云計算與分布式、并行處理以及網(wǎng)格計算的關(guān)系
“云計算”是分布式處理、并行處理和網(wǎng)格計算的發(fā)展,或者說是這些計算機(jī)科學(xué)概念的商業(yè)實現(xiàn)。“云計算”是分布式處理、并行處理和網(wǎng)格計算的發(fā)展,或者說是這些計算機(jī)科學(xué)概念的商業(yè)實現(xiàn)。許多跨國信息技術(shù)行業(yè)的公司如IBM、Yahoo和Google等正在使用云計算的概念兜售自己的產(chǎn)品和服務(wù)。
云計算這個名詞可能是借用了量子物理中的“電子云”,強(qiáng)調(diào)說明計算的彌漫性、無所不在的分布性和社會性特征。量子物理上有“電子云”,在原子核周圍運(yùn)動的電子不是一個經(jīng)驗世界的軌道例如像天體一樣的運(yùn)行軌道,而是彌漫空間的、云狀的存在,描述電子的運(yùn)動不是牛頓經(jīng)典力學(xué)而是一個概率分布的密度函數(shù),用薛定諤波動方程來描述,特定的時間內(nèi)粒子位于某個位置的概率有多大,這跟經(jīng)典力學(xué)的提法完全不同。電子云有以下特性,概然性、彌漫性、同時性等等,云計算可能的確是來自電子云的概念,前今年就有所謂“無所不在的計算”,IBM有一個無所不在的計算叫“Ubiquitous “,MS(Bill)不久也跟著提出一個無所不在的計算“Pervade“,現(xiàn)在人們對無所不在的計算又有了新的認(rèn)識,現(xiàn)在說是”O(jiān)mnipresent “。但是,云計算的確不是純粹的商業(yè)炒作,的確會改變信息產(chǎn)業(yè)的格局,現(xiàn)在許多人已經(jīng)用上了Google Doc和Google Apps,用上了許多遠(yuǎn)程軟件應(yīng)用如Office字處理而不是用自己本地機(jī)器上安裝這些應(yīng)用軟件,以后誰還會花錢買Office軟件哪?還有許多企業(yè)應(yīng)用如電子商務(wù)應(yīng)用,例如要寫一個交易程序,Google的企業(yè)方案就包含了現(xiàn)成的模板,一個銷售人員根本沒學(xué)習(xí)過Netbeanr也能做出來。這種計算和產(chǎn)業(yè)動向是符合開源精神的,符合SaaS(Software as a Service)趨勢,F(xiàn)在有這樣的說法,當(dāng)今世界只有五臺計算機(jī),一臺是Google的,一臺是IBM的,一臺是Yahoo的,一臺是Amazon的,一臺是微軟的,因為這五個公司率先在分布式處理的商業(yè)應(yīng)用上捷足先登引領(lǐng)潮流。Sun公司很早就提出說“網(wǎng)絡(luò)就是計算機(jī)”是有先見之明的。
有以下五個主要原因使得分布式計算必然會越來越普遍,逐漸發(fā)展成主流的計算模式而取代集中式的大型計算機(jī):
現(xiàn)在分布式系統(tǒng)的第一個原因就是因為他具有比集中式系統(tǒng)更好的性能價格比。你不要花幾十萬美元就能獲得高效能計算。
多數(shù)應(yīng)用本身就是分布式的。如工業(yè)企業(yè)應(yīng)用,管理部門和現(xiàn)場不在同一個地方。
高可靠性。冗余不僅是生物進(jìn)化的必要條件,而且也是信息技術(shù),F(xiàn)代分布式系統(tǒng)具有高度容錯機(jī)制,控制核反應(yīng)堆主要采用分布式來實現(xiàn)高可靠性。
可擴(kuò)展性。買一臺性能更高的大型機(jī),或者再買一臺性能相同的大型機(jī)的費(fèi)用都比添加幾臺PC的費(fèi)用高得多。
高度靈活性。能夠兼容不同硬件廠商的產(chǎn)品,兼容低配置機(jī)器和外設(shè)而獲得高性能計算。
