导语：“云计算、物联网、大数据、超极本”是近期IT界经常炒作的四大慨念，代表着信息技术近期发展的四大热点，也是受到各方关注的四大问题。对这四大概念、热点和问题，我们既要看到公司和商家炒作、赚取眼球、相互竞争和圈钱的一面，更要看到他们提出问题、解决问题、应用需求和计算机发展方向的一面，非常值得我们特别关注。在IT发展过程中，公司和商家的作用万不可低估，其动向很值得我们特别注意。
在《数学与计算机》新语林专栏中，将对“云计算、物联网、大数据、超极本”分别进行一些简单介绍，供对此有兴趣的计算机科普爱好者和诸多网友参考。

云计算（1）

1．什么是云计算？
2．云计算的由来
3．云计算的原理
4．云计算的特点

1．什么是云计算？

云计算（cloud computing），一个当下在计算机领域非常流行而又时髦的词，不仅在改变着互联网，也正在改变我们的日常生活和对计算、计算机的认识及其理解。普通人多数不明白它的意思，而业内的专家虽号称懂其内涵，却又难以形成统一的概念。云计算中的“云”和自然界、高空中的云无关，但它具有云的特征，宽大、动态伸缩、边界模糊和飘忽不定，无法确定其位置；云计算中的“计算”和算法中的真实计算无关，但它大大改变了我们的计算应用模式，改变了人们对计算、计算机的看法及其使用方式。现在，专家学者一边讨论云计算的概念，一边大谈特谈未来云计算的应用，云里雾里，相差千里。这就是云计算的现状。

图1：云计算

云计算是基于互联网的服务增加、使用和交付模式，通过互联网提供动态易扩展且经常是虚拟化的资源。云是网络、互联网的一种比喻说法；过去在图中往往用云来表示电信网，后来也用来表示互联网和底层基础设施的抽象。狭义云计算指IT基础设施的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式取得所需资源；广义云计算指服务的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需服务；这种服务可以是IT和软件、也可是其他服务。它意味着计算资源和计算能力也可作为一种商品通过互联网进行流通。
云计算是网格计算（Grid Computing）、分布式计算（Distributed Computing）、并行计算（Parallel Computing）、效用计算（Utility Com puting）、网络存储（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SaaS(软件即服务)、PaaS(平台即服务)、IaaS(基础设施即服务)、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，进而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！
到底什么是云计算？这是大家比较关注的一个问题，现在有很多种不同的说法。到底什么是云，什么不是云，让人很费解。有人讲公有云是云，私有云不是云；还有人说支持虚拟化叫云，不支持虚拟化不叫云，但是Google不支持虚拟化，而我们都认为Google是云；还有人讲有1000台服务器是云，好像999台就不是云。现在有个别高性能计算中心，什么都没变，就是名字改成叫云计算中心。为什么有那么多人要打着云计算的旗号呢？要么赚眼球，要么圈钱，各有各的目的。
云计算是继二十世纪80年代大型计算机到客户端-服务器的大转变之后的又一种巨变。用户不再需要了解“云”中基础设施的细节，不必具有相应的专业知识，也无需直接进行控制。“云”是一些可以自我维护和管理的虚拟计算资源，通常为一些大型服务器集群，包括计算服务器、存储服务器、宽带资源等等。云计算将多数计算资源集中起来，并由软件实现自动管理，无需人为参与。这使得应用提供者无需为繁琐的细节而烦恼，能够更加专注于自己的业务，有利于创新和降低成本。
有人对云计算打了这样的比方：这就好比是从古老的单台发电机模式转向了电厂集中供电的模式。它意味着计算能力也可以作为一种商品进行流通，就像煤气、水电一样，取用方便，费用低廉。最大的不同在于，它是通过互联网进行传输的。
最简单的云计算技术在网络服务中已经随处可见，例如搜索引擎、网络信箱等，使用者只要输入简单指令即能得到大量信息。未来如手机、GPS等行动装置都可以透过云计算技术，发展出更多的应用服务。进一步的云计算不仅只做资料搜寻、分析的功能，未来如分析DNA结构、基因图谱定序、解析癌症细胞等，都可以透过这项技术轻易达成。

