云计算是什么

云计算是什么

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一、传统的电脑

当你启动一台个人电脑（PC机）时，电脑所做的事情就是把硬盘上的操作系统（OS，本文以微软的Windows 8 为例，但是也可以是Unix，Linux等等）的一些基本的控制程序调入电脑的内存中去。一旦这个过程完成，这台电脑就完全由windows控制了。所谓的电脑，其实就是你在上面工作的Windows。

对Windows而言，它所赖以运行的，只有电脑的处理器（CPU），内存，和存储设备（硬盘）这三个要素（或者说三项资源）。电脑还有机箱，但那只是起着封装，固定，再加供电的作用，电脑还有主板，但那只是起着电脑内各主要部件通信连接的作用。当然，你可能还需要网络连接，但那只是一项外在资源，不是Windows本身所必须的。作为PC机，你还需要键盘和显示器等外部设备来直接在机器上工作。如果是服务器，则不需要键盘和显示器，一切都是可以远程登陆访问。

所以一台电脑实质上是在CPU，内存，和硬盘上运行的Windows。当打开Windows的任务管理器，你就会发现，CPU和内存大部分是闲置的。特别是CPU，其利用率不到10%。Windows在硬盘上占有的空间一般是几个GB。也就是说，一个Windows独占了电脑的全部资源，而这大部分资源又都是闲置的。



那么，有没有这种可能，不让一个Windows单独控制一台机器，而是在一台机器上安装多个操作系统，并且让他们能同时的运行？

有，做好的方案就是虚拟化。

二、虚拟化

当安装一台电脑的时候，你不再是安装普通的Windows，而是安装一个资源调度程序，也叫“监控程序”（Hypervisor）。这个监控程序很小。取决于哪个厂家的产品，小的只有100多兆字节，大的也只有几个G的字节。监控程序安装完成之后，会得到一个工作界面，你通过这个界面设置一个网络连接（IP地址）。这个界面很简单，多数情况下你可以通过浏览器从别的机器上访问这个界面。

前面说了，一个Windows机器，实质上是由CPU，内存，硬盘组成的一个组合体。通过监控程序的界面，你可以建立多个组合体。每个这种组合体，就是一台仿真的电脑。当监控程序创建一个仿真的电脑时，他实际上只是创建了两个文件：一个是关于这个组合体的配置信息（被分配了多少CPU，多大内存，多大硬盘）；另一个文件，这个仿真电脑的“硬盘”，这
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个仿真的“硬盘”实际上就是一个封装的文件（在有些情况下，也可以是几个文件）。

当你点击“开机”来启动这个仿真的电脑的时候，监控程序开始为它分配CPU和内存，并且启动它。当然，这套“仿真的电脑在第一次启动的时候，是没有安装任何操作系统的“裸机”，那个封装的文件也是空的，这时你可以进行正常的系统安装（比如安装Windows）”

对于Windows而言，它不知道真假，它反正能得到所需要的CPU，内存，硬盘就可以正常运行了，一切和真的机器一样。对于监控程序而言，这个Windows不是直接和硬盘打交道的，一切资源都需要监控程序来调度和分配，所以这台“Windows机器（组合体）就是一台虚拟的机器，简称VM”。

这种通过监控程序把硬件的机器，同操作系统分开的过程，就是虚拟化。

当监控程序创建一个VM时，它就给VM配置资源的大小，比如2个1GHz的CPU，2GB内存，和100GB硬盘。这样VM（Windows）就以为自己拥有了双核的1GHZ CPU，2GB内存，100GB硬盘。但这只是Windows所能使用资源的上限。Windows在实际运行中并不需要消耗那么多，监控程序只是给它按需分配实际消耗的资源，比如0.1GHZ CPU ，0.5GB内存 ，和20GB硬盘。表现在实际的硬件消耗上，着20GB的存储量，就是实际硬盘上的那个20GB大小的封装文件。

一台电脑，可以通过监控程序创建几个，几十个，甚至上百个VMS。比如，一台拥有16GB内存的PC机，你可以创建10个VMS，给每个VM分配4GB内存。看似总共分配了40GB的内存，但是PC机的实际内存只有16GB.

