謂消耗嚴(yán)重。

什么是云計(jì)算？

在《什么是軟件》教程中，我們談到，軟件就是程序員寫的需要 CPU 來(lái)執(zhí)行以便完成某項(xiàng)任務(wù)的步驟，這些步驟包括輸入/輸出步驟和計(jì)算步驟。而 CPU 在執(zhí)行輸入/輸出步驟時(shí)需要使用輸入/輸出設(shè)備，在執(zhí)行計(jì)算步驟時(shí)需要使用計(jì)算設(shè)備。對(duì)于普通的計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)，計(jì)算設(shè)備指 CPU、內(nèi)存和硬盤，輸入/輸出設(shè)備指鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器、話筒和音箱等。

如果計(jì)算機(jī)還要與其他設(shè)備通信，那么計(jì)算設(shè)備還應(yīng)包括網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于傳統(tǒng)的個(gè)人計(jì)算機(jī)而言，計(jì)算設(shè)備和輸入/輸出設(shè)備通過(guò)主板連接在一起，也就是說(shuō)，有了主板這個(gè)紐帶，計(jì)算設(shè)備和輸入/輸出設(shè)備就可以協(xié)同工作了。其特征如下：

計(jì)算資源就在本地。

計(jì)算資源不易擴(kuò)展或收縮。

其他人無(wú)法共享你的計(jì)算資源。

既是計(jì)算資源的所有者，又是計(jì)算資源的使用者。

我們?cè)俅沃厣暌幌拢河?jì)算設(shè)備也稱為計(jì)算資源，計(jì)算資源包括 CPU、內(nèi)存、硬盤和網(wǎng)絡(luò)。而在機(jī)房中，磁盤只是存儲(chǔ)大類中的一種，存儲(chǔ)還包括磁帶庫(kù)、陣列、SAN、NAS 等，這些統(tǒng)稱為存儲(chǔ)資源。另外，CPU、內(nèi)存只是服務(wù)器的部件，我們統(tǒng)一用服務(wù)器資源來(lái)代替 CPU 和內(nèi)存資源的說(shuō)法。

廣義的計(jì)算資源還包括應(yīng)用軟件和人力服務(wù)，如果不特別聲明，那么后續(xù)章節(jié)中提到的計(jì)算資源就是指服務(wù)器、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用軟件和人力服務(wù)。

不同于傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)，云計(jì)算引入了一種全新的方便人們使用計(jì)算資源的模式，即云計(jì)算能讓人們方便、快捷地自助使用遠(yuǎn)程計(jì)算資源。

計(jì)算資源所在地稱為云端（也稱為云基礎(chǔ)設(shè)施），輸入/輸出設(shè)備稱為云終端。

云終端就在人們觸手可及的地方，而云端位于“遠(yuǎn)方”（與地理位置遠(yuǎn)近無(wú)關(guān)，需要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)才能到達(dá)），兩者通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接在一起。

云終端與云端之間是標(biāo)準(zhǔn)的 C/S 模式，即客戶端/服務(wù)器模式——客戶端通過(guò)網(wǎng)絡(luò)向云端發(fā)送請(qǐng)求消息，云端計(jì)算處理后返回結(jié)果。云計(jì)算的可視化模型如圖 1 所示。

圖 1 云計(jì)算的可視化模型

云計(jì)算具有 5 個(gè)基本特征、4 種部署模型和 3 種服務(wù)模式。

云計(jì)算的 5 個(gè)基本特征

1）自助服務(wù)

消費(fèi)者不需要或很少需要云服務(wù)提供商的協(xié)助，就可以單方面按需獲取云端的計(jì)算資源。

2）廣泛的網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)

消費(fèi)者可以隨時(shí)隨地使用任何云終端設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)并使用云端的計(jì)算資源。常見(jiàn)的云終端設(shè)備包括手機(jī)、平板、筆記本電腦、PDA 掌上電腦和臺(tái)式機(jī)等。