2．云计算的由来

图2：云计算

云计算是一种新兴的商业计算模型。它将计算任务分布在大量计算机构成的资源池上，使各种应用系统能够根据需要获取计算能力、存储空间和各种软件服务。这种资源池称为“云”，之所以称为“云”，是因为它在某些方面具有现实中云的特征：云一般都较大；云的规模可以动态伸缩，它的边界是模糊的；云在空中飘忽不定，你无法也无需确定它的具体位置，但它确实存在于某处。互联网上的云计算服务特征和自然界的云具有一定的相似性，因此，云是一个相当贴切的比喻。
之所以称为“云”，还因为云计算的鼻祖之一的亚玛逊公司（Amazon）将网格计算取了一个新名称“弹性计算云”，并取得了商业上的成功。云计算被视为“革命性的计算模型”，因为它使得超级计算能力通过互联网自由流通成为了可能。企业与个人用户无需再投入昂贵的硬件购置成本，只需要通过互联网来购买租赁计算力。现在，在提供装机服务的网站上可以检索到这样的信息，一个普通白领上班所需的电脑标准配置是：低端酷睿双核，1GB内存，100GB硬盘，很快，兆级的硬盘就将进入家庭使用范围。硬件配置飞速飚高的背后，是互联网上数据飞速的的增长——这简直在挑战人类想象力的极限，海量数据作为一个概念被提出时，单位以GB计。而现在这只是一个小网站的数据量单位。在上述背景下，云计算就应运而生了。

3．云计算的原理

图3：云计算

云计算是分布式计算(Distributed Computing)、并行计算(Parallel Computing)和网格计算(Grid Computing)等的发展，或者说是这些计算机科学概念的商业实现。

图4：云计算的演进

云计算的基本原理是，通过计算机网络使计算分布在大量的分布式计算机上，而非本地计算机或远程服务器中。企业数据中心的运行将更与互联网相似，使得企业能够将资源切换到需要的应用上，根据需求访问计算机和存储系统。
这可是一种革命性的举措，打个比方，这就好比是从古老的单台发电机模式转向了电厂集中供电的模式。它意味着计算能力也可以作为一种商品进行流通，就像煤气、水电一样，取用方便，费用低廉。最大的不同在于，它是通过互联网进行传输的。
云计算的蓝图已经呼之欲出：在未来，只需要一台笔记本或者一个手机，就可以通过网络服务来实现我们需要的一切，甚至包括超级计算这样的任务。从这个角度而言，最终用户才是云计算的真正拥有者。
云计算的应用包含这样的一种思想，把力量联合起来，给其中的每一个成员使用。从最根本的意义来说，云计算就是利用互联网上的计算机、软件和数据的能力，实现巨型计算和海量数据存储。

