xx公需科目物联网技术与应用资料

xx公需科目物联网技术与应用资料内容摘要：

大，处理任务非常繁重的时候，我们会想到能否用多台机器同时处理一件事情，这是当时叫并行计算思想的产生，这很自然，就像人在自己的工作中也是一样的，当一件事 情特别繁重的时候，我们可以叫几个人同时做，在计算机里面，几台机器同时做一件事情，这叫并行计算。 并行计算发展到后面的话，我们能否把这几个进行计算的机器，把它放在一起紧密地连接起来，形象来说，我们能否把这个机器就固定在一个柜子里，叫集群计算。 再往后发展的话，我们发现光是一个柜子的机器好像还不足以能够完成任务，我们能否更广泛地应用于分布在各地的若干个机器共同参加来完成这个计算任务，这个是在 90 年代中后期开始发展起来，叫网格计算。 网格计算这个词比较专业，是大部分的专业人士在使用的，一般公众很少接触到。 到最近 几年，至少 2020 年以后开始提云计算，这个词本身就很大众化。 云，每天大家都可以看到，它更加地贴近于一般的用户，包括企业用户、各类用户，它本质上还是大规模地相互连接起来来完成用户的任务，这个时候用户的任务就不一定是跟以前一样是一件任务，它可以是单个的任务，也可以是一些并行的多任务。 当然，我们要深刻理解云这个词，更深入了解的话，我们课程后面会慢慢提到，我这里不做详细的节，云计算有它自己发展的一些过程。 为什么我们会需要云计算。 无论是个人也好，还是企业用户也好，在使用计算机的时候都有一个特征，他的需求是这样波形的 ，在有的时候需要很多，有的时候需要很少。 如果说，以封闭的思想来看的话，你在购买计算机的资源，无论是硬件也好，还是软件也好，你必须是按照你最高的需求来配置资源，但是，你所按照这个最高需求资源配置又在大部分的时间内资源利用率是不高的，这样就造成你的投入跟产出的问题了。 我举一个例子，比方说，我们几个朋友有兴趣，我们要搞个公司开个网站，这个网站在高峰期目标可能会有数千人来访问我，大部分的时候可能只有几百人，这个时候我要去买一个服务器来建一个网站，我要买什么样的服务器呢。 你为了应对这个最高需求，对不起，那你肯定要买数 万人才能够同时支持的服务器，这个就很贵了，不但是服务器，还包括你的数据库，你的一些其他的软件，还有你跟互联网连接的，去要求带宽，你几个人开一公司就要买一个这么高档的设备的话，估计你开始的注册资金一下子就用光了，而你这个投下去大部分时间实际上是空闲的，只有偶尔一天，可能就偶尔一小会儿是有大量人来访问的，在这个时候，你就会想，我能否租一个机器呢。 在我需要的时候我租得多，大部分时间不需要的时候我可以租得少，谁来提供这样的服务呢。 当然，市场的规律是这样的，有这个需求就会有人提供这个服务，就是一些云服务商所提供的。 就 由某些人来提供大量的服务器来租给大量的人，大量的需求重叠以后就会发现它的峰谷效应就会没有了，是一个比较平稳的需求，这样的话，提供这个服务的人他也有盈利，而使用这个服务的人也符合他的需求，这样就促进了一个双赢的局面。 云计算最初提出来的时候，它最大的卖点，云计算服务的使用者可以按需使用资源，当然也是按需付费，这是我们为什么需要云计算，因为存在这样一个需求跟供应的成本的关系。 我们再从计算模式的演变历史来看，云计算也是计算发展过程中的一个历史阶段，这里面涉及到一些计算机发展历史，在早期的时候，我们是采用集中式计算 ，那个时候计算机很贵，在 60、 70 年代的时候。 当时因为技术条件和成本原因，只有极少极少的协会拥有计算机，拥有一个计算机以后肯定使大家把需要算的东西都放在计算机里面来集中处理。 当时曾经有一个笑话是 IBM 公司，它认为全世界只需要 6 台计算机就够了，因为那时候一台机器的计算能力认为是超强，后来在 60、 70 年代以后，大概在 70 年代末、 80 年代初的时候。 当时，我们现在非常赫赫有名的公司 —— 苹果公司，也开始做电脑了，它做电脑就叫个人电脑，当时 IBM 对它们不屑一顾，个人需要使用电脑吗。 好像完全没有必要，这么强大的设备 ，放在家里。 但随着人们对电脑的使用范围越来越广以后会发现很有必要。 当个人和一般的中小企业家用了计算机以后，而且计算机不单单是来做一些只有科学家感兴趣的一些数值计算，算数学题目，原来还可以做很多很多事情，但 90 年代，互联网开始出现以后，这个时候计算机已经走出阁楼了。 不但是我们工作的工具，也是生活娱乐的工具，而里面所要处理的信息是非常巨大的。 随着个人计算机的普及和计算使用的范围的扩展，这个时候变成分布式的。 