google云计算体系架构
第3章 云计算平台
阿里云服务平台-1
阿里云服务器（Elastic Compute Service，简称ECS）是一种简单高效、处理能力可弹性伸缩的云计 算服务，能够帮助用户快速构建更稳定、更安全的应用，提升运维效率，降低IT成本，使企业更 专注于核心业务创新。 批量计算服务（Batch Computing Service，简称BatchCompute）是一种适用于大规模并行批处理作 业的分布式云服务。BatchCompute支持并发规模的海量作业，由系统自动完成资源管理、作业调 度和数据加载，并按实际使用量计费。
Google云计算平台核心技术-7 6. Dapper监控系统 Google设计了Dapper监控系统。Dapper能对几乎所有的Google后 台服务器进行监控，并将海量的监控信息记录汇集在一起产生有 效的监控信息。
Dapper监控信息的汇总需要经过以下三个步骤： (1)将区间的数据写入到本地的日志文件。 (2)将所有机器上的本地日志文件汇集在一起。 (3)将汇集后的数据写入到BigTable存储库中。
Amazon云平台-1
Amazon的云计算服务主要包括：弹性计算云服务EC2、简单存储服务S3、 简单数据库服务SimpleDB、简单队列服务SQS、弹性MapReduce服务、内 容推送服务CloudFront、移动服务、安全服务和身份服务等。这些服务涉 及云计算的方方面面，用户可以根据自己的需要选用一个或多个，而且 所有这些服务都是按需获取计算资源，具有极强的可扩展性和灵活性。
专有网络（Virtual Private Cloud，简称VPC）支持用户基于阿里云构建出一个隔离的网络环境，并 对该虚拟网络进行配置，包括选择自有IP地址范围、划分网段、配置路由表及网关等。
弹性伸缩（Auto Scaling，简称AS）是一种根据用户的业务需求和策略，对弹性计算资源进行经济 地自动调整的管理服务。阿里云平台的AS机制能够在业务增长时自动增加ECS实例，并在业务下 降时自动减少ECS实例。
Google云计算原理
引言概述：云计算作为当今信息技术领域的热点技术之一，在现代社会中，已经成为了各行各业不可或缺的一部分。
作为全球最大的互联网公司之一，Google的云计算平台在业界有着极高的声誉。
本文将重点介绍Google云计算原理的相关内容，包括其架构、安全性、可扩展性以及机器学习等方面，旨在使读者对Google云计算平台有更深入的了解。
正文内容：一、Google云计算架构1.数据中心架构a.Google数据中心规模及分布情况b.数据中心的层次结构和组成元素c.数据中心网络架构及其优势2.虚拟化技术a.介绍Google在虚拟化领域的最新技术和发展b.虚拟机管理及资源调度c.虚拟化在Google云计算中的作用和优势3.分布式存储系统a.Google文件系统(GFS)的原理和优势b.分布式文件系统和对象存储的比较c.实现大规模数据处理的分布式文件系统架构二、Google云计算平台的安全性1.数据隔离与保护a.数据隔离的重要性及Google的解决方案b.访问控制和身份认证机制c.数据加密和解密技术2.系统和网络安全性a.Google网络安全架构的特点和设计原则b.服务器和虚拟机的安全管理c.防火墙和入侵检测系统的应用3.数据备份和恢复a.Google云计算平台的数据备份策略b.容错和故障恢复机制c.数据冗余和镜像技术的应用三、Google云计算平台的可扩展性1.水平扩容a.数据中心资源的动态调整和分配b.网络和存储的动态扩容策略c.负载均衡和自动扩展机制2.弹性计算a.弹性资源管理和优化b.虚拟机的自动迁移和负载均衡c.弹性计算的成本效益和应用案例3.可用性和可靠性a.服务水平协议(SLA)的实现和管理b.系统冗余和容错技术在Google云计算中的应用c.故障预测和自动恢复机制四、Google云计算平台上的机器学习1.云端机器学习平台a.机器学习在云计算平台中的应用场景b.Google云计算平台提供的机器学习服务和工具c.云端机器学习算法和模型的训练与部署2.数据处理和分析a.大规模数据处理和分析的需求b.Google云计算平台支持的大数据处理工具和框架c.数据流处理和实时分析的实现原理3.与机器学习a.深度学习和的关系b.GoogleTensorProcessingUnit(TPU)的介绍和应用c.机器学习在Google云计算平台上的最新进展五、总结通过对Google云计算原理的详细介绍，我们可以看到Google 在云计算领域的核心竞争力和创新能力。
