透明計(jì)算518

1、張 堯 學(xué)zyx@csu.edu.cn2012年05月18日,用戶(hù)控制的云計(jì)算:透明計(jì)算A User Controlled Cloud Computing: Transparent computing,目錄,一、問(wèn)題的提出二、為什么用戶(hù)控制的云計(jì)算？三、透明計(jì)算：用戶(hù)控制的云計(jì)算四、透明計(jì)算/云計(jì)算操作系統(tǒng)五、應(yīng)用實(shí)例,一、問(wèn)題的提出,1. 計(jì)算機(jī)的3個(gè)理論基礎(chǔ):差分方程:模擬世界到數(shù)字世界布爾代數(shù):數(shù)字運(yùn)算基礎(chǔ)

2、圖靈機(jī):并行世界到串行世界2.馬克·維瑟（1953～1999）: 后PC之父 Ubiquitous Computing →無(wú)處不在、不知不覺(jué) Pervasive Computing (比爾·蓋茨)3.2007年IBM、GOOGLE等提出云計(jì)算4.串行世界正回歸并行世界,一、問(wèn)題的提出,1.云計(jì)算的目標(biāo)：“通過(guò)對(duì)資源的集中使用和共享，為用戶(hù)提供不知不覺(jué)、無(wú)處不在的個(gè)性化服務(wù)”

3、2. 云計(jì)算技術(shù)的核心和出發(fā)點(diǎn)： 從服務(wù)器和網(wǎng)管出發(fā)，存儲(chǔ)、運(yùn)算和管理分離以及相應(yīng)的海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、管理、搜索、瀏覽方法與架構(gòu)（Bigtable、GFS、MapReduce、SaaS、PaaS、IaaS等） 存儲(chǔ)：存儲(chǔ)服務(wù)器群 運(yùn)算：前端或指定服務(wù)器群 管理：管理服務(wù)器群,一、問(wèn)題的提出,云計(jì)算的問(wèn)題：如何解決用戶(hù)的跨平臺(tái)需求？Appstore,OVi,MM等能運(yùn)行在一

4、個(gè)手機(jī)上嗎？IBM的云和Google的云能共享嗎？云計(jì)算的終端平臺(tái)能保持低功耗、低成本、高安全性和易操作性嗎？如果用戶(hù)不愿意把數(shù)據(jù)提供給云中心，還能得到云中心提供的個(gè)性化服務(wù)嗎？云安全：莫羅佐夫：“互聯(lián)網(wǎng)不是一股向善的力量”，能防止云中心的數(shù)據(jù)作惡?jiǎn)幔?二、為什么用戶(hù)控制的云計(jì)算？,1. 用戶(hù)控制的云計(jì)算：云計(jì)算:“存儲(chǔ)、運(yùn)算、管理” 分離還應(yīng)加上:“硬件平臺(tái)和OS軟件平臺(tái)Independent”、“終端系統(tǒng)

5、以流（Stream）方式執(zhí)行程序”由用戶(hù)控制：自己的存儲(chǔ)、運(yùn)算和管理,二、為什么用戶(hù)控制的云計(jì)算？,存儲(chǔ)、運(yùn)算、管理的分離：網(wǎng)絡(luò)信息獲取、存儲(chǔ)、處理的“精、廣、深”的基礎(chǔ)硬件/軟件平臺(tái)的Independent：1）用戶(hù)可靈活選擇硬件主板或軟件OS，為跨平臺(tái)資源開(kāi)放提供基礎(chǔ)2）OS可被看做資源，供用戶(hù)自由選擇“流”式執(zhí)行：1）端系統(tǒng)少存儲(chǔ)，功耗少、體積小、少升級(jí)、簡(jiǎn)單易用、計(jì)算虛擬化2）安全性高、易實(shí)現(xiàn)云管

6、理3）保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán),、透明計(jì)算：用戶(hù)控制的云計(jì)算,從網(wǎng)絡(luò)（并行）計(jì)算角度出發(fā)，把存儲(chǔ)、運(yùn)算、管理進(jìn)行邏輯或物理分離，在執(zhí)行上進(jìn)行有緩存的流式運(yùn)算；把計(jì)算還原成“不知不覺(jué)、用戶(hù)可控”的個(gè)性化服務(wù)。,1. 什么是透明計(jì)算？,三、透明計(jì)算：用戶(hù)控制的云計(jì)算,特點(diǎn)：運(yùn)算：虛擬化的前端和指定服務(wù)器存儲(chǔ)：網(wǎng)絡(luò)化的云后端管理：集中化的后端終端： 輕巧移動(dòng)小型虛擬化的前端服務(wù)：用戶(hù)選擇,,,2. 關(guān)鍵技術(shù)1）主板BIOS和傳統(tǒng)OS之間