3）資源池化

云端計(jì)算資源需要被池化，以便通過(guò)多租戶形式共享給多個(gè)消費(fèi)者，也只有池化才能根據(jù)消費(fèi)者的需求動(dòng)態(tài)分配或再分配各種物理的和虛擬的資源。消費(fèi)者通常不知道自己正在使用的計(jì)算資源的確切位置，但是在自助申請(qǐng)時(shí)允許指定大概的區(qū)域范圍（比如在哪個(gè)國(guó)家、哪個(gè)省或者哪個(gè)數(shù)據(jù)中心）。

4）快速?gòu)椥?/p>

消費(fèi)者能方便、快捷地按需獲取和釋放計(jì)算資源，也就是說(shuō)，需要時(shí)能快速獲取資源從而擴(kuò)展計(jì)算能力，不需要時(shí)能迅速釋放資源以便降低計(jì)算能力，從而減少資源的使用費(fèi)用。對(duì)于消費(fèi)者來(lái)說(shuō)，云端的計(jì)算資源是無(wú)限的，可以隨時(shí)申請(qǐng)并獲取任何數(shù)量的計(jì)算資源。

但是我們一定要消除一個(gè)誤解，那就是一個(gè)實(shí)際的云計(jì)算系統(tǒng)不一定是投資巨大的工程，也不一定要購(gòu)買成千上萬(wàn)臺(tái)計(jì)算機(jī)，也不一定具備超大規(guī)模的運(yùn)算能力。其實(shí)一臺(tái)計(jì)算機(jī)就可以組建一個(gè)最小的云端，云端建設(shè)方案務(wù)必采用可伸縮性策略，剛開(kāi)始時(shí)采用幾臺(tái)計(jì)算機(jī)，然后根據(jù)用戶數(shù)量規(guī)模來(lái)增減計(jì)算資源。

5）計(jì)費(fèi)服務(wù)

消費(fèi)者使用云端計(jì)算資源是要付費(fèi)的，付費(fèi)的計(jì)量方法有很多，比如根據(jù)某類資源（如存儲(chǔ)、CPU、內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)帶寬等）的使用量和時(shí)間長(zhǎng)短計(jì)費(fèi)，也可以按照每使用一次來(lái)計(jì)費(fèi)。但不管如何計(jì)費(fèi)，對(duì)消費(fèi)者來(lái)說(shuō)，價(jià)碼要清楚，計(jì)量方法要明確，而云服務(wù)提供商需要監(jiān)視和控制資源的使用情況，并及時(shí)輸出各種資源的使用報(bào)表，做到供/需雙方費(fèi)用結(jié)算清清楚楚、明明白白。

云計(jì)算的 4 種部署模型

1）私有云

云端資源只給一個(gè)單位組織內(nèi)的用戶使用，這是私有云的核心特征。而云端的所有權(quán)、日常管理和操作的主體到底屬于誰(shuí)并沒(méi)有嚴(yán)格的規(guī)定，可能是本單位，也可能是第三方機(jī)構(gòu)，還可能是二者的聯(lián)合。云端可能位于本單位內(nèi)部，也可能托管在其他地方。

2）社區(qū)云

云端資源專門給固定的幾個(gè)單位內(nèi)的用戶使用，而這些單位對(duì)云端具有相同的訴求（如安全要求、云端使命、規(guī)章制度、合規(guī)性要求等）。云端的所有權(quán)、日常管理和操作的主體可能是本社區(qū)內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)單位，也可能是社區(qū)外的第三方機(jī)構(gòu)，還可能是二者的聯(lián)合。云端可能部署在本地，也可能部署于他處。

3）公共云

云端資源開(kāi)放給社會(huì)公眾使用。云端的所有權(quán)、日常管理和操作的主體可以是一個(gè)商業(yè)組織、學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)、政府部門或者它們其中的幾個(gè)聯(lián)合。云端可能部署在本地，也可能部署于其他地方，比如中山市民公共云的云端可能就建在中山，也可能建在深圳。