4．云计算的特点

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图5：云计算

通常，云计算服务应该具备以下几条特征：基于虚拟化技术快速部署资源或获得服务，实现动态的、可伸缩的扩展，按需求提供资源，按使用量付费，通过互联网提供面向海量的信息处理，用户可以方便地参与，形态灵活，聚散自如，减少用户终端的处理负担，降低了用户对于IT专业知识的依赖。
再细一点说，云计算具有如下一些特点：
(1) 超大规模 云具有相当的规模，Google云计算已经拥有100多万台服务器，Amazon、IBM、微软、Yahoo等的“云”均拥有几十万台服务器。企业私有云一般拥有数百上千台服务器。“云”能赋予用户前所未有的计算能力。
(2) 虚拟化 云计算支持用户在任意位置、使用各种终端获取应用服务。所请求的资源来自“云”，而不是固定的有形的实体。应用在“云”中某处运行，但实际上用户无需了解、也不用担心应用运行的具体位置。只需要一台笔记本或者一个手机，就可以通过网络服务来实现我们需要的一切，甚至包括超级计算这样的任务。
(3) 高可靠性 “云”使用数据多副本容错、计算节点同构可互换等措施来保障服务的高可靠性，使用云计算比使用本地计算机可靠。云计算提供了最可靠、最安全的数据存储中心，用户不用再担心数据丢失、病毒入侵等麻烦。
很多人觉得数据只有保存在自己看得见、摸得着的电脑里才最安全，其实不然。你的电脑可能会因为自己不小心而被损坏，或者被病毒攻击，导致硬盘上的数据无法恢复，而有机会接触你的电脑的不法之徒则可能利用各种机会窃取你的数据。反之，当你的文档保存在类似 Google Docs 的网络服务上，当你把自己的照片上传到类似 Google Picasa Web 的网络相册里，你就再也不用担心数据的丢失或损坏。因为在“云”的另一端，有全世界最专业的团队来帮你管理信息，有全世界最先进的数据中心来帮你保存数据。同时，严格的权限管理策略可以帮助你放心地与你指定的人共享数据。
(4) 通用性 云计算不针对特定的应用，在“云”的支撑下可以构造出千变万化的应用，同一个“云”可以同时支撑不同的应用。
(5) 高可扩展性 “云”的规模可以动态伸缩，满足应用和用户规模增长的需要。
(6) 按需服务 “云”是一个庞大的资源池，你按需购买；云可以像自来水，电，煤气那样计费。
(7) 极其廉价 首先，由于“云”的特殊容错措施可以采用极其廉价的节点来构成云，“云”的自动化集中式管理使大量企业无需负担日益高昂的数据中心管理成本，“云”的通用性使资源的利用率较之传统系统大幅提升，因此用户可以充分享受“云”的低成本优势，经常只要花费几百美元、几天时间就能完成以前需要数万美元、数月时间才能完成的任务。云计算可以彻底改变人们未来的生活，但同时也要重视环境问题，这样才能真正为人类进步做贡献，而不是简单的技术提升。其次，云计算对用户端的设备要求最低，使用起来也最方便。
大家都有过维护个人电脑上种类繁多的应用软件的经历。为了使用某个最新的操作系统，或使用某个软件的最新版本，我们必须不断升级自己的电脑硬件。为了打开朋友发来的某种格式的文档，我们不得不疯狂寻找并下载某个应用软件。为了防止在下载时引入病毒，我们不得不反复安装杀毒和防火墙软件。
所有这些麻烦事加在一起，对于一个刚刚接触计算机，刚刚接触网络的新手来说不啻一场噩梦！如果你再也无法忍受这样的电脑使用体验，云计算也许是你的最好选择。你只要有一台可以上网的电脑，有一个你喜欢的浏览器，你要做的就是在浏览器中键入 URL ，然后尽情享受云计算带给你的无限乐趣。
（8）轻松共享数据 云计算可以轻松实现不同设备间的数据与应用共享。
大家不妨回想一下，你自己的联系人信息是如何保存的。一个最常见的情形是，你的手机里存储了几百个联系人的电话号码，你的个人电脑或笔记本电脑里则存储了几百个电子邮件地址。为了方便在出差时发邮件，你不得不在个人电脑和笔记本电脑之间定期同步联系人信息。买了新的手机后，你不得不在旧手机和新手机之间同步电话号码。还有你的 PDA 以及你办公室里的电脑。考虑到不同设备的数据同步方法种类繁多，操作复杂，要在这许多不同的设备之间保存和维护最新的一份联系人信息，你必须为此付出难以计数的时间和精力。这时，你可用云计算来让一切都变得更简单。在云计算的网络应用模式中，数据只有一份，保存在“云”的另一端，你的所有电子设备只需要连接互联网，就可以同时访问和使用同一份数据。
仍然以联系人信息的管理为例，当你使用网络服务来管理所有联系人的信息后，你可以在任何地方用任何一台电脑找到某个朋友的电子邮件地址，可以在任何一部手机上直接拨通朋友的电话号码，也可以把某个联系人的电子名片快速分享给好几个朋友。当然，这一切都是在严格的安全管理机制下进行的，只有对数据拥有访问权限的人，才可以使用或与他人分享这份数据。
（9）无限多的可能 最后，云计算为我们使用网络提供了几乎无限多的可能
云计算为存储和管理数据提供了几乎无限多的空间，也为我们完成各类应用提供了几乎无限强大的计算能力。想像一下，当你驾车出游的时候，只要用手机连入网络，就可以直接看到自己所在地区的卫星地图和实时的交通状况，可以快速查询自己预设的行车路线，可以请网络上的好友推荐附近最好的景区和餐馆，可以快速预订目的地的宾馆，还可以把自己刚刚拍摄的照片或视频剪辑分享给远方的亲友……
离开了云计算，单单使用个人电脑或手机上的客户端应用，我们是无法享受这些便捷和快速服务的。个人电脑或其他电子设备不可能提供无限量的存储空间和计算能力，但在“云”的另一端，由数千台、数万台甚至更多服务器组成的庞大的集群却可以轻易地做到这一点。个人和单个设备的能力是有限的，但云计算的潜力却几乎是无限的。当你把最常用的数据和最重要的功能都放在“云”上时，我们相信，你对电脑、应用软件乃至网络的认识会有翻天覆地的变化，你的生活也会因此而改变。
互联网的精神实质是自由、平等和分享。作为一种最能体现互联网精神的计算模型，云计算必将在不远的将来展示出强大的生命力，并将从多个方面改变我们的工作和生活。无论是普通网络用户，还是企业员工，无论是IT管理者，还是软件开发人员，他们都能亲身体验到这种改变。