【文章內(nèi)容簡介】 的正確技術(shù)是什么。以模塊化方式向 SOA 過渡的機構(gòu)在把模塊遷移到云計算的之后將處于非常有利的地位。 云計算與超級計算機超級計算機擁有強大的處理能力，特別是計算能力。2022 年 11 月 17 日發(fā)12 / 63布的超級計算機 Top 500 榜單，IBM 為美國 Los A lamos 國家實驗室建造的計算機系統(tǒng)“Roadrunner ”獲得冠軍。它的運算速度達到了 Petaflop/s。Roadrunner 超級計算機包含了 12960 個 IBM powerX cell 8 處理器及6948 個分布于刀片服務(wù)器上的 AMD Opteron 芯片，分別安裝在 288 個 IBM bladeCenter 機架上。Roadrunner 擁有 80TB 的內(nèi)存，外存使用 PB 容量的Panasas 存儲，外存通過 10GB/s 以太網(wǎng)連接，耗資超過 1 億美元。TOP 500 對超級計算機的排名方式可以看出，傳統(tǒng)的超級計算機注重運算速度和任務(wù)的吞吐量，以運算速度為核心進行計算機的研究和開發(fā)。而云計算則以數(shù)據(jù)為中心，同時兼顧系統(tǒng)的運算速度。傳統(tǒng)的超級計算機耗資巨大，遠超過云計算系統(tǒng)。例如，趨勢科技花費 1000 多萬美元租用 34000 多臺服務(wù)器，構(gòu)建自身的“安全云”系統(tǒng)。云計算系統(tǒng)相比于超級計算機具有松耦合的性質(zhì)，可以比較方便的進行動態(tài)伸縮和擴展，而超級計算機不易擴展、改造和升級。另外，云計算系統(tǒng)天生據(jù)喲良好的分布性，超級計算機則不具有。 云計算存在的問題及下一步技術(shù)發(fā)展趨勢應用及數(shù)據(jù)安全包含用戶敏感信息的應用系統(tǒng)部署在公共云上，可能存在安全隱患。云計算基礎(chǔ)架構(gòu)具有多租戶的特性，廠商們通常無法保證 A 公司的數(shù)據(jù)與 B 公司的數(shù)據(jù)實現(xiàn)物理分隔。企業(yè)私有云中，各個部門之間的信息安全也必須考慮，特別是財務(wù)數(shù)據(jù)、客戶信息等。另外，考慮到大規(guī)模擴展性方面的要求，數(shù)據(jù)物理位置可能得不到保證。如果企業(yè)需要遵守業(yè)務(wù)交易及相關(guān)數(shù)據(jù)方面的全國或國際法規(guī)，用戶可能會覺得不放心。不過，有人認為，到時候法規(guī)可能會考慮這種大規(guī)模分布式、多租戶環(huán)境。標準制定目前云計算廠商都在各自為戰(zhàn)，并沒有實現(xiàn)標準化。不同云之間缺乏互操作性，用戶從一個云計算環(huán)境遷移到另一個環(huán)境時面臨巨大困難。服務(wù)質(zhì)量保證通過遠程網(wǎng)絡(luò)訪問的應用模式具有不可靠性。亞馬遜 S3 服務(wù)和 Google 云服務(wù)都出現(xiàn)過服務(wù)中斷，企業(yè)被迫重新考慮他們對云計算的依賴。云計算的商業(yè)模式云計算強調(diào)發(fā)揮集中化的優(yōu)勢，以及應用、平臺和資源的分層松耦合管理。面臨企業(yè)傳統(tǒng) IT 系統(tǒng)管理和使用模式的巨大阻力13 / 63云計算安全監(jiān)管云計算對于安全監(jiān)管問題也帶來了很大的挑戰(zhàn)，云計算服務(wù)就是一種虛擬運營服務(wù)，它會帶來一些監(jiān)管上的問題，云計算資源的跨地域提供與本地化的監(jiān)管之間存在矛盾，對虛擬業(yè)務(wù)運營商的監(jiān)管機制還有待建立。云計算與移動互聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合云計算不久將成為移動世界中的一股爆破力量，最終會成為移動應用的主導運行方式。云計算和移動互聯(lián)網(wǎng)似乎天生就是絕配。手機擁有便攜性和通信能力等眾多天然優(yōu)勢，而計算能力、存儲能力弱，雖然正逐漸向智能化演進，但受限于體積和便攜性的要求，短時間內(nèi)手機的處理能力難以和電腦相比。從這點出發(fā)，云計算的特點更能在移動互聯(lián)網(wǎng)上充分體現(xiàn)，將應用的“計算”與存儲從終端轉(zhuǎn)移到服務(wù)器的云端，從而弱化了對移動終端設(shè)備的處理需求。