4）混合云

混合云由兩個(gè)或兩個(gè)以上不同類型的云（私有云、社區(qū)云、公共云）組成，它們各自獨(dú)立，但用標(biāo)準(zhǔn)的或?qū)Ｓ械募夹g(shù)將它們組合起來(lái)，而這些技術(shù)能實(shí)現(xiàn)云之間的數(shù)據(jù)和應(yīng)用程序的平滑流轉(zhuǎn)。由多個(gè)相同類型的云組合在一起屬于多云的范疇。

比如兩個(gè)私有云組合在一起，混合云屬于多云的一種。由私有云和公共云構(gòu)成的混合云是目前最流行的——當(dāng)私有云資源短暫性需求過(guò)大（稱為云爆發(fā)，Cloud Bursting）時(shí)，自動(dòng)租賃公共云資源來(lái)平抑私有云資源的需求峰值。

例如，網(wǎng)店在節(jié)假日期間點(diǎn)擊量巨大，這時(shí)就會(huì)臨時(shí)使用公共云資源來(lái)應(yīng)急。

云計(jì)算的 3 種服務(wù)

1）軟件即服務(wù)（Software as a Service，SaaS）

云服務(wù)提供商把 IT 系統(tǒng)中的應(yīng)用軟件層作為服務(wù)出租出去，消費(fèi)者不用自己安裝應(yīng)用軟件，直接使用即可，這進(jìn)一步降低了云服務(wù)消費(fèi)者的技術(shù)門檻。更詳細(xì)的介紹參見(jiàn)后續(xù)章節(jié)。

2）平臺(tái)即服務(wù)（Platform as a Service，PaaS）

云服務(wù)提供商把 IT 系統(tǒng)中的平臺(tái)軟件層作為服務(wù)出租出去，消費(fèi)者自己開(kāi)發(fā)或者安裝程序，并運(yùn)行程序。更詳細(xì)的介紹參見(jiàn)后續(xù)章節(jié)。

3）基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（Infrastructure as a Service，IaaS）

云服務(wù)提供商把 IT 系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施層作為服務(wù)出租出去，由消費(fèi)者自己安裝操作系統(tǒng)、中間件、數(shù)據(jù)庫(kù)和應(yīng)用程序。

云計(jì)算的精髓就是把有形的產(chǎn)品（網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備、各種軟件等）轉(zhuǎn)化為服務(wù)產(chǎn)品，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)讓人們遠(yuǎn)距離在線使用，使產(chǎn)品的所有權(quán)和使用權(quán)分離。正如洗衣店老板把洗衣機(jī)這種有形產(chǎn)品轉(zhuǎn)化為洗衣服務(wù)一樣，消費(fèi)者直接投幣自助洗衣，這樣一方面提高了洗衣機(jī)的使用率，另一方面又降低了消費(fèi)者購(gòu)買洗衣機(jī)的支出。

洗衣店不是一種新的洗衣技術(shù)，而是一種新的洗衣服模式，可能洗衣店老板還會(huì)進(jìn)一步細(xì)分市場(chǎng)，推出干洗服務(wù)、洗衣烘干一條龍服務(wù)等。

計(jì)算設(shè)備一旦轉(zhuǎn)化為服務(wù)，使用率就會(huì)得到顯著提高，設(shè)備的壽命反而會(huì)更長(zhǎng)，因?yàn)?a target="_blank">電子產(chǎn)品不比機(jī)械產(chǎn)品會(huì)產(chǎn)生磨損，經(jīng)常不開(kāi)機(jī)的電子設(shè)備反而比常年開(kāi)機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的電子設(shè)備更容易出故障。