通过虚拟化，一个单台的硬件器可以同时运行多个虚拟的机器（VMS）；更重要的是，虽然一个虚拟的Windows的系统盘（C盘）上有成千上万个系统文件，但是他表现在硬件的存储设备上，只是一个或几个打包的大文件。当你把这一个或几个大文件移到被的地方，整个VM就移走了。

三、配载调配合平衡

如果虚拟化的不只是一台机器，而是A,B两台，并且两台机器都共享一个大的存储设备（硬件阵列，或硬件库），那会怎样？

前面说了，一个VM就是一个（或几个）大文件。如果这个大文件放在共享的存储设备上，A,B两台机器上的监控程序都能看到这个VM。那么这个VM就既可以在A机器上运行，也可以在B机器上运行。所谓在哪台机器上运行，就是通过那台机器上的监控程序，把Window启动到其分配的虚拟内存就是了。

假设VM1到VM10 等10个VMs在A上运行，VM11到VM20 等10个VMs在B上运行。现在要对A进行关机维护，那么它上面的10个VMs就可以在线移动到B上，而且所有10个Windows都保持不间断，用户根本意识不到变化，因为所移动的东西，只不过是内存中的数据而已。

这个移动不是由A或B指挥的，而是由装在另一个C机器上的专门的数据中心管理软件指挥的。

这个数据中心管理服务器C，可以监控A和B的运行状态，一旦出现资源紧张，它可以自动触发在线迁移，把一个或多个VM移到对方的机器上运行。当然,这里需要一个事先设定的阙值标准。

如果是创建新的VM，C可以自动决定把新的VM放在哪台机器上。

这里只是假设A,B两台机器。实际上，C可以管理几十，几百，上千台机器。共享的存储设备也不止一套，可以是多套（VMS也可以在不同的存储设备间移动，只是移动的时间比较长而已）。

C通过个机器上的监控程序，间接管理所有的资源。



至此，云的雏形初现了，但还不是云。因为，所有的这些管理和控制，都是数据中心自己的职责。用户还无法对所需要的资源进行自主管理。

四、云最后的形成

数据中心服务器C可以不止一个，可以有多个。他们创建和管理的VMS也许可以供外界用户访问（比如网站），但是用户无法直接管理VMS，更无法管理C提供的服务，或资源。

1.资源池

现在，再加上一个更上层的服务器D，由它来管理一个或多个C，这个D，就是云服务器了。

C把各自管理的资源提交给D，比如，一个或者几个C总共向D提供了5000GHZ CPU ,3TB内存，3PB存储空间。D再把所有资源组成一个大池子，叫做‘资源池’

这个池子的大小是可以动态变化的。当C控制的资源增加了，升级了，C可以动态向这个池子贡献资源，这个庞大的资源也就随之增长得更大。

2. 二次虚拟

为了便于分配和管理，D把庞大的资源池划分为多个子集（小组），这每个子集就相当于一个虚拟的数据中心（或叫“计算中心”）。

D再从各个“计算中心”里提取计算资源，创建一个个用户环境。每个用户环境就相当于一个“机房”，这个“机房”包括CPU，内存，存储等资源。

D同时还给用户提供登陆访问的接口。用户通常用浏览器来登陆这个接口。

作为用户，当你用浏览器连接到D提供的访问界面，就可以建立一个账户，并且输入你的信用卡号。这时，云服务器D就可以根据你的要求，提供所需要的“机房”。

这个“机房”的大小，完全根据用户的需求而定，比如可以包括50GHZ CPU ，100GB内存，2TB硬盘。这些“机房”的资源，都是由云服务器D从他的那些虚拟的“计算中心”里抓给你的。

通过层层抽象和虚拟，在每个“机房”里，你看不到，也不用去关心计算资源实际来自哪里。

所谓的虚拟化，只不过是对资源整合，分配的过程，只是我们看不见这个过程的运行。

3.用户的自主管理

当你作为一个用户拥有了一个“机房”，你就可以随意干你所需要的事：

建立多台虚拟的机器（VMS）。云商在你的机房里已经提供了很多现成的VM模板，有各种Windows，有各种Linux等等，你可以随意拷贝过来，定制自己的配置，启动，就可以了。当然，你也可以自己从初始安装。

4.连接到网络

在本文的开头提到，网络也是计算资源。在谈及单个VM的时候可以暂时不谈网络，但是在连接VM的时候就需要了。云在给你提供一个“机房”的时候，它已经就按需求给你提供了虚拟的交换机，路由器，IP地址池等等。这些网络资源，同样也是由数据中心服务器C提供给云服务器D的；C则是从管理的各个监控程序得到；各监控程序管理着实际的硬件网卡。

从用户的角度，各个“机房”是完全独立的，彼此是不可见的。你在自己的“机房”里干任何事都干扰不了别人的“机房”，别的“机房”也干扰不了你。

这就是云。下面还要介绍一些分类。

这里再回顾一个云“机房”的来源：

机房 <<<<<< 云服务器D所管理的虚拟的“计算中心” <<<<<< 数据中心服务器C提供给D的资源池 <<<<<< C动态管理A,B两台（或多台）机器所连接的计算资源 <<<<<< A,B两台（或多台）电脑通过监控程序的虚拟化 <<<<<< PC机

在实际配置中，PC机一般为企业级的服务器所取代，比如联想的System X 服务器，但这些服务器和PC机没有本质区别，性能和可靠性不同而已。