在云計算下，只要配備功能強大的瀏覽器，就能應用各種業(yè)務(wù)。行業(yè)應用沒有應用的云是沒有價值的。所以，云計算要落到實處，必須加強行業(yè)應用。目前，媒體、醫(yī)療、政府可能是行業(yè)應用的切入點。14 / 63第 2 章 云計算應用 Amazon作為一家主營圖書的電子商務(wù)零售企業(yè)，Amazon 在設(shè)計和規(guī)劃自身 IT 系統(tǒng)架構(gòu)的時候，不得不為了應對“圣誕節(jié)狂潮”這樣的銷售峰值而購買大量的IT 設(shè)備。但是，這些設(shè)備平時卻處于空閑狀態(tài)。因此，Amazon 在 2022 年 7 月推出免費的 Amazon 電子商務(wù)服務(wù)（ Amazon Emerce Service） ，讓零售商可以將自己的商品放在 Amazon 網(wǎng)絡(luò)商店中，儲存產(chǎn)品價格、顧客評等資料，進行后臺管理。這樣，Amazon 就從不只賣書，而是當電子商務(wù)零售業(yè)的 “包租公” ，利用其在電子商務(wù)網(wǎng)站建設(shè)上的優(yōu)勢，將設(shè)備、技術(shù)和經(jīng)驗作為一種打包產(chǎn)品去為其他企業(yè)提供服務(wù)，存儲服務(wù)器、帶寬按容量收費，CPU 根據(jù)使用時長運算量收費。為了解決這些租用服務(wù)中的可靠性、靈活性、安全性等問題，亞馬遜不斷優(yōu)化其技術(shù)。亞馬遜很早進進入了云計算領(lǐng)域，憑借其在電子商務(wù)領(lǐng)域積累的大量基礎(chǔ)性設(shè)施、先進的分布式計算技術(shù)和巨大的用戶群體，在云計算、云存儲方面一直處于領(lǐng)先地位。亞馬遜的云計算產(chǎn)品總稱為 Amazon Web Service(亞馬遜網(wǎng)絡(luò)服務(wù))，主要由 4 部分組成，包括 S3(Simple Storage Service，簡單的存儲服務(wù))、EC2(Elastic Compute Cloud，可伸縮計算云)、SQS(Simple Queuing Service，簡單信息隊列服務(wù)) 以及 SimpleDB。同時亞馬遜還提供了內(nèi)容推送服務(wù) CloudFront、電子商務(wù)服務(wù) DevPay 和 FPS 服務(wù)。也就是說，亞馬遜目前為開發(fā)者提供了存儲、計算、中間件和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)服務(wù)。通過 AWS，可根據(jù)業(yè)務(wù)的需要訪問一套可伸縮的 IT 基礎(chǔ)架構(gòu)服務(wù)，獲得計算能力、存儲和其他的服務(wù)。通過 AWS 可以更多地根據(jù)所解決問題的特點來有彈性地選擇哪種開發(fā)平臺或者編程模型。你只需為你使用了什么而付費，而不需要預先的花費或長期的承諾，使得 AWS成為成本最有效的方式來交付你的應用給你的客戶。并且，通過 AWS，你可以利用 的全球計算基礎(chǔ)設(shè)施，這些基礎(chǔ)設(shè)置為 的 150億$的零售業(yè)務(wù)和交易企業(yè)提供有效的支持。利用 Amazon Web Services，一個電子商務(wù) web 站點能輕易地適應不可預期的需求；一個制藥公司可以租用計算能力來執(zhí)行大規(guī)模的仿真，一個媒體公司可以提供無限制的錄像、音樂等等；一個企業(yè)能夠部署需要寬帶寬的服務(wù)。圖 5 所示為面向服務(wù)的亞馬遜平臺架構(gòu)。15 / 63圖 5 亞馬遜平臺架構(gòu) 亞馬遜平臺基礎(chǔ)存儲架構(gòu)：DynamoDynamo 是一個完全分布式的、務(wù)中心節(jié)點的存儲系統(tǒng)，采用的事數(shù)據(jù)分布式存儲的架構(gòu)。相比傳統(tǒng)的集中式存儲系統(tǒng)，Dynamo 再設(shè)計之初就被定位為一個高可靠、高可用且具有良好容錯性的系統(tǒng)。它以簡單的鍵/值（key/alue）方式存儲數(shù)據(jù)，因此并不支持復雜的查詢，但這并不影響客戶的使用，同時 Dynamo 不識別任何數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，使得它幾乎可以處理所有的數(shù)據(jù)類型。