Subra Kumaraswam

何謂雲端運算？
若回顧工業革命與其對於世界經濟的衝擊，你會發現，革命本身並非一夜之間突然出現，而是經歷了好幾波的浪潮。若你繼續看網際網路的演變，你會發現網際網路也是經由好幾波浪潮演變至今。雲端運算很有可能就是下一波浪潮。

雲端運算定義
我們對於雲端運算的定義，是基於五項屬性：多用戶（共用資源）、高擴充性、高彈性、隨需付費，以及自助式資源。

．多用戶（共用資源）：先前的運算模型多採專用資源（例如，運算設備經常是單一用戶或物主所有），雲端運算的商業模式則是在網路層、主機層與應用層共用資源（例如，多位用戶共用相同的資源）。

．高擴充性：雖然企業組織的電腦系統可能成千上萬，雲端運算提供的能力足以擴展至成千上萬台電腦系統，以及大量的頻寬與儲存空間。

．高彈性：使用者可以視需求，隨時增減其運算資源，當不需要資源時，可以釋放資源給其他使用者。

．隨需付費：使用者僅為實際所需的資源付費，也僅在需要時付費。

．自助式資源：使用者自行啟用資源，如額外的系統（處理能力、軟體、儲存空間）與網路資源。

雲端運算的特性之一，在於資源的彈性運用。這項特性可讓用戶隨需求而增減運算資源，如圖2-1 所示。運算資源的需求底線固然重要，但預測未來的需求並不容易，尤其當需求隨時改變。雲端運算可以提供一種隨需求而分配IT 資源的方式，並找出需求尖峰。

雲端越來越受關注，因為雲端解決方案可讓使用者動用到超級電腦等級的能力，但花費僅需超級電腦的零頭。更重要的是，這些解決方案可以隨需求而動用；網路變成的雲端上的超級電腦，使用者在需要時，再付費使用即可。雲端運算利用了網際網路技術，使IT能力得以調整規模，以服務的型態供應給客戶。

雲端運算在市場上廣受注目，預料將高度成長，如圖2-2，其中標示出近來值得注意的雲端動向，以及雲端服務的預期收益。

雲端運算被預期為全球IT 消費的重要成長動力。事實上，根據IDC的資料，雲端服務的年複合成長率27%，預期在2012 年達到420 億美元。而自購IT 服務的消費額，年複合成長率預期為5%。

雲端運算的SPI架構
描述雲端運算服務的流通時，最常見的共識可以縮寫成「SPI」。這個縮寫是來自透過雲端提供的三種主要服務：軟體即服務（SaaS）、平台即服務（PaaS）與架構即服務（IaaS）。圖2-3是雲端的服務、用途與種類之間關係。

雲端運算的相關技術
雲端運算其實算不上什麼新技術，因為它是由許多現存的技術組合而成。這些技術的成熟度不一，彼此關連或密或疏，而且彼此設計時並未考慮連貫性；然而，它們為雲端運算組合成了一個技術生態系統。處理器的新進展、虛擬化技術、磁碟儲存設備、寬頻網際網路，以及高速平價的伺服器，一同為雲端創造了更完美的解決方案。

雲端存取設備
近年來，雲端的存取設備迅速拓展。家用個人電腦、辦公用電腦、網路電腦、手機設備、各種手持設備，以及各種靜態設備（甚至包括電冰箱）都上網了。更有趣的是，iPhone的竄起與其App Store 軟體的蔓延，顯示了雲端存取的普及。存取普及，進而讓使用量增加、雲端服務隨之成長。例如，你現在可以透過iPhone使用Skype，讓這種點對點的網路應用更靠近用戶，而Salesforce.com也推出了一項應用，讓用戶可以從iPhone與其他各種設備存取其服務。