云计算PPT课件
2020/2/25
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Amazon 弹性计算云使用模式
2020/2/25
7
IBM 蓝云产品结构
2020/2/25
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➢ 平台即服务（Platform as a Service，PaaS）
提供给客户的是将客户用供应商提供的开发语言和工具（例 如：Java、Python、.Net）创建的应用程序部署到云计算基础 设施上去。其核心技术是分布式并行计算。 典型代表：Google App Engine（GAE）
通过互联网提供自助式服务，使用者不需要部署相关的复 杂硬件设施和应用软件，也不需要了解使用资源的物理 位置和配置等信息，可以直接通过互联网或企业内部网络 透明访问即可获取云中的计算资源。高性能计算能力可以 通过网络访问。
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➢ 资源池（resource pooling）
供应商的计算资源汇集在一起，通过使用多租户模式将不同的物理和虚 拟资源动态分配多个消费者，并根据消费者的需求重新分配资源。各个客户 分配有专门独立的资源，客户通常不需要任何控制或知道所提供资源的确切 位置，就可以使用一个更高级别抽象的云计算资源。
云服务系统可以根据服务类型提供相应的计量方式，云自动控制系统通
过利用一些适当的抽象服务( 如存储处理带宽和活动用户帐户) 的计量能力来
优化资源利用率，还可以监测控制和管理资源使用过程。 同时，能为供应者
和服务消费者之间提供透明服务。
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云计算体系架构
14
1、核心服务层
➢ 软件即服务（Software as a Service，SaaS）
一种通过Internet提供软件的模式，用户无需购买软件，而是
Google云计算原理
1、Google 云计算文件系统GFS/GFSIIGFSII cell 是Google 文件系统中最基础的模块。
任何文件和数据都可以利用这种底层模块。
GFSII 通过基于Linux 分布存储的方式，对于服务器来说，分成了主服务器（Master Servers）和块存储服务器（Chunk Servers），GFS上的块存储服务器上的存储空间以64MB为单位，分成很多的存储块，由主服务器来进行存储内容的调度和分配。
每一份数据都是一式三份的方式，将同样的数据分布存储在不同的服务器集群中，以保证数据的安全性和吞吐的效率提高。
当需要对于文件、数据进行存储的时候，应用程序之间将需求发给主服务器，主服务器根据所管理的块存储服务器的情况，将需要存储的内容进行分配，并将可以存储的消息（使用那些块存储服务器，那些地址空间），有应用程序下面的GFS 接口在对文件和数据直接存储到相应的块存储服务器当中。
块存储服务器要定时通过心跳信号的方式告知主服务器，目前自己的状况，一旦心跳信号出了问题，主服务器会自动将有问题的块存储服务器的相关内容进行复制。
以保证数据的安全性。
2、Google 并行计算构架–Mapreduce有了强大的分布式文件系统，Google 遇到的问题就是怎么才能让公司所有的程序员都学会些分布式计算的程序呢？于是，那些Google 工程师们从lisp和其他函数式编程语言中的映射和化简操作中得到灵感，搞出了Map/Reduce 这一套并行计算的框架。
Map/Reduce 被Google 拿来重新了Google Search Engine的整个索引系统。
而Doug Cutting同样用Java 将这一套实现和HDFS合在一起成为Hadoop的Core。