問題 采用的相關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)均衡分布 改進的一致性哈希算法、數(shù)據(jù)備份數(shù)據(jù)沖突處理 向量時鐘（Vector Clock）臨時故障處理 Hinted handoff（數(shù)據(jù)回傳機制） ，參數(shù)（W,R,N）可調(diào)的弱 quorum 機制永久故障后的恢復 Merkle 哈希樹成員資格以及錯誤檢測 給予 Gossip 的成員資格協(xié)議和錯誤檢測16 / 63 S3 進行存儲 Amazon Simple Storage Service (S3) 提供一個用于數(shù)據(jù)存儲和獲取的 Web 服務(wù)接口。數(shù)據(jù)可以是任何類型的，可以從 Inter 上的任何地方存儲和訪問數(shù)據(jù)。對象是 S3 的基本存儲單元，包括數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)，其中元數(shù)據(jù)存儲的是對象數(shù)據(jù)內(nèi)容的附加描述信息，元數(shù)據(jù)通過一對鍵值（NameValued）集合來定義。對象數(shù)據(jù)的實際存儲方式對用戶來說是不透明的，用戶無法對某一子部分進行直接修改。對象存儲在桶中，用戶可以在 S3 中存儲任意數(shù)量的對象，但最多只能創(chuàng)建 100 個桶；存儲的每個對象的大小可以從 1 字節(jié)到 5 GB。存儲本身位于美國或歐盟。在創(chuàng)建 bucket （與操作系統(tǒng)中的文件夾概念相似）時，可以選擇對象的存儲位置。使用與 Amazon 電子商務(wù)網(wǎng)站的全球網(wǎng)絡(luò)相同的數(shù)據(jù)存儲基礎(chǔ)設(shè)施存儲數(shù)據(jù)，確保安全性。對于存儲在 S3 中的每個對象，可以指定訪問限制，可以用簡單的 HTTP 請求訪問對象。甚至可以讓對象可通過 BitTorrent 協(xié)議下載。S3 的桶基本結(jié)構(gòu)圖如圖 6 所示。圖 6 S3 桶基本結(jié)構(gòu)圖S3 向用戶提供包括身份認證和訪問控制列表（ACL）的雙重安全機制，讓用戶完全不必為存儲空間、數(shù)據(jù)訪問或數(shù)據(jù)安全性操心。甚至不必承擔維護存儲服務(wù)器的成本。Amazon 確保您的文件的高可用性，在任何時候都可以使用它們。Amazon 為 S3 提供的服務(wù)水平協(xié)議承諾 % 的正常運行時間，每月度量一次。 EC2 實現(xiàn)彈性計算Amazon EC2 是一個 Web 服務(wù)，它讓用戶可以在幾分鐘內(nèi)獲得虛擬機器，根據(jù)需要輕松地擴展或收縮計算能力。您只需為實際使用的計算時間付費。如17 / 63果需要增加計算能力，可以快速地啟動虛擬實例；當需求下降時，可以馬上終止它們。 這些實例基于 Linux，可以運行您需要的任何應用程序或軟件。您可以控制每個實例。EC2 環(huán)境本身基于在劍橋大學開發(fā)的開放源碼的 Xen 系統(tǒng)管理程序。Amazon 允許創(chuàng)建 Amazon 機器映像 (AMI) 作為實例的模板?？梢酝ㄟ^指定權(quán)限控制對實例的訪問。可以用這些實例做任何事；惟一的限制是，它們必須是基于 Linux 的映像。最近， Amazon 宣布與 Sun Microsystems 合作提供 Open Solaris 支持，但是 EC2 可用的大多數(shù)免費和商業(yè)預構(gòu)建映像是基于 Linux 的。 Amazon EC2 提供真正全 Web 范圍的計算，很容易擴展和收縮計算資源。您可以完全控制在 Amazon 數(shù)據(jù)中心中運行的這個計算環(huán)境。Amazon 提供五種服務(wù)器類型；可以選擇適合自己應用程序需要的服務(wù)器類型。服務(wù)器的范圍從普通的單核 x86 服務(wù)器直到八核 x86_64 服務(wù)器?？梢园褜嵗旁诓煌牡乩砦恢没蚩捎眯詤^(qū)中，從而確保對抗故障的能力。Amazon 最近還引入了彈性 IP 地址的概念，彈性 IP 地址可以動態(tài)地分配給實例。