1.2.5 相关概念

在计算机科学技术发展的历史上，曾经出现过一些里程碑式的技术。这些技术产生的时间或远或近，但都对当今世界的IT运用模式产生了巨大的影响。这些技术包括并行计算、网格计算和效用计算等。

1.并行计算

并行计算（Parallel Computing）将一个科学计算问题分解为多个小的计算任务，并将这些小任务在并行计算上同时执行，利用并行处理的方式达到快速解决复杂运算问题的目的。并行计算一般应用于诸如军事、能源勘探、生物、医疗等对计算性能要求极高的领域，因此也被称为高性能计算（High Performance Computing）或超级计算（Super Computing）。并行计算机是一群同构处理单元的集合，这些处理单元通过通信和协作来更快地解决大规模计算问题。常见的并行计算机系统结构包括：共享存储的对称多处理器（Symmetric Multi Processing，SMP）、分布式存储的大规模并行机（Marijuana Policy Project，MPP）和松散耦合的分布式工作站集群（Loose-coupled distributed workstation cluster，COW）等。解决计算问题的并行程序往往需要特殊的算法，编写并行程序需要考虑很多计算问题之外的因素，例如，各个并发执行的进程之间如何协调运行、任务如何分配到各个进程上运行，等等。

并行计算机可以说是云环境的重要组成部分。云计算与传统意义上的并行计算相比，又存在明显的区别。

首先，并行计算需要采用特定的编程范例来执行单个大型计算任务或者运行某些特定应用，而云计算需要考虑的是如何为数以千万计的不同种类应用提供高质量的服务环境，以及如何提高这个环境对用户需求的响应从而加速业务创新。一般来说，云计算对用户的编程模型和应用类型等没有特殊限定，用户不再需要开发复杂的程序，就可以把他们的各类企业和个人应用迁移到云计算环境中。

其次，在并行计算中，计算资源往往集中在单个数据中心的若干台机器或者集群上。云计算则更加强调用户通过互联网使用云服务，并在云中利用虚拟化进行大规模的系统资源抽象和管理。云计算中资源的分布更加广泛，正如上文所述，它已经不再局限于某个数据中心，而是扩展到了多个不同的地理位置。同时，由于采用了虚拟化技术，云计算中的资源利用率可以得到有效的提升。

由此可见，云计算是互联网技术和信息产业蓬勃发展背景下的产物，完成了从传统的、面向任务的单一计算模式向现代的、面向服务的多元计算模式的转变。

2.效用计算

效用计算（Utility Computing）是一种提供计算资源的商业模式，用户从计算资源供应商处获取和使用计算资源，并基于实际使用的资源付费。效用计算主要给用户带来经济效益，是一种分发应用所需资源的计费模式。相对而言，云计算是一种计算模式。它代表了在某种程度上利用共享资源进行设计、开发、部署、运行应用，以及资源的可扩展收缩和对应用连续性的支持。

3.分布式计算

分布式计算（Distributed Computing）是指在一个松散或严格约束条件下使用一个硬件和软件系统处理任务，这个系统包含多个处理器单元或存储单元、多个并发的过程和多个程序。一个程序被分成多个部分，同时在通过网络连接起来的计算机上运行。分布式计算类似于并行计算，但并行计算通常指一个程序的多个部分同时运行于某台计算机上的多个处理器上。所以，分布式计算通常必须处理异构环境、多样化的网络连接、不可预知的网络或计算机错误。

4.网格计算

网格计算（Grid Computing）是指分布式计算中两类比较广泛使用的子类型：一类是在分布式的计算资源支持下作为服务被提供的在线计算或存储；另一类是由一个松散连接的计算机网络构成的虚拟超级计算机，可以用来执行大规模任务，如图1-9所示。

网格计算强调资源共享，即任何人都可以作为请求者使用其他节点的资源，任何人都需要贡献一定的资源给其他节点。网格计算强调将工作量转移到远程的可用计算资源上；云计算强调专有，任何人都可以获取自己的专有资源，并且这些资源是由少数团体提供的，使用者不需要贡献自己的资源。在云计算中，计算资源被转换形式去适应工作负载，它支持网格类型应用，也支持非网格环境，如运行传统或Web 2.0应用的三层网络架构。网格计算侧重并行的计算集中性需求，并且难以自动扩展；云计算侧重事务性应用，可以实现大量的单独程序的请求，可以实现自动或半自动的扩展。如表1-2所示，对网格计算和云计算进行了对比。

