對於雲，你了解多少

前言

到底什麼是雲(雲計算)

有很多關於雲的介紹，然而，大都是用比喻的形式來介紹雲的屬性。比較有名的比喻是餐館、和電網。但是，雲畢竟不是餐館、或電網，如果只有這些比喻，仍然不清楚到底什麼是雲。本文試圖不用任何比喻，直接從普通的PC電腦入手，逐步遞進，來介紹雲的構成。你只需要具有初中文化，並對CPU、內存、硬碟等計算資源有些基本的概念，就可以了。

一、傳統的電腦

當你啟動一台個人電腦(PC機)時，電腦所做的事，就是把硬碟上的操作系統(OS，本文以微軟的Windows 8為例，但也可以是Unix、Linux等等)的一些基本的控制程序調入到電腦的內存中去。一旦這個過程完成，這台電腦就完全由Windows 控制了。你所謂的電腦，其實就是你在上面工作的Windows。

對Windows而言，它所賴以運行的，只有電腦的處理器(CPU)、內存、和存儲設備(硬碟)這三個要素(或者說三項資源)。電腦還有機箱，但那只是起著封裝、固定、再加供電的作用;電腦還有主板，但那只是起著電腦內各主要部件通信連接的作用。當然，你可能還需要網路連接， 但那只是一項外在資源，不是Windows本身所必需的。作為PC機，你還需要鍵盤和顯示器等外部設備來直接在機器上工作。如果是伺服器，則不需要鍵盤和顯示器，一切都可以是遠程登錄訪問。

所以，一台電腦實質上就是在CPU、內存、和硬碟上運行的Windows。當打開Windows 的任務管理器，你就會發現，CPU和內存大部分是閑置的。特別是CPU，其利用率通常不到10%。Windows在硬碟佔有的空間一般就是幾個GB。 也就是說，一個Windows獨佔了電腦的全部資源，而大部分資源又都是閑置的。

那麼，有沒有這種可能：不讓一個Windows單獨控制一台機器，而是在一台機器上安裝多個操作系統，並且讓它們同時地運行?

二、虛擬化

當安裝一台電腦的時候，你不再是安裝普通的Windows，而是安裝一個資源調度程序，也叫「監控程序」 (Hypervisor)。這個監控程序很小。取決於哪個廠家的產品，小的只有100多兆位元組， 大的也只有幾個G的位元組。 監控程序安裝完成之後，會得到一個工作界面，你通過這個界面設置一個網路連接(IP地址)。這個界面很簡單，多數情況下你可以通過瀏覽器從別的機器上訪問這個界面。

前面說了，一個Windows機器，實質上就是一個由CPU、內存、和硬碟組成的一個組合體。通過監控程序的界面，你可以建立多個組合體。每個這種組合體，就是一台模擬的電腦。當監控程序創建一個模擬的電腦時，它實際上只是創建了兩個文件：一個是關於這個組合體的配置信息(被分配了多少CPU、多大內存、多大的硬碟);另外一個文件，這個模擬電腦的「硬碟」，這個模擬的「硬碟」實際上就是一個封裝的文件(在有些情況下，也可以是幾個文件)。

當你點擊「開機」來啟動這個模擬的電腦的時候，監控程序開始實際為它分配CPU和內存、並且啟動它。當然，這「台」模擬的電腦在第一次啟動的時候，是沒有安裝任何操作系統的「裸機」，那個封裝的文件也是空的，這時你可以進行正常的系統安裝(比如 安裝Windows)。

對Windows而言，它不知道真假，它反正能夠得到所需要的CPU、內存、和硬碟就可以正常運行了，一切都和真的機器一樣。對監控程序而言，這個 Windows不是直接和硬體打交道的，一切資源都需要監控程序來調度和分配，所以這「台」Windows機器(組合體)就是一台虛擬的機器，簡稱VM。這種通過監控程序把硬體的機器、同操作系統分開的過程，就是虛擬化。

當監控程序創建一個VM時，它就給VM配置資源的大小，比如2個1GHz的CPU、2GB內存、和100GB硬碟。這樣，這個VM(Windows)就以為自己擁有了雙核的1GHz CPU、2GB內存、和100GB 硬碟。但這只是Windows所能使用資源的上限。Windows在實際運行中並不需要消耗那麼多，監控程序只是給它按需分配實際消耗的資源，比如 0.1GHz CPU、0.5GB 內存、和20GB 硬碟。表現在實際的硬體消耗上，這20GB的存儲量，就是實際硬碟上的那個20GB大小的封裝文件。

一台電腦，可以通過監控程序創建幾個、幾十個、甚至上百個VMs。比如，一台擁有16GB內存的PC機，你可以創建10個VMs，給每個VM分配4GB內存。看似總共分配出了40GB的內存，但PC機的實際內存只有16GB。

通過虛擬化，一個單台的硬體機器可以同時運行多個虛擬的機器(VMs);更重要的是，雖然一個虛擬的Windows的系統盤(C盤)上有成千上萬個系統文件，但它表現在硬體的存儲設備(硬碟)上，只是一個或幾個打包的大文件。當你把這一個或幾個大文件移到別的地方，整個VM就移走了。

三、配載調配和平衡

如果虛擬化的不只是一台機器，而是A、B兩台，並且兩台機器都共享一個大的存儲設備(硬碟陣列、或硬碟庫)，那會怎樣?

前面說了，一個VM就是一個(或幾個)大文件。如果這個大文件放在共享的存儲設備上，A、B兩台機器上的監控程序都能看到這個VM。那麼，這個VM既可以在A機器上運行、也可以在B機器上運行。所謂在哪台機器上運行，就是通過那台機器上的監控程序，把Windows 啟動到其分配的虛擬內存就是了。

假設VM1到VM10 等10個VMs在A上運行，VM11到VM20 等10個VMs在B上運行。現在要對A進行關機維護，那麼它上面的10個VMs就可以在線移動到B上，而且所有10個Windows都保持不間斷，用戶根本意識不到變化，因為所移動的東西，只不過是內存中的數據而已。

這個移動不是由A、或B指揮的，而是由裝在另外一個C機器上的專門的數據中心管理軟體指揮的。這個數據中心管理伺服器C， 可以監控A和B的運行狀態，一旦出現資源緊張，它可以自動觸發在線遷移，把一個或多個VM移到對方的機器上運行。當然，這裡需要一個事先設定的閾值標準。如果是創建新的VM， C可以自動決定把新的VM放在哪台機器上。這裡只是假設A、B兩台機器。實際上，C可以管理幾十、幾百、上千台機器。共享的存儲設備也不止一套，可以是多套(VMs也可以在不同的存儲設備間移動，只是移動的時間較長而已)。C通過各機器上的監控程序，間接管理所有的資源。

至此，雲的雛形出現了，但還不是雲。因為，所有的這些管理和控制，都還是數據中心自己的職責。用戶還無法對所需要的資源進行自主管理。

四、雲的最後形成

數據中心伺服器C可以不止一個，可以有多個。它們創建和管理的一些VMs也許可以供外界的用戶訪問(比如網站)，但用戶無法直接管理VMs，更無法管理C提供的服務、或資源。

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