MapReduce是Google 提出的一个软件架构，用于大规模数据集（大于1TB）的并行运算。
概念“Map（映射）”和“Reduce（化简）”，和他们的主要思想，都是从函数式编程语言借来的，还有从矢量编程语言借来的特性。
云计算百度百科
云计算百科名片【云计算】概念是由Google提出的，这是一个美丽的网络应用模式。
狭义云计算是指IT基础设施的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需的资源；广义云计算是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的服务。
这种服务可以是IT和软件、互联网相关的，也可以是任意其他的服务，它具有超大规模、虚拟化、可靠安全等独特功效；“云计算”图书版本也很多，都从理论和实践上介绍了云计算的特性与功用。
目录[隐藏]基本概念和特点“云计算”时代云计算的几大形式云计算四个显著特点云计算的发展现状云计算的20个基本定义判断是否是云计算的十五种方法与90's NetPC的渊源基本概念和特点“云计算”时代云计算的几大形式云计算四个显著特点云计算的发展现状云计算的20个基本定义判断是否是云计算的十五种方法与90's NetPC的渊源•云计算的发展原因•云计算主要应用•第一本深入剖析云计算技术的教材《云计算》•国内权威《云计算》图书•《云计算》新版•云计算图书《云计算:深刻改变未来》•国内第一本云计算原创图书《走近云计算》[编辑本段]基本概念和特点英译：cloud；cloud computing；cloud computer；cloud-based。
云计算（cloud computing，分布式计算技术的一种，其最基本的概念，是透过网络将庞大的计算处理程序自动分拆成无数个较小的子程序，再交由多部服务器所组成的庞大系统经搜寻、计算分析之后将处理结果回传给用户。
透过这项技术，网络服务提供者可以在数秒之内，达成处理数以千万计甚至亿计的信息，达到和“超级计算机”同样强大效能的网络服务。
最简单的云计算技术在网络服务中已经随处可见，例如搜寻引擎、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[7]。
Google云计算原理
Google云计算原理Google云计算原理1.介绍1.1 概述Google云计算是一项基于云计算技术的服务，用户可以通过互联网访问Google云上的各种计算资源和服务，包括计算、存储、数据库、机器学习等。
1.2 优势- 弹性扩展：Google云计算支持根据需求动态扩展计算资源，以适应不同的业务需求。
- 可靠性：Google拥有全球范围的数据中心，提供高可用性和持久性的计算资源。
- 安全性：Google云计算提供多重安全保护措施，包括数据加密、身份验证和访问控制等，确保用户数据的安全。
- 灵活性：Google云计算提供多种计算模型和编程接口，方便用户根据需求选择最适合的解决方案。
2.计算模型2.1 虚拟机实例- 虚拟机实例是最基本的计算资源，用户可以根据需求创建和管理虚拟机实例，自定义大小、操作系统和软件配置等。
- 虚拟机实例的计费方式有按需计费和预付费两种模式，用户可以根据实际需求选择适合的计费方式。
2.2 容器- 容器是一种轻量级的计算单元，可以在不同的环境中运行，比如虚拟机、物理机或者云平台。
- Google提供的容器服务（Google Kubernetes Engine）可以帮助用户管理和调度容器，实现高效的容器化部署。
2.3 服务器无状态函数- 服务器无状态函数是一种无需预留或管理服务器的计算模型，用户只需要编写函数代码并到云平台，即可在需要时触发函数执行。
- Google提供的服务器无状态函数服务（Google Cloud Functions）可以自动扩展和管理函数实例，提供快速、无缝的函数执行环境。
3.存储服务3.1 对象存储- 对象存储是一种提供可扩展、高可用性的存储服务，用户可以将文件以对象的形式存储在云上，通过HTTP或者HTTPS访问。
- Google提供的对象存储服务（Google Cloud Storage）可以用于存储和管理各种类型的数据，包括图片、视频、日志文件等。