圖 7 EC2 基本架構(gòu)圖EC2 向用戶提供了如下一些非常有價值的特性：1）靈活性：EC2 允許用戶對運行的實例類型、數(shù)量進行配置，選擇實例運18 / 63行的地理位置，可隨時改變實例的使用數(shù)量。2）低成本3）安全性：基于密鑰對機制的 SSH 方式反問、可配置的防火墻機制等。4）易用性：用戶可以根據(jù)亞馬遜提供的模塊自由構(gòu)建自己的應用程序，EC2 根據(jù)用戶服務(wù)請求自動負載均衡。5）容錯性：彈性 IP 地址等機制。用戶首先創(chuàng)建一個存儲到 S3 的 AMI（Amazon Machine Image） ，把自己的應用程序、配置等打包，然后系統(tǒng)通過實例運行程序。在 EC2 中，每個用戶最多可擁有 30 個實例，每個實例自身攜帶一個臨時存儲模塊。用戶需要長期保存的數(shù)據(jù)則保存到 EBS（彈性塊存儲模塊）中，EBS 中的數(shù)據(jù)只能由用戶來三處。在 EC2 服務(wù)中，系統(tǒng)各模塊之間使用似有 IP 地址通信，而系統(tǒng)與外界使用公共 IP 地址通信。EC2 的基本架構(gòu)如圖 7 所示。 Amazon Simple Queue Service 實現(xiàn)可靠的消息傳遞 Amazon Simple Queue Service (SQS) 允許訪問 Amazon 提供的可靠的消息傳遞基礎(chǔ)設(shè)施。可以使用簡單的基于 REST 的 HTTP 請求在任何地方發(fā)送和接收消息。不需要安裝和配置任何東西?？梢詣?chuàng)建任意數(shù)量的隊列，發(fā)送任意數(shù)量的消息。Amazon 把消息存儲在多個服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心中，從而提供消息傳遞系統(tǒng)所需的冗余和可靠性。每個消息最多可以包含 8KB 的文本數(shù)據(jù)。每個隊列可以有一個可配置的可見性超時周期，用來控制多個讀者對隊列的訪問。一個應用程序從隊列中讀取一個消息之后，其他讀者就看不到這個消息，直到超時周期期滿為止。在超時周期期滿之后，消息重新出現(xiàn)在隊列中，另一個讀者進程就可以處理它。 SQS 與其他 Amazon Web Services 很好地集成?？梢允褂?SQS 構(gòu)建松散耦合的系統(tǒng)；在這種系統(tǒng)中，EC2 實例可以通過向 SQS 發(fā)送消息相互通信并整合工作流。還可以使用隊列為應用程序構(gòu)建一個自愈合、自動擴展的基于 EC2 的基礎(chǔ)設(shè)施?？梢允褂?SQS 提供的身份驗證機制保護隊列中的消息，防止未授權(quán)的訪問。 用 Amazon SimpleDB 進行數(shù)據(jù)集處理Amazon SimpleDB (SDB) 是一個用于存儲、處理和查詢結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)集的 Web 服務(wù)。它并不是傳統(tǒng)意義上的關(guān)系數(shù)據(jù)庫，而是一個高可用的模式（采用了最終一致性數(shù)據(jù)模型） ，是云中的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲，可以使用它存儲和獲取包含鍵的值。每組包含鍵的值需要一個惟一的條目名；條目本身劃分為域。每個條目可以包含最多 256 個鍵值對?？梢栽诿總€域中對自己的數(shù)據(jù)集執(zhí)行查詢。SDB 當前還不支持垮域查詢。 19 / 63SDB 便于使用，提供關(guān)系數(shù)據(jù)庫的大多數(shù)功能。與傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫相比，SDB 無需預定義模式，單個屬性允許多個值，支持自動索引，維護比典型的數(shù)據(jù)庫簡單得多，因為不需要設(shè)置或配置任何東西。Amazon 負責所有管理任務(wù)。Amazon 自動地為數(shù)據(jù)編制索引，可以在任何時候任何地方訪問索引。不受模式限制的關(guān)鍵優(yōu)點是，能夠動態(tài)地插入數(shù)據(jù)和添加新的列或鍵。 然而SDB 沒有事務(wù)（Transaction）的概念，不支持連接（join）操作，且返回的結(jié)果不支持排序操作。SDB 是 Amazon