《云计算与分布式系统》课件—06云编程和软件环境
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云计算简介PPT课件
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应用开发环境
提供完整的应用开发环境，包 括编程语言、开发框架和工具
等。
数据库服务
提供关系型数据库、非关系型 数据库和数据库缓存等服务。
中间件服务
提供消息队列、分布式缓存和 API网关等中间件服务。
运维管理
提供应用部署、监控、日志管 理和安全管理等运维服务。
SaaS：软件即服务
在线软件
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目录
• 云计算基本概念 • 云计算服务类型 • 云计算关键技术 • 云计算应用场景 • 云计算优势与挑战 • 典型案例分析
01
云计算基本概念
云计算定义与特点
定义
云计算是一种基于互联网的计算方式，通过这 种方式，共享的软硬件资源和信息可以按需提
供给计算机和其他设备。
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网络访问
数据处理与计算
借助云计算强大的计算能力，进行大规模数据的 处理、分析和挖掘。
数据可视化与报表
通过云计算实现数据的可视化展示和报表生成， 帮助用户更好地理解数据和分析结果。
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云计算优势与挑战
优势分析
弹性扩展
云计算允许用户根据需求快速扩展或缩减资源，无需大量前期投资。
高可用性
通过分布式架构和冗余设计，云计算提供了更高的服务可用性。
提供基于Web的在线软件，用 户无需安装即可使用。
多租户架构
支持多租户架构，不同租户的 数据相互隔离，保证数据安全 性。
定制化功能
提供丰富的定制化功能，满足 不同行业和企业的特定需求。
集成与扩展
支持与其他系统的集成，提供 API接口和插件机制，方便扩展
功能。
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云计算关键技术
分布式与云计算系统.pptx
Utility & Risk Management
1.4 分布式系统和云计算软件环境 面向服务的体系结构（）
网格与云 网格和云之间的界限近年来变得越来越模糊。
对于服务，工作流技术用于协调或编排具有指定 规范的服务，其中这些规范用于定义关键业务流 程模型，如两阶段事务。
网格系统使用静态资源，而云强调弹性资源。 网格和云之间的不同仅限于基于虚拟化和自 治计算的动态资源管理。可以通过多个云建立网 格。这种网格比一个单纯的云能更好的工作，因 为它能明确支持协议资源分配。从而可以建立系 统的系统，如云之云、云网格、网格云，或互联
系统可用性 = ( )
网络威胁与数据完整性 图1-25 对计算机的各种系统袭击和网络威胁及造成的 4种损失
运行服务器的节能
节能方法能够利用因任务交互而招致的松弛时间以 一个低电压、频率执行任务
Four Reference Books:
1. K. Hwang, G. Fox, and J. Dongarra, Distributed and Cloud Computing: from Parallel Processing to the Internet of Things Morgan Kauffmann Publishers, 2011
2. R. Buyya, J. Broberg, and A. Goscinski (eds), Cloud Computing: Principles and Paradigms, ISBN-13: 98, Wiley Press, USA, February 2011.
3. T. Chou, Introduction to Cloud Computing: Business and Technology, Lecture Notes at Stanford University and at Tsinghua University, Active Book Press, 2010.
云计算与分布式系统
云计算与分布式系统云计算和分布式系统成为了当今信息技术领域的重要研究课题。
随着互联网技术的快速发展，越来越多的组织和企业选择将数据和应用程序迁移到云端，以实现资源共享、弹性扩展和成本节约。
而分布式系统作为云计算的核心基础，负责实现云计算的各项服务和功能。
本文将介绍云计算和分布式系统的基本概念、应用场景以及未来发展方向。
一、云计算的基本概念与特点1.1 云计算的定义云计算（Cloud Computing）是一种基于互联网的计算模式，通过将数据和应用程序存储在远程的服务器上，并通过互联网进行访问和管理，实现资源的共享和服务的提供。
1.2 云计算的特点1）资源共享：云计算通过虚拟化技术将物理资源划分为虚拟资源，实现了不同用户之间资源的共享和利用。
2）弹性扩展：云计算可以根据实际需求动态调整资源的数量和规模，实现快速扩展或缩减。
3）按需付费：云计算采用按需付费的模式，用户只需支付实际使用的资源和服务，降低了成本和投资风险。
4）高可靠性：云计算通过分布式架构和备份机制，保证了系统的高可用性和可靠性。
5）灵活性与易用性：云计算提供了丰富的服务和功能，用户可以根据需求选择不同的服务模式，并通过简单的操作实现各项功能。
二、分布式系统的基本概念与原理2.1 分布式系统的定义分布式系统（Distributed System）是由多台计算机和通信设备组成的集合，通过网络进行通信和协调，以实现共同的计算和操作目标。
2.2 分布式系统的原理1）并行计算：分布式系统中的计算任务可以按照某种规则进行划分和分配给多个计算节点并行处理，提高计算速度和效率。
2）数据共享与通信：分布式系统通过网络进行数据共享和通信，实现节点之间的信息交换和传递。
3）容错与可靠性：分布式系统通过容错机制和备份策略，保证系统在节点故障或通信中断的情况下仍能正常运行。