云计算PPT课件
虚拟信息 底层结构虚拟
服 务
安 全
资 源 管
理
虚拟存储 虚拟进程
- 15 -
虚拟化:
简单接入, 提高终端用户管理
& 使用最大化
自动化:
提高速度和预言性 & 减少劳动力
云计算对未来动态IT架构的支撑
商业流程
用户界面 & 接口
Cloud Applications
(“Software-as-a-Service”)
提高速度和预言性减少劳动力商业流程商业流程虚拟信息虚拟信息虚拟存储虚拟存储虚拟进程虚拟进程底层结构虚拟底层结构虚拟虚拟应用cloudapplicationssoftwareasaservice用户界面用户界面接口接口cloudplatformsplatformasaservice商业流程商业流程用户界面用户界面接口接口虚拟应用虚拟信息虚拟信息底层结构虚拟底层结构虚拟虚拟存储虚拟存储虚拟进程虚拟进程商业流程商业流程用户界面接口虚拟应用虚拟信息虚拟存储虚拟进程底层结构虚拟cloudcollaboration云计算对未来动态it架构的支撑商业流程商业流程用户界面接口虚拟应用虚拟信息虚拟存储cloudstoragecloudserversprocessing虚拟进程底层结构虚拟商业流程商业流程用户界面接口虚拟应用virtualizedinformation底层结构虚拟虚拟进程虚拟存储虚拟信息cloudsystemsinfrastructuresoftwaresoftwareasaservice云计算在中小企业的应用用户界面接口商业流程商业流程虚拟应用virtualizedinformation底层机构虚拟虚拟进程虚拟储存virtualizedinformation云计算和下一代it应用云计算还应包含onpremisesoftwareeg
Google云计算平台的技术架构及对其成本的影响研究
Ｇ Ｓｃｕｋ ｒ ｒ Ｆ ｎｓ ｖ 和Ｍ ｐ ｅｕｅ ｏ 等核心功能模块，与之 ｈ ｅｅ ａＲ ｄｃ Ｊ ｂ 相对应的则是数据存储、数据管理和编程模型等 ３ 项关键 技术． 因此本文将重点对它们进行研究。
２１ 数据存储技术 ．
网页搜索业务需要海量的数据存储，同时还需要满足
切分技术、 任务调度技术、 编程模型、 负载均衡技术、 并行计
算技术和系统监控技术等。 Ｇｏｌ云计算平台是建立在大量的 ｘ６ ｏｇ ｅ ８ 服务器集群上
的．ｏｅ Ｎ ｄ 是最基本的处理单元， 其总体技术架构如图 １ 所示。 在 Ｇｏ￣云计算平台的技术架构中，除了少量负责特 ｏｓ ｅ
定管理功能的节点 （ Ｇ Ｓｍ ｓ ｒ ｈｂｙ和 Ｓｈｄｌ 如 Ｆ ａ ｅ、 ｕｂ ｔ Ｃ ｃｅｕ ｒ ｅ
电信 科萄 ｝
Ａ 卜
为了保证数据的可靠性，Ｆ 文件系统采用了冗余存 Ｇｓ
储的方式。 每份数据在系统中保存 ３ 个以上的备份 ， 其中
两份拷贝在同一机架的不同节点上，以充分利用机柜内 部带宽． 另外一份拷贝存储在不同机架的节点上。同时，
／ｏｌ ，ｇｄ 、 Ｉｏｕ＿ ｅ ， ＿Ｃ二 ＧＩ ｏ ｌ ｉ ｉ Ｄ 厂…
一 究 与 主
孙 健 。 贾晓 菁 。
（． １中国移 动 通信 集 团公 司 北 京 １ ０ ３ ；． ０ ０ ２ ２ 中央财 经 大 学 北京 １ ０ ８ ） ０ ０ １
ｊ 萋 誊
Ｇｏ ｇｅ云计算 平台的技术架构及对 其成 本 的影 响研究 ｏｌ
１ 引言
毫无疑问，云计算是 ２０ Ｉ 行业最热门的话题 ， ０９年 Ｔ Ｇ ｏ ｅＡ ａｏ、ａｏ ｏｇ 、ｍ ｚｎＹ ｈｏ等互联网服务商 ， Ｍ、 ｉ ｓｆ等 ｌ Ｉ Ｍｃ ｏ Ｂ ｏ ｒ ｔ
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ChunkServer 1 ChunkServer 2 ……
Client 16
ChunkServer 16
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Google云计算原理
分布式文件系统GFS 并行数据处理模型MapReduce 分布式锁服务Chubby 分布式数据库BigTable Google云计算应用
MapReduce
GFS
BigTable
15
16
Google设计GFS的动机