很多大量的计算任务不一定要放在计算能力很大的服务器上做，也可以在我的桌面计算机上做，就发展到这种模式。 这种模式的发展又经过了从 90 年代到 2020 年，再往后的话是最近这些年以后，大家又开始在提集中式计算，这好像是一个螺旋式的发展，我们个人计算机是可以算，但它的计算能力、存储能力、它的可靠性、安全性等，跟服务器来比还是存在很多差距，所以开始又再往集中式的方向发展，大量的集中式的数据中心，大量的信息中心的建立使得信息又开始集中，个人电脑在很多时候又不需要计算了，只是作为一个终端，甚至有人提出，我的计算机就是一个只要能上网就够了，在这种大的背景之下，云计算开始慢慢产生了，当用户把大量的任务委托给服务器端来做以后， 这是云计算产生的一个根本性的，从计算模式上来讲，一个改变来催生了云计算的产生。 这里面，我们举几个例子，计算机的使用开始受到电网的启示，电力网络比计算机网络建立得要早，通过电力网络我们可以获得电能，墙上有一个插座，你就可以弄个电灯一插，这个灯就亮了，但这个灯亮了以后，它是用电能，这个电能从哪里来的。 我们从来没有谁去关心，这个是哪个电厂发的。 是核电厂发的，还是风力电厂发的，还是烧煤发的，还是水电发的。 我们不需要去关心，我们只关心这个灯会不会亮。 把这个概念引入到我们的计算机领域来，大家想想看，当我有需要存储信息 ，就像你今天拍了几张照片，我要放到电脑里去，什么时候我还要拿出来看一下，我要去打印出来，是不是也可以用电一样，我只要有个计算机，我把它开起来以后，把照片导入到计算机，它会自动帮我存储到某个地方，当我需要的时候能够自动取下来，现在个人电脑存这些东西都没问题，都如果这个数量很大呢。 如果你是出去拍很多的视频呢。 高清的呢。 那你个人电脑用起来就没那么快了，你的存储量，你的计算能力可能都不够了，这个时候能不能像电一样，它是放在互联网中的，你不知道的某个地方，当你需要的时候你就可以用，把电网的这样一个启示、方法用到计算机 领域里面来。 使得人们使用计算机的需求成为一种社会化的商品流通一样，像煤气、水、电一样，要社会化的服务，这样的话能够更加方便，费用也更加低廉。 我们使用计算机就跟使用电一样，我们没有人会想因为我要用电，所以我要去买一个发电机，我们没有必要为了处理我家庭中大规模的，比如说我喜欢视频，当然也有专业人士搞一些专业的事情，比如我要写个游戏，我要做什么，你专门去买一套完整的设备，这恐怕只有少数的非常富有的家庭能做这件事情，没有必要，你就利用网络所提供的服务来做这些，有人会去买大量的这样的设备来为你服务，这也是云计算产生的 一个大的背景。 三、云计算系统的分类与技术 第三个内容，我讲一下当前云计算系统的分类和会涉及到的有关技术。 这再提一下，我们在前面的概念和前面这两讲里面会涉及到一些技术问题。 云计算这个系统，按照这个部署的方式和服务的对象，基本上可以分成三个类型：第一个，我们把它称之为叫“公有云”，第二个叫“私有云”，第三个叫“混合云”。 什么是“公有云”，如果一个云计算的提供者是把它的服务提供给公众，不是特定人群，这个称为叫“公有云”，它可以是第三方提供商，用户能够使用，通过一般的 inter 就可以使用的，有的可能是 免费的，也可能是成本比较低廉的，比方说前面给大家提到的亚马逊，这个是一个公有云。 为什么这么说呢。 任何用户只要到上面去注册、付费都可以使用，它不针对某些特定客户。 第二类，“私有云”，它是为某个客户单独使用而建的，因而提供对数据的安全性、服务资料都要能够进行有效的控制，这个客户就可以拥有在这些计算机有关的设备，并且可以控制这个设备上，这个设备如何使用，可以运行哪些程序，这种也有。 像很多大型企业，甚至包括我们的政府所建立的云都是属于这一类的，它都是为某一个部门、某一个系统、某个单位内部服务的。 内部有必要建云吗。 这就看它的需求，因为一个单位内部也有大量的计算任务，当单位较大的时候，它没有必要为每一个它的分支机构、每一个部门去建立一套完整的系统，它可以在自己内部建一个大型的数据中心、服务中心，让所有人的应用都部署在一个集中的地点，这样也有利于来管理、调度这些资源的使用，包括计算机资源的使用，这一类就叫“私有云”。 还有一类，“混合云”，把“公有云”、“私有云”两种服务结合起来，像一个企业，它可以把有的计算任务租用外部的机器来完成，而有的信息处理可以放在内部的计算中心来完成，这两者进行混合，在混合的时候，它可以在安全性 得到保证的情况下可以充分相互利用这个资源，这种行为在商业领域已经是属于小儿科了，你不够的时候租点人家的东西，需求大的时候多租一点，自己的也用，这是“混合云”的概念。 