4）协作与同步：分布式系统中的节点需要通过协作和同步机制确保各项操作的一致性和正确性。
5）资源管理与调度：分布式系统需要对资源进行管理和调度，以实现合理的资源分配和利用。
分布式与云计算系统第4章1
Handle workload dynamically, but can better balance workloads; distribute data and VM resources Access is limited; provide preproduction testing and enforce data privacy and security policies IBM RC2
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云应用的所有计算任务被分配到数据中心的 服务器上。这些服务器主要是虚拟集群的虚拟 机，由数据中心资源产生出来。 云平台是通过虚拟化分布的系统。 公有云和私有云都是在互联网上开发的。 公有云构建在互联网之上，任何已付费的用 户都可以访问。公有云属于服务提供商，用户 通过订阅即可访问。 私有云构建在局域网内部，属于一个独立的 组织。由客户管理，而且其可访问范围限制在 所属客户及其合作者之中。 混合云由公有云和私有云共同构成
Creating and managing VM instances within proprietary infrastructure; promote standardization, preserves capital investment, application flexibility Handle workload without communication dependency; distribute data and VM resources; surge workload is off-loaded
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云计算PPT
虚拟应用
虚拟信息
虚拟存储
虚拟进程
底层结构虚拟
集成 & 开发
Cloud Collaboration
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云计算对未来动态IT架构的支撑
商业流程
协作/消息
服务/资源管理 & 安全
集成 & 开发
用户界面 & 接口
虚拟应用
虚拟信息
虚拟存储
Cloud Storage
Cloud Servers/ Processing
主流速度
高速网络
2 Mbps
1 Gbps
Japan
最大下载速度
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当今互联网用户的需求是什么？
接入能力 可以从任何地点、任何设备接入服务和数据 共享能力 数据的建立和存储共享 容易方便 自由 不希望受数据的影响 简单 容易学会, 容易使用 安全 相信数据不会丢失或不会被不允许的人看到
互联网用户的新需求为云计算提供了服务基础！！！
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云计算的应用--iaaS
Amazon Infrastructure web services EC2 (Elastic Compute Cloud) - now with Windows (99.95% availability!) S3 (Simple Storage Service) SimpleDB SQS (Simple Queue Service) Payments and Billing On-demand workforce (Mechanical Turk) Search (Alexa) Fulfilment web service Rackspace Mosso JungleDisk SliceHost
云计算ppt课件
概念：大数据是指数据量巨大、复杂度高、处 理速度快的数据集合。
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数据量大：数据量级从TB到PB甚至EB级 别。
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特点
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多样性：数据类型多样，包括结构化数据 、半结构化数据和非结构化数据。
实时性：数据处理速度要求快，实时反映 结果。
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价值密度低：大量数据中蕴含少量有价值 的信息。
大数据在云计算中的应用
云计算与大数据的关系
大数据需要云计算
大数据的处理需要大规模的计 算资源和存储空间，云计算提 供了弹性的计算和存储资源， 能够满足大数据处理的需求。
云计算促进大数据发展
云计算的普及和发展为大数据 提供了更好的应用环境和解决 方案，推动了大数据的发展和 应用。
相互促进
云计算和大数据相互促进，共 同发展，形成了紧密的关系。
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云计算的挑战与对策
数据隐私与安全
数据隐私
确保在云计算环境中的数据隐私，包括数据 的加密、访问控制和合规性。
数据安全
采取必要的安全措施，如数据备份、恢复和 加密，以防止数据丢失或未经授权的访问。
标准与互操作性
标准
采用统一的云计算标准和规范，以确 保不同系统之间的互操作性和兼容性 。
互操作性
确保不同的云计算平台、服务和解决 方案之间的互操作性和集成能力。
云存储技术
总结词
云存储是一种将数据存储在云端，并通过网络进行访问和管 理的方法，以实现数据的高可用性、可扩展性和安全性。
详细描述