• Google需要支持海量数据存储的文件系统
–购臵昂贵的分布式文件系统与硬件？
是否可以在一堆廉价且不可靠的硬件上构建可靠的 分布式文件系统？
17
GFS的设计思路
1. GFS设计原则：
机器失效不能视为异常现象 能应付对大型/超大型文件处理 支持大量用户同时访问
分割 分割
KEY VALUE
KEY VALUE
3) Hello World Bye World Hello China Bye China Hello Si-tech Bye Si-tech
MAP
<Hello 1> <World 1>
<Bye 1> <World 1> <Bye 1> <China 1> <Bye 1> <Si-tech 1>
1. Google的云计算思路
应用向互联 网迁移 数据向互联 网迁移
计算能力向 互联网迁移
存储空间向 互联网迁移
“浏览器＝操作系统”
9
Google 云计算PaaS
2. 隶属PaaS的Google云计算
属于部署在云端的应用执行环境 支持Python和Java两种语言
通过SDK调用Google的各种服务。如Google Map、Mail等
1、在编程的时候，开发者需 要编写两个函数：
Map:(in_key, in_value) Reduce:(key,[value 1,value 2…]) 2、Map操作产生结果是 <key,value>对
Map
Map
……
Map
Reduce
……
Reduce
3、在Map，Reduce之间系 统把同一Key归类到Reduce
云计算概念入门
13
提 纲
1
初识云计算
2 3
4
Google云计算原理
GAE平台部署云服务
TM Forum 对云态度
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Google云计算原理
分布式文件系统GFS 并行数据处理模型MapReduce 分布式锁服务Chubby 分布式数据库BigTable Google云计算应用
MapReduce GFS BigTable Chubby
结果 1 结果R
3、Reduce操作对相同的Key 进行归类处理
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MapReduce实现机制
用户程序
(1)分割 (1)分割 (1)分割
Master
(2)指派Map 工作机M (2)指派Reduce (6)写入文件
工作机 R 工作机 R
输出文件0
片段1
片段2 片段3 片段4 输入文件
(3)Read 工作机M
Байду номын сангаас缺点：有冗余
21
GFS架构的特点
采用中心服务器模式Master
可以方便地增加Chunk Server Master掌握系统内所有Chunk Server的情况，方便进行 负载均衡 不存在元数据的一致性问题
不缓存数据
必要性：Client流式读取，非重复读写 可行性：Master本身管理多个Server，很复杂
简单存储服务S3为企业提供存储服务
1GB数据存放1个月为0.15美元
2. Amazon的IaaS运用实例
7
亚马逊IaaS应用案例：纽约时报
使用亚马逊云计算服务
效果：在不到 24个小时的时间里处理 了1100万篇文章 费用：累计花费240美元
利用自己服务器
时间：数月时间
费用：多得多的费用
8
Google 云计算
<Bye 1>
Fold <World 1> <China 1>
<Bye 1>
<Bye 1>
<World 1> <China 1> <Si-tech 1>
<Bye 1>
<China 1> <Bye 1> <Si-tech 1>
<Si-tech 1>
33
5) Fold输出 <Hello 1> <Bye 1> <World 1> <China 1> <Si-tech 1> <Hello 1> <Hello 1> <Bye 1> <Bye 1> <World 1> <China 1> <Si-tech 2> <Si-tech 1> Reduce Reduce输出 <Hello 3> <Bye 3> <World 2> <China 2>
