《云計算導論》第五章

云操作系統目錄計算機軟件與操作系統1UNIX類操作系統的發展2云操作系統概述35.1計算機軟件與操作系統5.1.1計算機軟件的發展計算機軟件是計算機系統執行某項任務所需的程序、數據及文檔的集合。作為計算機系統的重要組成部分，它已經逐漸滲透到人類社會、經濟、生活的方方面面。C++語言的設計者、著名計算機科學家本賈尼·斯特勞斯特盧普（BjarneStroustrup）在演講中多次提到“人類文明運行在軟件之上”。美國著名發明家和計算機科學家雷·庫茲韋爾（RayKurzweil）在其《奇點臨近：當計算機智能超越人類》一書中也斷言：“如果地球上所有軟件都突然停止工作，那么人類現代文明也會戛然而止。”在軟件技術體系中，操作系統是軟件運行支撐技術的核心，是管理硬件資源、控制程序運行、改善人機界面和為應用軟件提供支持的一種系統軟件。它運行在計算機上，向下管理計算機系統中的資源（包括存儲、外設和計算等資源），向上為用戶和應用程序提供公共服務。5.1計算機軟件與操作系統5.1.2操作系統的發展簡史1956年出現了歷史上第一個實際可用的操作系統GM-NAAI/O，這一系統是通用汽車公司（GeneralMotors）和北美航空（NorthAmericanAviation）聯合研制的在IBM704計算機上運行的管理程序，通過提供批處理的功能，彌補處理器速度和I/O之間的差異，來提高系統效率。第一個公認的現代操作系統是從20世紀70年代開始得到廣泛應用的UNIX系統。它是第一個采用與機器無關語言（C語言）來編寫的操作系統，從而可以提供更好的可移植性。從20世紀80年代開始，以IBMPC為代表的個人計算機（PC）開始流行，開啟了個人計算機時代。PC上的典型操作系統包括蘋果公司的MacOS系列、微軟公司的DOS/Windows系列以及從UNIX系統中衍生出來的Linux操作系統。進入21世紀之后，在個人計算機普及的同時，出現了以智能手機為代表的新一代移動計算設備，例如黑莓（BlackBerry）、iPhone和GoogleAndroid手機，智能手機性能強勁，已經成為新一代的小型計算設備。近年來，絕大多數計算機采用的處理器已經從單核處理器發展為雙核、四核甚至更多核，然而目前的多核處理器上采用的操作系統依然是基于多線程的傳統架構，很難充分利用多核處理器的并行處理能力。為此，研究人員已經在嘗試專門針對多核處理器開發多核操作系統的原型，但尚未得到廣泛的推廣和應用。進入網絡時代之后，操作系統發展的一個新方向主要是提高操作系統的網絡支持能力。近年來，面向不同的互聯網計算與應用模式，國內外都提出了許多面向云計算和數據中心的云操作系統。5.1計算機軟件與操作系統5.1.3操作系統的軟件定義本質隨著“軟件定義網絡”的流行，近年來出現了各種各樣不同的“軟件定義”概念。“軟件定義”的核心技術途徑是硬件資源虛擬化和管理功能可編程。所謂硬件資源虛擬化，是將硬件資源抽象為虛擬資源，由系統軟件實現對虛擬資源的管理和調度。常見的如操作系統中虛擬內存對物理內存的虛擬、偽終端對終端的虛擬、Socket對網絡接口的虛擬、邏輯卷對物理存儲設備的虛擬等。管理功能可編程則是應用軟件對通用計算系統的核心需求，主要表現在訪問資源所提供的服務以及改變資源的配置和行為兩個方面。作為計算系統中最為重要的系統軟件，操作系統一方面直接管理各種硬件資源，另一方面作為“虛擬機”向應用程序提供運行環境。5.2UNIX類操作系統的發展5.2.1UNIX系統簡介1971年，UNIX誕生于美國AT&T公司的貝爾實驗室。經過40多年的發展和完善，UNIX已經成為一種主流的操作系統技術，基于此項技術的產品也形成了一個大家族。UNIX技術始終處于國際操作系統領域的主流地位，它支持多用戶和多任務，網絡和數據庫功能強，可靠性高，伸縮性突出，并支持多種處理器架構，在巨型計算機、服務器和普通個人計算機等多種硬件平臺上均可運行。現在，UNIX、Linux和Windows成為三大類主流操作系統。