另外，作為計(jì)算資源的軟件可以無(wú)限復(fù)制運(yùn)行，這一點(diǎn)與洗衣店的洗衣機(jī)等物理設(shè)備有本質(zhì)的不同，一臺(tái)洗衣機(jī)被他人使用，就不能同時(shí)再被另外的人使用；而軟件則沒(méi)有這個(gè)限制，同樣一個(gè)軟件，可以同時(shí)給任意多的人使用。還有，計(jì)算資源使用率的高低與成本無(wú)關(guān)，對(duì)于一臺(tái)計(jì)算機(jī)而言，直接的成本是用電費(fèi)用，計(jì)算機(jī)空轉(zhuǎn)與滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)耗費(fèi)的電力幾乎相當(dāng)；而洗衣店的用戶越多，開(kāi)啟的洗衣機(jī)就越多，耗費(fèi)的電力也就越多。

目前，世界范圍內(nèi)傳統(tǒng)計(jì)算設(shè)備遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)云端的計(jì)算設(shè)備，這些傳統(tǒng)的計(jì)算設(shè)備由于沒(méi)有共享，因此很多計(jì)算產(chǎn)能被白白浪費(fèi)掉了。加入云端的計(jì)算設(shè)備在得到充分使用的情況下，云計(jì)算才算是“綠色”計(jì)算，但是在中國(guó)政府主導(dǎo)的幾大云計(jì)算中心，計(jì)算設(shè)備的利用率卻非常低，機(jī)器眾多、耗電巨大，這根本就是與“綠色”計(jì)算背道而馳。

通過(guò)云計(jì)算，提供商把計(jì)算資源轉(zhuǎn)化為服務(wù)產(chǎn)品并銷售給用戶，服務(wù)產(chǎn)品有別于其他的有形產(chǎn)品（如空調(diào)、桌子、啤酒、書籍等），所以有人提出了云計(jì)算的第 4 種服務(wù)模式——DaaS（數(shù)據(jù)即服務(wù)，就是出租 IT 系統(tǒng)的最頂層）。

這等同于說(shuō)空調(diào)即服務(wù)、桌子即服務(wù)，這是不恰當(dāng)?shù)?，因?yàn)閿?shù)據(jù)是一種有形產(chǎn)品（以紙張、U 盤、磁盤作為載體，正如書籍是知識(shí)的載體），而且在目前的技術(shù)條件下，幾乎不可能把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為服務(wù)。服務(wù)的一個(gè)主要屬性是所有權(quán)和使用權(quán)分離，使用一次服務(wù)能預(yù)先攤算費(fèi)用。而用戶一旦使用了一次數(shù)據(jù)，其實(shí)他就擁有了該數(shù)據(jù)，此后他可以無(wú)限制使用，而且還可能傳播和轉(zhuǎn)賣。

前面多次提到租戶和用戶，那么這兩個(gè)概念到底有什么區(qū)別呢？

以一個(gè)單位組織（如企業(yè)、部門或團(tuán)體等）的名義去租賃云計(jì)算服務(wù)時(shí)，云服務(wù)提供商稱呼該單位組織為一個(gè)租戶，而一個(gè)租戶包含若干個(gè)用戶（單位內(nèi)的員工），這些用戶當(dāng)中有的是該租戶的管理員，有的是操作員等。

比如 XXX 企業(yè)向 SaaS 云服務(wù)提供商租賃了 ERP 系統(tǒng)，云服務(wù)提供商認(rèn)為 XXX 企業(yè)是一個(gè)租戶，然后給它分配管理員賬號(hào)和密碼。XXX 企業(yè)指定員工張三為租戶管理員，張三登錄云平臺(tái)自助網(wǎng)站創(chuàng)建更多的普通賬號(hào)，然后把這些賬號(hào)分配給公司內(nèi)部的相關(guān)業(yè)務(wù)人員（如會(huì)計(jì)人員、人事經(jīng)理、倉(cāng)庫(kù)管理員等）。

一個(gè)租戶允許只有一個(gè)用戶，也允許有多個(gè)用戶。云服務(wù)提供商只與租戶（法人代表）之間存在租賃合同關(guān)系，并與租戶進(jìn)行費(fèi)用結(jié)算，示意圖如圖 2 所示。

編輯：hfy