GFS数据块服务器 Linux文件系统
GFS数据块服务器 Linux文件系统
……
返回数据信息
……
20
……
Question
文件为什么要被化分为64M？
Answer：
1、可以减少Client和Master的之间的交互，减少Master的负载 2、客户端可以在一个Chunk中完成许多操作 3、可以减少TCP三次握手时间。另外这些信息都要被Master管理 的
2. GFS组成
GFS集群:一个的Master和多个ChunkServer（块服务器）组成， 并可以多客户端Client访问
3. GFS设计要点
每个文件拆成若干个64M文件块Chunk组成 每个Chunk都由Master根据其创建时间指定Chunk Handle(64) 文件块被保存在ChunkServer本地磁盘中 缺省情况下3处热备份Chunk块文件 18
GFS的设计思路
4. Client职责
包含文件系统的API 负责和ChunkServer和Master通信 代表应用程序进行读写操作 Client和Master进行元数据操作 Client和ChunkServer进行文件数据操作
5. Master职责
负责管理所有文件系统的元数据 元数据包括：命名空间，访问控制信息，文件到Chunk的映射信 息等
(4)本地存储
输出文件1
(5)远程读取
工作机M
Map状态
本地存储
30
Reduce状态
输出文件
单词计数 体现M/R算法
输入数据：
Hello World Bye World Hello China Bye China Hello Si-tech Bye Si-tech
MapReduce
Hello ：3 Bye ：3 China ：2 World ：2 Si-tech：2
Google云计算平台技术架构
分布式文件系统 Google Distributed File System 并行数据处理 MapReduce 分布式锁 Chubby 结构化数据表 BigTable
Google云计算应用
MapReduce GFS BigTable Chubby
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将 在 第 二 章 详 细 介 绍
计算URL访问频率 Y
Map函数处理日志中web页面 请求的记录，然后输出(URL,1)。 Reduce函数把相同URL的 value值都累加起来，产生 (URL,记录总数)结果。
27
Google为什么需要MapReduce？
Google拥有海量数据，并且需要快速处理
什么是MapReduce？
Chubby
25
并行计算基础
摩尔定律正在走向终结…
单芯片容纳晶体管的增加，对制造工艺提出要求 CPU制造18nm技术，电子泄漏问题 CPU主频已达3GHz时代，难以继续提高 散热问题（发热太大，且难以驱散） 功耗太高
未来的发展：多核
26
什么样的问题适合并行计算？
斐波那契序列(Fibonacci) X
1) Map(Key,Value) { for( each world „world‟ in value) collect(„world‟,1); } Reduce(Key,Value[ ]) { int count = 0; for(each w in value) count ++; collect(Key,count); }
22
GFS容错机制
Chunk Server容错
每个Chunk有多个存储副本（默认是3个），分别存储于不通的 服务器上 每个Chunk又划分为若干Block（64KB），每个Block对应一个 32bit的校验码，保证数据正确（若某个Block错误，则转移至 其他Chunk副本）
Master容错
三类元数据：命名空间（目录结构）、Chunk与文件名的映射 以及Chunk副本的位臵信息 前两类通过日志提供容错，Chunk副本信息存储于其它Chunk Server。这样Master出现故障时可恢复
23
GFS实验效果图
Master
Master Client 1
Client 2
路由器 1
路由器 2
愿景:
计算机的服务能力可以作为一种商品进行流通。 就像水、电、 气一样取之方便，费用低廉