云存储技术通过将数据存储在云端，可以确保数据的安全性 和高可用性。同时，由于数据是分布式的，因此还可以实现 数据的容灾和备份。常见的云存储技术包括Amazon S3和 Google Cloud Storage等。
云计算技术——分布式计算 ppt课件
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一致性
一致性指“All nodes see the same data at the same time”，即更新操作成功并返 回客户端完成后，所有节点在同一时间的数据完全一致。对于一致性，可以分 为从客户端和服务端两个不同的视角来看。
从客户端来看，一致性主要指多并发访问时更新过的数据如何获取的问题。 从服务端来看，则是如何将更新复制分布到整个系统，以保证数据的最终一 致性问题。
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可用性
可用性是指“Reads and writes always succeed”，即服务一直可用，而且是 在正常的响应时间内。对于一个可用性的分布式系统，每一个非故障的节点 必须对每一个请求作出响应。也就是该系统使用的任何算法必须最终终止。
当同时要求分区容错性时，这是一个很强的定义：即使是严重的网络错误， 每个请求也必须终止。好的可用性主要是指系统能够很好地为用户服务，不 出现用户操作失败或者访问超时等用户体验不好的情况。通常情况下可用性 和分布式数据冗余、负载均衡等有着很大的关联。
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2.2.4 最终一致性
下面以上面的场景来描述下不同程度的一致性。 强一致性（即时一致性）：假如A先写入了一个值到存储系统，存储系统保证后续A、 B、C的读取操作都将返回最新值。 弱一致性：假如A先写入了一个值到存储系统，存储系统不能保证后续A、B、C的读 取操作能读取到最新值。此种情况下有一个“时间窗口”的概念，它特指从A写入值， 到后续操作A、B、C读取到最新值这一段时间。“时间窗口”类似时空穿梭门，不过 穿梭门是可以穿越到过去的，而一致性窗口只能穿越到未来，方法很简单，就是“等 会儿”。 最终一致性：是弱一致性的一种特例。假如A首先“写”了一个值到存储系统，存储 系统保证如果在A、B、C后续读取之前没有其他写操作更新同样的值的话，最终所有 的读取操作都会读取到A写入的最新值。此种情况下，如果没有失败发生的话，“不 一致性窗口”的大小依赖于以下的几个因素：交互延迟，系统的负载，以及复制技术 中复本的个数。最终一致性方面最出名的系统可以说是DNS系统，当更新一个域名的 IP以后，根据配置策略以及缓存控制策略的不同，最终所有的客户都会看到最新的值。
云计算知识PPT课件
云计算——云计算的定义和特征
云计算提供的是“服务”
公共云 （对外提供服务）
私有云 （内部系统使用）
混合云
( Software as a Service ) 软件即服务 SaaS侧重于服务，以软件程序提供服务，如CRM、ERP、OA等
SaaS
( Platform as a Service ) 平台即服务 PaaS侧重于服务，以应用服务器平台或开发环境提供服务
资源中心
宽带网络校校通
教育管理云
云图书馆
区域教育资源共享云
在线教育云
数字校园
教育云盘
网络学习空间人人通 优质教育资源班班通
教育行业：在线教育、公共云平台成为主导
国家财政性教育经费支出占到GDP的4%，教育公共资源信息平台整合、一课一师、平安校园、教育云平台等项目在各省市不断涌现
政府：电子政务云成为主导
国家财政性教育经费支出占到GDP的4%，教育公共资源信息平台整合、一课一师、平安校园、教育云平台等项目在各省市不断涌现
云计算——云计算行业市场机会
医疗行业：十三五规划启动医疗卫生云
规划中提出四级平台、六大重点信息化业务、三大基础信息库、配套网络设施等，电子病历普及率提高并且应用水平不断提升。
金融行业：互联网金融青睐云服务
预期效果
计算说明
服务器资源利用率
< 10%
>50%
提升8倍资源利用率
整合之后的利用率在65%左右
每年电费(万元)
36.8
12.3
每年节省66.57%的电费
电费=功耗W*24(h) /1000*365*电费 电费按照每度1元计算
空间节省(U)
280
92
节省67.14%的空间
云计算提供的是“服务”
公共云 （对外提供服务）
私有云 （内部系统使用）
混合云
( Software as a Service ) 软件即服务 SaaS侧重于服务，以软件程序提供服务，如CRM、ERP、OA等
SaaS
( Platform as a Service ) 平台即服务 PaaS侧重于服务，以应用服务器平台或开发环境提供服务
资源中心
宽带网络校校通
教育管理云
云图书馆
区域教育资源共享云
在线教育云
数字校园
教育云盘
网络学习空间人人通 优质教育资源班班通
教育行业：在线教育、公共云平台成为主导
国家财政性教育经费支出占到GDP的4%，教育公共资源信息平台整合、一课一师、平安校园、教育云平台等项目在各省市不断涌现
政府：电子政务云成为主导
国家财政性教育经费支出占到GDP的4%，教育公共资源信息平台整合、一课一师、平安校园、教育云平台等项目在各省市不断涌现
云计算——云计算行业市场机会
医疗行业：十三五规划启动医疗卫生云
规划中提出四级平台、六大重点信息化业务、三大基础信息库、配套网络设施等，电子病历普及率提高并且应用水平不断提升。
金融行业：互联网金融青睐云服务
预期效果
计算说明
服务器资源利用率
< 10%
>50%
提升8倍资源利用率
整合之后的利用率在65%左右
每年电费(万元)
36.8
12.3
每年节省66.57%的电费
电费=功耗W*24(h) /1000*365*电费 电费按照每度1元计算
空间节省(U)
280
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节省67.14%的空间