粗略地計算,目前的個人計算機(jī)每個CPU芯片的處理能力是200MIPS,就是每秒種執(zhí)行200M也就是兩億次指令,而最近Yahoo!公司報道他們已經(jīng)實現(xiàn)了有一萬個節(jié)點(node)就是一萬臺PC計算機(jī)連接的分布式系統(tǒng),總的處理能力是 2,000,000MIPS,最快的芯片也達(dá)不到這個速度,因為在一定面積上設(shè)計的芯片的速度是存在一個極限的,不可逾越。而當(dāng)前世界著名的超級計算機(jī)所謂的TOP500,達(dá)到每秒幾百萬億次指令執(zhí)行,都是采用分布式設(shè)計的,世界第一的IBM BlueGene超級計算機(jī)采用了32部機(jī)架,每部機(jī)架部署有768個PowerPC440 CPU。順便說一句,這TOP500基本都是使用Linux操作系統(tǒng)的!現(xiàn)在社會和家庭擁有的個人計算機(jī)就是PC,只有30%的計算能力被利用,甚至更低,而其余70%的實際上是被閑置的,這些閑置的計算機(jī)資源和計算能力只有通過分布式系統(tǒng)才能得到有效的利用,這樣可以大大提高一個國家的計算能力,而計算能力是衡量一個國家國力和科學(xué)研究能力的指標(biāo),這一點現(xiàn)在還沒有被國人充分認(rèn)識到。一個國家和地區(qū)的計算能力現(xiàn)在已經(jīng)成為一種重要的戰(zhàn)略資源,不亞于石油和其他戰(zhàn)略物資的重要性。云計算就是把普通的服務(wù)器或者個人計算機(jī)連接起來以獲得超級計算機(jī)也叫高性能和高可用性計算機(jī)的功能,但是成本更低。這在世界上也是個先進(jìn)的項目。云計算模式必定能大大提高我國科學(xué)計算機(jī)和商業(yè)計算能力,使得我國經(jīng)濟(jì)競爭力大大提升。美國和歐洲有許多社會分布的分布式計算系統(tǒng),他們動員和使用這些社會計算能力進(jìn)行人類基因組學(xué)(Genomics)的研究、天文學(xué)問題研究、數(shù)學(xué)難題研究以及其他的科學(xué)問題研究。去年的一個研究報告估計我國個人計算機(jī)PC保有量接近兩億臺。
按照計算機(jī)操作系統(tǒng)的宗師Andrew S. Tanenbaum(AST)給分布式系統(tǒng)的的定義:“分布式系統(tǒng)是這樣的系統(tǒng),它運(yùn)行在不具有共享內(nèi)存的多臺機(jī)器上,但在用戶的眼里卻像是一臺計算機(jī)”。(引自《現(xiàn)代操作系統(tǒng)》,機(jī)械工業(yè)出版社,1999年中文版)。它的目標(biāo)是讓每個用戶感覺聯(lián)網(wǎng)的計算機(jī)是一個分時系統(tǒng)——就像使用個人計算機(jī)一樣 ——而不是一個由許多計算機(jī)聯(lián)合起來的集體,即使由五個節(jié)點組成的分布式系統(tǒng)也應(yīng)該讓用戶感覺自己是在使用一臺價值20萬美元的大型計算機(jī),唯一不尋常的感覺是處理速度提高了許多,別的沒有什么不同。例如,這里有一個簡單的例子,在機(jī)器A的用戶要使用安裝在機(jī)器B上用戶的目錄里的文件,A用戶要使用遠(yuǎn)程登錄命令rlogin B登錄到機(jī)器B的目錄上,那么這就不是一個真正的分布式系統(tǒng),因為用戶A意識到了另外一臺機(jī)器的存在,分布式系統(tǒng)必須要做到,用戶A登錄到一個目錄上的時候不知道自己是在本地機(jī)器上還是在遠(yuǎn)程機(jī)器上的目錄上,對于用戶A來說機(jī)器B是透明的,這就是分布式系統(tǒng)設(shè)計時考慮的“透明性”要求。其他有關(guān)的問題包括:分布式文件系統(tǒng)的問題,目錄和文件訪問機(jī)制以及一致性問題,分布式系統(tǒng)進(jìn)程的通信問題等等。目前的云計算嚴(yán)格說還沒有到達(dá)真正的分布式計算的語義學(xué)水平。
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