瀏覽器與瘦用戶端
各種不同類型設備的使用者，現在無論從哪裡載入瀏覽器，都可以存取應用程式與資訊。當然，瀏覽器越來越複雜。企業級應用程式，如SAP 與Oracle，都可以透過瀏覽器介面存取 ─ 以往必須從電腦桌面載入用戶端（這稱為「胖」用戶端）。大眾越來越熟悉瀏覽器功能、可以使用各種應用程式，使用上非常直覺化，不需要經過訓練或閱讀手冊。

高速寬頻連線
雲端最重要的元素之一是寬頻網路，它提供的各種元素連接方式，是30年前運算概念與現今的最重要差異。寬頻連線如今已廣泛普及，尤其在世界各地的都會區。近乎無孔不入的無線網路（如WiFi、手機、WiMAX）隨處可得，使得行動設備成為企業IT 資源與雲端的入口。

資料中心與伺服器農場
雲端服務需要大量的運算設備，需存放於資料中心與伺服器農場。這些資料中心與伺服器農場散佈各地，彼此之間可以透過內部網路連接，提供分散式運算與遞送服務的能力。

現今有許多範例證明了雲端運算效能的彈性與規模。例如，Google 連結了大量平價伺服器，提供驚人的彈性與效能。Amazon 的Elastic Compute Cloud（EC2）在資料中心提供了虛擬化功能，為各項接獲要求的服務建立大量虛擬實體。Salesforce.com 為大量客戶提供SaaS，將客戶區分成群組，確保規模與彈性。

儲存設備
儲存成本的降低，加上儲存設備的部署彈性，改變了資料儲存的生態。固定的直接存取儲存設備（direct access storage device，DASD）被儲存區域網路（storage area network，SAN）所取代，後者降低了成本，並讓企業級儲存的彈性大增。SAN軟體可管理儲存設備的整合工作，也可以隨需求在大量設備上配置儲存空間。


虛擬化技術
虛擬化是建構雲端運算的基礎技術平台，它也正在改變現代資料中心的面貌。「虛擬化」（virtualizaion）這個字彙，代表將運算資源（CPU、儲存設備、網路、記憶體、應用程式堆疊與資料庫）自應用程式與消費服務的使用者抽離。架構的抽離，顛覆了資源分配的民主概念，無論架構、應用程式或者資訊的分配，並且提供了將資源集中的能力，使任何獲得權限的人或事物都可以透過標準化的方法使用資源。

虛擬化技術提供了可改變規模、可讓所有用戶共用的資源平台，促成了多用戶的雲端商業模型。更重要的，在平台客戶眼中，他們的資源是自己專用的。從企業觀點來看，虛擬化可使資料中心更緊密，並改善了IT 運作效益。如今，大型企業已在資料中心以各種形式實作虛擬化技術，包括OS 虛擬化（VMware、Xen）、儲存虛擬化（NAS、SAN）、資料庫虛擬化，以及應用程式或軟體虛擬化（Apache Tomcat、JBoss、Oracle App Server、WebSphere）。

從公開雲端的觀點，依據雲端服務遞送模型（SPI）與架構，虛擬化似乎是在虛擬化服務各層的共用資源（如：OS、儲存、資料庫、應用程式）。

圖2-5是OS虛擬化與昇陽電腦所定義的虛擬化環境各層。使用此虛擬化的IaaS供應商包括Amazon（EC2）、ServePath（GoGrid）與Sun Cloud，使客戶得以在公開雲端執行各種作業系統的實體。圖2-5 中的虛擬化平台是Sun xVM hypervisor 管理環境，將共用硬體資源虛擬化，讓hypervisor 中的來客（guest）或虛擬伺服器作業系統（Linux、Solaris與Microsoft Windows）可以使用。hypervisor 本身是一個很小的應用程式，於實體機器硬體層頂端執行。它實作並管理虛擬CPU（vCPU）、虛擬記憶體（vMemory）、事件頻道（event channel）與常駐虛擬機器（VM）共用的記憶體。它也控制設備的I/O與記憶體存取。