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•Scientific/Tech Applications •Business Applications •Consumer/Social Applications
Science and Technical
Applications
Consumer/Social Applications
Business Applications
Newton’s laws, Maxwell’s equations…
Last few decades
Simulation of complex
phenomena
Today and the Future Unify theory, experiment and simulation with large multidisciplinary Data
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The Changing Nature of Research
.aBiblioteka a24G 3
c2 a2
Thousand years ago
Description of natural
phenomena
Last few hundred years
表格和NOSQL非关系型数据库: 在简化数据库结 构（NOSQL）上已经有了很多重要的进展，典型情 况强调了分布式和可扩展性。这些进展体现在三种 主要云里：谷歌的BigTable、亚马逊的SimpleDB和 Azure的Azure Table
队列服务: 亚马逊和Azure都能提供类似的可扩 展、健壮的队列服务，用来在一个应用的组件之间 通信。
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编程和运行时支持
需要编程和运行时支持来促进并行编程，并为 今天的网格和云上的重要功能提供运行时支持。
工作机和Web角色: Azure引入的角色提供了重 要功能，并有可能在非虚拟化环境中保留更好的密 切度支持。工作机角色是基本的可调度过程，并能 自动启动。注意在云上没有必要进行明显的调度， 无论是对个人工作机角色还是MapReduce透明支持 的“群组调度”。在这里，队列是一个关键概念
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云编程环境的安全、隐私和可用性需求:
使用虚拟集群化来实现用最小的开销成本达到动态资源供 应。 使用稳定和持续的数据存储，带有用于信息检索的快速查 询。 使用特殊的API来验证用户及使用商业账户发送电子邮件。 使用像HTTPS或者SSL等安全协议来访问云资源。 需要细粒度访问控制来保护数据完整性，阻止侵入者或黑 客。 保护共享的数据集，以防恶意篡改、删除或者版权侵犯。 包括增强的可用性和带有虚拟机实时迁移的灾难恢复等特 性。 使用信用系统来保护数据中心。这个系统只授权给可信用
DPFS: DPFS文件系统是为执行数据密集型应用而 精确设计的。
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SQL和关系型数据库: 亚马逊和Azure云都提供关 系型数据库，这可以直接为学术系统提供一个类似 的功能，但如果是需要大规模数据，事实上，基于 表或MapReduce的方法可能会更合适
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网格和云的公共传统特性
集中关注当今计算网格和云中有关工作流、数 据传输、安全和可用性方面的公共特性。
工作流: 在真实的应用中工作流按需连接多个 云和非云服务。
数据传输: 在商业云中（较少程度上，在商业 云之外）数据传输的成本（时间和金钱）经常被认 为是使用云的一个难点。如果商业云成为一个国家 计算机基础设施的重要部分，预期在云和TeraGrid 之间将出现一条高带宽链路。
户，并阻止侵入者。
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数据特性和数据库
程序库: 允许方便地部署和配置镜像（即它们支 持IaaS）。
blob和驱动:除了blob和S3的服务接口，人们还 可以“直接”附加到计算实例中作为Azure驱动和 亚马逊的弹性块存储。这个概念类似于共享文件系 统
Chapter 6: Cloud Programming and Software Environments
云编程和软件环境
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本章将论述真实云平台下的编程，其中将介绍 和评价MapReduce、BigTable、Twister、 Dryad、DryadLINQ、Hadoop、Sawzall和Pig Latin。我们用具体的实例来讲解云中的实现 和应用需求。
Using data exploration and data mining (from instruments, sensors, humans…)
Distributed Communities
Computer School, NUDT. Spring, 2013
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6.1 云和网格平台的特性
本节总结了真实云和网格平台的重要特 性。在4个表格中，涵盖了功能、传统 特性、数据特性以及程序员和运行时系 统使用的特性。
通过应用实例讲解了由谷歌应用引擎（GAE）、 亚马逊Web服务（AWS）和微软Windows Azure 提供的云服务。特别地，我们演示了怎样对 GAE、AWS EC2、S3和EBS编程。
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Cloud Applications
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MapReduce: “数据并行”语言日益受到广泛关注，这种语