7、的標(biāo)準(zhǔn)接口,,,TNOS客戶(hù)端,TNOS服務(wù)器端,其他操作系統(tǒng)(虛擬執(zhí)行),其他操作系統(tǒng)(虛擬執(zhí)行),TNOS客戶(hù)端,其他操作系統(tǒng),其他操作系統(tǒng),其他操作系統(tǒng),2）基于標(biāo)準(zhǔn)接口的MetaOS(管理其他操作系統(tǒng)等網(wǎng)絡(luò)軟硬件資源),,例如：,,3）各硬件平臺(tái)和MetaOS的驅(qū)動(dòng)程序接口，供用戶(hù)選擇硬件平臺(tái),計(jì)算平臺(tái),數(shù)字家電,電話(huà)服務(wù),,PC,手機(jī),MID,LID,,,,,,不同硬件平臺(tái),電話(huà)服務(wù),同一服務(wù),,透明操作系統(tǒng)客戶(hù)端

8、,透明操作系統(tǒng)服務(wù)端,,,,4）MetaOS和傳統(tǒng)OS的接口，供用戶(hù)選擇軟件平臺(tái)和服務(wù),有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò),終端系統(tǒng)(MID),,,,,,,,,,,,操作系統(tǒng),網(wǎng)絡(luò),終端,不同服務(wù),不同操作系統(tǒng),服務(wù),,,,,透明操作系統(tǒng)服務(wù)端,透明操作系統(tǒng)客戶(hù)端,不同硬件和網(wǎng)絡(luò)平臺(tái),,,客戶(hù)端硬件,BIOS,服務(wù)端硬件,BIOS,透明操作系統(tǒng)服務(wù)器端,客戶(hù)端硬件,BIOS,5）云管理/虛擬/輕載的端到端服務(wù),透明操作系統(tǒng)客戶(hù)端,透明操作

9、系統(tǒng)客戶(hù)端,透明操作系統(tǒng)服務(wù)器端,,,Servers,Clients,6）有緩沖的“流” 執(zhí)行,服務(wù)請(qǐng)求,泛在網(wǎng)絡(luò),服務(wù)響應(yīng)（塊）,四、透明計(jì)算/云計(jì)算操作系統(tǒng),1. OS的基本概念與變遷,操作系統(tǒng)：管理和控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中硬件和軟件資源的系統(tǒng)軟件,四、透明計(jì)算/云計(jì)算操作系統(tǒng),2. 操作系統(tǒng)的兩條技術(shù)路線(xiàn),1）單機(jī)操作系統(tǒng) （Windows, Linux, Symbian） 單機(jī)、通信協(xié)議、通用2）嵌入式網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)

10、 （Chrome、iOS等）單機(jī)、通信協(xié)議、專(zhuān)用、網(wǎng)絡(luò)資源平臺(tái)3）考慮第3類(lèi)？ kernel分布在網(wǎng)絡(luò)、協(xié)議通信、管理OS在內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)資源？,四、透明計(jì)算/云計(jì)算OS（底層的OS）,3. 為什么要透明計(jì)算/云計(jì)算OS？,是研發(fā)新的OS取代已有OS，還是研制管理OS的OS ? （將OS看作一類(lèi)網(wǎng)絡(luò)資源） ? 網(wǎng)絡(luò)資源是分開(kāi)管理有效安全? 還是協(xié)同管理有效安全?,五、透明計(jì)算/云計(jì)算操作系統(tǒng),4 關(guān)鍵技術(shù)Ker

11、nel的布局網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)度 → 虛擬計(jì)算與中央管理網(wǎng)絡(luò)中斷/驅(qū)動(dòng) → 虛擬計(jì)算與服務(wù)網(wǎng)絡(luò)資源分配/回收 → 網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)與管理網(wǎng)絡(luò)資源搜索與導(dǎo)航→搜索引擎和瀏覽器網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)→非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫(kù) 底層通信→新的傳輸協(xié)議界面 → 便于服務(wù)體系結(jié)構(gòu)和硬件→網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計(jì),五、透明計(jì)算/云計(jì)算操作系統(tǒng),單機(jī)的中斷與驅(qū)動(dòng) (缺頁(yè)中斷、鍵盤(pán)中斷等)網(wǎng)絡(luò)的中斷與驅(qū)動(dòng) (boot區(qū)啟動(dòng)中斷、網(wǎng)絡(luò)缺頁(yè)中斷等),5 技術(shù)問(wèn)題示例：網(wǎng)絡(luò)中斷/驅(qū)動(dòng),龍星

12、2000,小寶1,小寶2,網(wǎng)銳2110,龍星4000,,1 臺(tái)式應(yīng)用,,六、幾個(gè)應(yīng)用實(shí)例,,,,,用于教育培訓(xùn)、管理等，取代原有PC，降低成本1/2以上 提高了可管理性和安全性,五、幾個(gè)應(yīng)用實(shí)例,2 手機(jī)應(yīng)用,3 平板電腦,4.“流”式管理與監(jiān)測(cè)管理程序資源存儲(chǔ)在服務(wù)器端，用戶(hù)訪問(wèn)該服務(wù)器時(shí)按訪問(wèn)路徑將管理程序代理安置在端系統(tǒng)和路由器等上，并監(jiān)控訪問(wèn)內(nèi)容和所有資源。用戶(hù)訪問(wèn)結(jié)束時(shí)流掉這些程序代理。5.“流”式測(cè)量?jī)x