从云计算系统，它能够提供的服务的层次来看的话，可以分成三层。 最基层，我们可以叫基础设施服务，第二层叫平台服务，第三层叫软件服务。 基础设施服务是租机器，这个认为是初级阶段。 我给大家几个例子，比如几个人要搞一个公司，开一个网站，我不想买机器，买机器太贵，总共我就几万块钱，一下就买那个机器的话我就无法运转，这个时候我就租用人家的机器，承租机器，这个 机器上跑什么程序，做什么软件，这是我自己做的，这一类就叫基础设施服务，基本上就应用于它的硬件基础设施，人家可以买个很大的服务器，当然服务器里面还有相应的一些技术来实现，使得这个机器能够同时租给很多人，专业上来讲叫“多租户”（ Many tenant）的技术，每一个租户租的，物理上就是一个服务器，每个人都要用，用起来还用户不干扰，感觉上好像每个人都在独占着这个机器一样，这个可以通过技术上来实现，这是第一层次叫基础设施即服务。 第二类叫平台即服务，这个平台跟我讲的基础设施是有区别的，平台，它包含了运行在物理的服务 器上的一些系统化的软件。 这个平台甚至可以更复杂，可以是多个服务器构成一个网络，我租用的是一个网络，这个网络上有相应的协议，有相应的系统的软件，有数据库，有其他的一些应用软件等，不一定应用软件，平台性的、支撑性的软件，这个就相对比较复杂了，所需要的技术支撑能力也是比较强的。 我曾经去做过测试，比如我到亚马逊上，我要租它的三个服务器，这三个服务器分别配置不一样，除此之外，我要求这三个服务器之间相互能够进行联网，其中一个服务器安装数据库，一个服务器安装网站服务器，另外一个做文件服务器，存储大量的其他的信息，而这三个 之间我要求它必须要安装什么样的超级系统，这个我都要指定的，有的可能是需要用 Windows 系统，还有的在服务器上要装数据库的话也是特定的数据库来建的，这就构成了一个平台。 最上层、第三个是软件即服务，软件即服务，在我看来，相对来说还是比较简单，并不复杂，因为它屏蔽了很多细节，现在国内有很多软件公司就提供这个服务， 比如说像用友、金蝶，这种做财务软件的公司，它就提供软件即服务。 怎么用它呢。 它自己买好服务器，把软件系统全部装好，然后你只要到它那儿去注册一个帐号，你就可以把财务系统的东西都导入到它那里，它帮你做账， 你自己做，但所有的数据都在它那儿，你要做什么报表，它的软件会帮你产生，你不需要去买它的软件，你就去租它这个软件，专业上叫租它这个软件服务，这就使得很多小企业方便了，你不用去买服务器，也不用去买财务软件就可以管理自己的财务了，这是叫软件即服务。 这是从它的服务类型来讲，三个层次。 云计算应用领域非常广泛，它可以是应用的，可以是一些软件环境的，可以是一些计算能力的，各种各样的类型，我就不一一细讲了，大家参照我们的书上可以看，它的应用领域非常广泛。 接下来我们来看一看，要做到云计算需要哪些技术支持。 我先讲第一个，叫 资源虚拟化。 什么叫资源虚拟化呢。 它在一台物理的计算机上面，它要运行多个虚拟机，虚拟机什么概念。 将来我每一个虚拟机都是租给不同的人，而这个又是在同一台物理机器上，租给每一个人的机器，你还要跟他讲是不一样的，是按照用户的需求来定做的，比方说某个用户说我的服务器要求 CPU 要多少能力，内存要多大，硬盘要多大，我这上面要安装 WINDOW 操作系统，都可以，另外用户可能又换成另外的不同需求了，但我要把不同的需求，把它都能够构建在一台机器上，这个就需要有相应的技术支持，这是虚拟化，一个物理机虚拟成多个机器给不同的用户，而且 要使得他们之间相互不会产生干扰，不会产生安全问题，相互的时候，在使用的时候又能够满足用户的性能上的一些要求，不能说一个机器，比如说新我们自己个人电脑一样，主频内存就这儿点，你还跟用户说我这儿有很多，租给很多人，不行，在用户的服务质量的要求满足的情况下进行出租。 所以，虚拟化的技术是非常关键的。 第二个，我们把它称为叫资源的调度与分配。 这里资源可以包含几方面：一个是计算资源， CPU、内存，你不能说你 CPU 就两个 G 的主频，你还分给两个人说，每个人给你两个G，这是做不到的，你物理资源就不能满足，但可以说我可以分给两 个人，每个人说我提供一个 1G 的 CPU 给你， 1G+1G=2G。 第二类叫存储资源，磁盘空间，磁盘空间在很多时候是可以适当地放大，很多公司也在这儿做，大家可能用过 web 邮件系统，有的用 16有的用 Gmail，有的用 hotmail，有的用其他等，很多第三方的电子邮件系统，比如雅虎 mail，新浪 mail，对，。