对于云，你了解多少

前言

到底什么是云(云计算)

有很多关于云的介绍，然而，大都是用比喻的形式来介绍云的属性。比较有名的比喻是餐馆、和电网。但是，云毕竟不是餐馆、或电网，如果只有这些比喻，仍然不清楚到底什么是云。本文试图不用任何比喻，直接从普通的PC电脑入手，逐步递进，来介绍云的构成。你只需要具有初中文化，并对CPU、内存、硬盘等计算资源有些基本的概念，就可以了。

一、传统的电脑

当你启动一台个人电脑(PC机)时，电脑所做的事，就是把硬盘上的操作系统(OS，本文以微软的Windows 8为例，但也可以是Unix、Linux等等)的一些基本的控制程序调入到电脑的内存中去。一旦这个过程完成，这台电脑就完全由Windows 控制了。你所谓的电脑，其实就是你在上面工作的Windows。

对Windows而言，它所赖以运行的，只有电脑的处理器(CPU)、内存、和存储设备(硬盘)这三个要素(或者说三项资源)。电脑还有机箱，但那只是起着封装、固定、再加供电的作用;电脑还有主板，但那只是起着电脑内各主要部件通信连接的作用。当然，你可能还需要网络连接， 但那只是一项外在资源，不是Windows本身所必需的。作为PC机，你还需要键盘和显示器等外部设备来直接在机器上工作。如果是服务器，则不需要键盘和显示器，一切都可以是远程登录访问。

所以，一台电脑实质上就是在CPU、内存、和硬盘上运行的Windows。当打开Windows 的任务管理器，你就会发现，CPU和内存大部分是闲置的。特别是CPU，其利用率通常不到10%。Windows在硬盘占有的空间一般就是几个GB。 也就是说，一个Windows独占了电脑的全部资源，而大部分资源又都是闲置的。

那么，有没有这种可能：不让一个Windows单独控制一台机器，而是在一台机器上安装多个操作系统，并且让它们同时地运行?

二、虚拟化

当安装一台电脑的时候，你不再是安装普通的Windows，而是安装一个资源调度程序，也叫“监控程序” (Hypervisor)。这个监控程序很小。取决于哪个厂家的产品，小的只有100多兆字节， 大的也只有几个G的字节。 监控程序安装完成之后，会得到一个工作界面，你通过这个界面设置一个网络连接(IP地址)。这个界面很简单，多数情况下你可以通过浏览器从别的机器上访问这个界面。

前面说了，一个Windows机器，实质上就是一个由CPU、内存、和硬盘组成的一个组合体。通过监控程序的界面，你可以建立多个组合体。每个这种组合体，就是一台仿真的电脑。当监控程序创建一个仿真的电脑时，它实际上只是创建了两个文件：一个是关于这个组合体的配置信息(被分配了多少CPU、多大内存、多大的硬盘);另外一个文件，这个仿真电脑的“硬盘”，这个仿真的“硬盘”实际上就是一个封装的文件(在有些情况下，也可以是几个文件)。

当你点击“开机”来启动这个仿真的电脑的时候，监控程序开始实际为它分配CPU和内存、并且启动它。当然，这“台”仿真的电脑在第一次启动的时候，是没有安装任何操作系统的“裸机”，那个封装的文件也是空的，这时你可以进行正常的系统安装(比如 安装Windows)。

对Windows而言，它不知道真假，它反正能够得到所需要的CPU、内存、和硬盘就可以正常运行了，一切都和真的机器一样。对监控程序而言，这个 Windows不是直接和硬件打交道的，一切资源都需要监控程序来调度和分配，所以这“台”Windows机器(组合体)就是一台虚拟的机器，简称VM。这种通过监控程序把硬件的机器、同操作系统分开的过程，就是虚拟化。

当监控程序创建一个VM时，它就给VM配置资源的大小，比如2个1GHz的CPU、2GB内存、和100GB硬盘。这样，这个VM(Windows)就以为自己拥有了双核的1GHz CPU、2GB内存、和100GB 硬盘。但这只是Windows所能使用资源的上限。Windows在实际运行中并不需要消耗那么多，监控程序只是给它按需分配实际消耗的资源，比如 0.1GHz CPU、0.5GB 内存、和20GB 硬盘。表现在实际的硬件消耗上，这20GB的存储量，就是实际硬盘上的那个20GB大小的封装文件。

一台电脑，可以通过监控程序创建几个、几十个、甚至上百个VMs。比如，一台拥有16GB内存的PC机，你可以创建10个VMs，给每个VM分配4GB内存。看似总共分配出了40GB的内存，但PC机的实际内存只有16GB。

通过虚拟化，一个单台的硬件机器可以同时运行多个虚拟的机器(VMs);更重要的是，虽然一个虚拟的Windows的系统盘(C盘)上有成千上万个系统文件，但它表现在硬件的存储设备(硬盘)上，只是一个或几个打包的大文件。当你把这一个或几个大文件移到别的地方，整个VM就移走了。

三、配载调配和平衡

如果虚拟化的不只是一台机器，而是A、B两台，并且两台机器都共享一个大的存储设备(硬盘阵列、或硬盘库)，那会怎样?

前面说了，一个VM就是一个(或几个)大文件。如果这个大文件放在共享的存储设备上，A、B两台机器上的监控程序都能看到这个VM。那么，这个VM既可以在A机器上运行、也可以在B机器上运行。所谓在哪台机器上运行，就是通过那台机器上的监控程序，把Windows 启动到其分配的虚拟内存就是了。

假设VM1到VM10 等10个VMs在A上运行，VM11到VM20 等10个VMs在B上运行。现在要对A进行关机维护，那么它上面的10个VMs就可以在线移动到B上，而且所有10个Windows都保持不间断，用户根本意识不到变化，因为所移动的东西，只不过是内存中的数据而已。

这个移动不是由A、或B指挥的，而是由装在另外一个C机器上的专门的数据中心管理软件指挥的。这个数据中心管理服务器C， 可以监控A和B的运行状态，一旦出现资源紧张，它可以自动触发在线迁移，把一个或多个VM移到对方的机器上运行。当然，这里需要一个事先设定的阈值标准。如果是创建新的VM， C可以自动决定把新的VM放在哪台机器上。这里只是假设A、B两台机器。实际上，C可以管理几十、几百、上千台机器。共享的存储设备也不止一套，可以是多套(VMs也可以在不同的存储设备间移动，只是移动的时间较长而已)。C通过各机器上的监控程序，间接管理所有的资源。

至此，云的雏形出现了，但还不是云。因为，所有的这些管理和控制，都还是数据中心自己的职责。用户还无法对所需要的资源进行自主管理。

四、云的最后形成

数据中心服务器C可以不止一个，可以有多个。它们创建和管理的一些VMs也许可以供外界的用户访问(比如网站)，但用户无法直接管理VMs，更无法管理C提供的服务、或资源。