5.物联网

物联网被视为互联网的应用扩展，应用创新是物联网的发展的核心，以用户体验为核心的创新是物联网发展的灵魂。

物联网是新一代信息技术的重要组成部分。其英文名称是“The Internet of Thing”。物联网是指通过各种信息传感设备，如传感器、射频识别（RFID）技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器、气体感应器等各种装置与技术，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程，采集其声、光、热、电、力学、化学、生物、位置等各种需要的信息，与互联网结合形成的一个巨大网络。其目的是实现物与物、物与人、所有的物品与网络的连接，方便识别、管理和控制。物联网概念图如图1-10所示。

1）物联网的基本应用模式

根据物联网的实质用途可以归结为3种基本应用模式：

（1）对象的智能标签。通过二维码、RFID（射频识别，Radio Frequency ID entification）等技术标识特定的对象，用于区分对象个体，例如，在生活中我们使用的各种智能卡、条码标签的基本用途就是用来获得对象的识别信息。此外，通过智能标签还可以获得对象物品所包含的扩展信息，例如，智能卡上的金额余额，二维码中所包含的网址和名称等。

（2）环境监控和对象跟踪。利用多种类型的传感器和分布广泛的传感器网络，可以实现对某个对象的实时状态的获取和特定对象行为的监控，例如，使用分布在市区的各个噪声探头监测噪声污染，通过二氧化碳传感器监控大气中二氧化碳的浓度，通过GPS标签跟踪车辆位置，通过交通路口的摄像头捕捉实时交通流程，等等。

（3）对象的智能控制。物联网基于云计算平台和智能网络，可以依据传感器网络获取的数据进行决策，通过改变对象的行为进行控制和反馈。例如，根据光线的强弱调整路灯的亮度，根据车辆的流量自动调整红绿灯间隔等。

2）云计算服务物联网的驱动力

（1）需求驱动：在目前技术下，海量信息的处理要面对的高成本压力；云计算充分利用并合理使用资源，降低运营成本。

（2）技术驱动：IT与CT（Computed Tomongraphy，电子计算机X射线断层扫描）技术融合，推动IT架构的升级；云计算的标准逐渐快速发展。

（3）政策驱动：政府的低碳经济与节能减排的政策要求；政府高度关注物联网、云计算等基础设施自助发展战略。

把物联网和云计算放在一起，是因为物联网和云计算的关系非常密切。物联网的四大组成部分：感应识别、网络传输、管理服务和综合应用。其中，网络传输和管理服务这两个部分就会用到云计算，特别是“管理服务”这一项。因为这里有海量的数据存储和计算的要求，使用云计算可能是最省钱的一种方式。

物联网的发展依赖于云计算系统的完善，从而为海量物联信息的处理和整合提供可能的平台条件，云计算的集中数据处理和管理能力将有效地解决海量物联信息存储和处理问题。没有云计算平台支持的物联网其实价值并不大，因为小范围传感器信息的处理和数据整合是早已存在的技术，例如，工控领域的大量系统都是这样的模式。没有被广泛整合的传感器系统是不能被准确地称为物联网的。所以云计算技术对物联网技术的发展有决定性的作用，没有统一数据管理的物联网系统将丧失其真正的优势。物物相联的范围是十分广阔的，可能是高速运动的列车、汽车甚至是飞机，当然也可能是家中静止的电视、空调、茶杯，任何小范围的物物相联都不能被称为真正的物联网。

同时，对于云计算平台来说，物联网并不是特殊的应用，而只是其所支持的所有应用中的一种而已。云计算平台对待物联网系统与对待其他应用是完全一样的，并没有任何区别，因为云计算并不关心应用是什么。

所以对于物联网技术来说，它需要解决的核心问题是：云计算平台的成熟和传感器技术的发展。物联网与云计算联系如图1-11所示。由图1-11可看出，物联网则可以认为是承载云计算技术的一个平台。借助云计算技术的支持，物联网则可以更好地提升数据的存储以及处理能力，从而使自身的技术得到进一步的完善。