UNIX作為應用面最廣、影響力最大的操作系統之一，一直是關鍵應用中的首選操作系統。5.2UNIX類操作系統的發展5.2.2UNIX家族的演化UNIX家族的演化大致可以分為三個階段：初始研發階段、商業推廣階段、成熟應用階段。1.UNIX初始研發階段20世紀70年代是UNIX初始研發階段。1972年，UNIX發布了第二版，最大的改進是添加了后來成為UNIX標志特征之一的管道功能。1979年，UNIXV發布。這是歷史上第一個完整意義上的UNIX版本，也是最后一個廣泛發布的研究型UNIX版本。2.UNIX商業推廣階段UNIX商業化實質上意味著將產生各種獨立的UNIX版本。5.3云操作系統概述5.3.1基本概念云操作系統是指構架于服務器、存儲、網絡等基礎硬件資源和單機操作系統、中間件、數據庫等基礎軟件之上，管理海量的基礎硬件、軟件資源的云平臺綜合管理系統。它主要有三個作用，一是管理和驅動海量服務器、存儲等基礎硬件，將一個數據中心的硬件資源邏輯上整合成一臺服務器；二是為云應用軟件提供統一、標準的接口；三是管理海量的計算任務以及資源調配和遷移。云操作系統的三大特點如下：（1）網絡化（2）安全（3）具有“計算的可擴充性”5.3云操作系統概述5.3.2云操作系統實例1.VMwarevSphereVMwarevSphere是業界第一款云操作系統，是由虛擬化技術衍生出來的。2.甲骨文SolarisOracleSolaris11是甲骨文的一款云操作系統，能在SPARC、x86服務器和Oracle集成系統上建立大型企業級IaaS、PaaS和SaaS。3.浪潮云海OS浪潮云海是第一款國產的云計算中心操作系統，采用“Linux+Xen”開放標準技術路線，支持分布式計算、分布式存儲等，性能更好、可用性更強、成本更低，于2010年底發布。4.微軟WindowsServer2012年9月，微軟正式發布了WindowsServer2012操作系統，微軟稱其是公司的第一個云操作系統。5.3云操作系統概述5.3.2云操作系統實例5.曙光Cloudview云操作系統曙光Cloudview是一款面向公有云和私有云的云操作系統，通過網絡將IT基礎設施資源、軟件與信息按需提供給用戶使用，支持IaaS服務，并通過部署平臺服務軟件和業務服務軟件支持PaaS服務和SaaS服務。6.華為FusionSphere華為云操作系統FusionSphere是華為自主創新的一款操作系統，提供強大的虛擬化功能和資源池管理、豐富的云基礎服務組件和工具、開放的運維和管理API接口等，專門為云計算環境設計。7.阿里YunOSYunOS是阿里巴巴集團研發的智能操作系統，融合了阿里巴巴集團在大數據、云服務以及智能設備操作系統等多領域的技術成果，并且可搭載于智能手機、互聯網汽車、智能家居、智能穿戴設備等多種智能終端，YunOS通過可信的感知、可靠的連接、分布式計算以及高效流轉的服務實現萬物互聯。5.3云操作系統概述5.3.3云操作系統的挑戰大數據時代對數據的處理方法提出了新的要求，單臺機器已經無法滿足計算所需的資源。因此，一些新型的應用程序不斷被推出，這些應用程序不再適合單個服務器，而是運行在數據中心內的一組服務器上。例如：ApacheHadoop和ApacheSpark等分析框架，ApacheKafka等消息代理框架，ApacheCassandra等關鍵值存儲以及面向客戶的應用程序（如Twitter和Netflix運行的應用程序）。5.3云操作系統概述5.3.4新一代云操作系統的職責與功能既然傳統操作系統已經很難滿足數據中心的需求，那么云操作系統應該是什么樣的呢？從運營商的角度來看，它將跨越數據中心（或云）中的所有機器，并將它們聚合成一個運行應用程序的巨大資源池，不需要再為特定的應用程序配置特定的機器。所有應用程序都可以在任何機器上使用任何可用資源，即使這些機器上已經有其他應用程序正在運行。從開發人員的角度來看，云操作系統將作為應用程序和機器之間的中介，提供通用的接口來簡化構建分布式應用程序。云操作系統不需要替換我們在云中使用的Linux或任何其他主機操作