Xen與sun xVM（以Xen 社群的成果作為基礎）類似，VM 稱之為主域（domain），在VMwaer 虛擬化產品中，則表示客用OS。在圖2-5 中，VM 分別標示為dom0、domU1、domU2 與domU3。dom0 是用於管理其他主域（domU1 等等）。VMware 使用類似的機制，稱為「服務主控台」（service console）。透過dom0 或服務主控台所做的管理，包括建立、銷毀、遷移、儲存或復原用戶主域。在用戶主域執行的作業系統，其特殊運作都是經由呼叫hypervisor而執行。

除了OS 與儲存虛擬化，SaaS 與PaaS 服務供應商也會實作軟體和資料庫虛擬化，以便客戶共用軟體應用堆疊和資料庫資源。例如，Salesforce.com 就有軟體堆疊與資料庫堆疊的虛擬化。在這種模型之中，所有客戶可共用遞送架構中的每一層。

API
適當的應用程式介面（application programming interface，API）是雲端遞送模型（見圖2-6）。的另一個重要成因。API 讓用戶獲得雲端服務與資源的自給性與程式化控制能力。依據雲端服務遞送模型（SPI）的類型，API 可以表現出不同的型態，從簡單的URL 處理到進階的類SOA 程式模型。API 也有助於發揮雲端運算的潛力，將現有IT 管理程序與規則延伸至雲端服務時，可簡化工作。

IaaS 雲端服務供應商（CSP），如Amazon EC2、Sun Cloud 與GoGrid，他們提供的API可讓用戶建立與管理雲端資源，包括運算、儲存與網路元件。在此，API 的使用是透過HTTP，用到GET、POST、PUT 與DELETE 等要求，雖說大部分工作都僅需GET 與POST 即可達成。在某些狀況下，資源的表現是在JavaScript Object Notation（JSON）之中。例如，Sun Cloud API 當中的雲端規格包括有：

．套用至所有要求與反應的一般行為
．資源模型，描述用於要求與反應之中的JSON 資料結構
．可以送至雲端支援的要求，以及所預期的反應

所有 *aaS 開發者，都需要熟悉部署與管理 *aaS 平台軟體模型所需的API。SaaS服務通常不提供額外的API，僅提供基本輸入與輸出功能，針對使用HTTP與URI處理方法的瀏覽器或指令程式。

如今雲端顧客所面對的主要難題之一，每個CSP 都有專屬的API。結果，雲端應用程式在雲端上毫無可攜性，各雲端上的應用程式（甚至包括你的私密雲端）也很難互換使用。由於API為各雲端專屬的，規劃人員、開發人員與資料中心的人員，都必須熟悉各平台專屬的功能。

雖然雲端API 並無標準，各廠商與用戶社群仍致力於標準化。Universal Cloud Interface（UCI）就是這樣的成果，嘗試建立開放且標準化的雲端介面，使各種雲端API能夠統一。UCI 論壇宣稱其目標為建立單一程式聯絡點，即可透過統一的介面，完成整個架構堆疊以及開發中的雲端技術。在本書撰寫時，我們尚未聽聞有任何CPS 同心協力開發普及一致的跨雲端API ─ 也因此，跨雲端移植應用程式與共用資料一向是大工程。況且為了市佔率，CSP 傾向於把客戶關在自家的雲端之內。原應簡單的互換交流，也因而變得困難。

何謂雲端運算？若回顧工業革命與其對於世界經濟的衝擊，你會發現，革命本身並非一夜之間突然出現，而是經歷了好幾波的浪潮。若你繼續看網際網路的演變，你會發現網際網路也是經由好幾波浪潮演變至今。雲端運算很有可能就是下一波浪潮。雲端運算定義我們對於雲端運算的定義，是基於五項屬性：多用戶（共用資源）、高擴充性、高彈性、隨需付費，以及自助式資源。．多用戶（共用資源）：先前的運算模型多採專用資源（例如，運算設備經常是單一用戶或物主所有），雲端運算的商業模式則是在網路層、主機層與應用層共用資源（例如，多位用戶共用...