Transcript 雲端運算（Cloud Computing） - 文教事業經營研究所
資訊環境的下一個世代
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雲端世代
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中臺科技大學 文教事業經營研究所 新知分享
資訊管理系教授 陳錦杏 日期： 100 年 3 月 26 日
眾說紛紜的雲端科技
維基百科，自由的百科全書 最早的雲端專有名詞
雲端運算
雲端運算（cloud computing，中國大陸譯作雲計算） –是一種基於網際網路的運算新方式 –透過網際網路結構、自治的服務為個人和企業使用者 提供按需即取的運算 –資源是在網際網路上，而在電腦流程圖中，網際網路 常以一個雲狀圖案來表示，因此可以形象地類比為雲 運算 –『雲端』同時也是對底層基礎設施的一種抽象概念
眾說紛紜的雲端科技
雲端運算(cloud computing)用白話文講就是網路運算 • 運用網路溝通多台電腦的運算工作，或是透過網路連 線取得由遠端主機提供的服務等，都可以算是一種雲 端運算 • 將電腦的運算從硬體搬到虛擬的網路上 • 使用軟體不需要安裝即可透過網路來使用 讓不同電腦，透過網路連線、溝通，同時進行運算、幫忙 做事 • 個人資料不必存在個人電腦，而是存在"雲"裡 • 透過成千上萬的伺服器來進行運算，而我們也不曉得 是在哪個伺服器所進行
什麼是雲端運算
雲端運算不是技術，它是概念 –Cloud computing它是一種電腦運算的整合與應用 –代表的是利用網路使電腦能夠彼此合作或使服務更 無遠弗屆 –一種概念就會有許多不同的方式去實踐，而有不同 的技術衍伸出來 其本質大抵承襲自 –分散式運算(Distributed Computing) –網格運算(Grid Computing)
分散式運算 –將大型工作區分成小塊後，分別交由眾多電腦各自 進行運算再彙整結果，以完成單一電腦無力勝任的 工作 –最著名的例子：1999年啟動的SETI@home計畫 –該計畫利用超過500萬名參與者的個人電腦的空閒 時間進行分析無線電訊號的運算，以期能找出外星 生物 網格運算 –是分散式運算加以延伸的一支 –其主要特點在於將各種不同平台、不同架構、不同 等級的電腦透過分散式運算的方式做整合運用 –強調異構資源共享
雲端運算的前世今生
由於以下四個觀念讓雲端產品的加 速成熟 1. 網格運算（Grid Computing）： • 運用平行運算，著重企業間或跨企業的 資源充分運用，共同解決困難的運算任 務 • 雲端運算與網格運算並沒有顯著的不同， 兩者都是分散式運算的延伸 • • 網格運算著眼於整合眾多異構平台 雲端運算則強調在本地端資源有限的情 況下，利用網路取得遠方的運算資源
2. 公用運算（Utility Computing）： • 提倡一種理想的資訊架構，認為IT服務應該像水、電一樣透過公共 服務提供 3. 軟體即服務（Software as a Service）： • 從網路上提供軟體服務，用戶以訂閱取代購買的商業模式 4. 雲端運算（Cloud Computing）： • 透過遠端，將運算能力變成任何時間、任何地點都能存取的服務
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雲端運算區分為兩大類（Gartner的分 類方式） –雲端服務 –(Cloud Computing Services) –雲端科技 –(Cloud Computing Technologies) 雲端服務專注在於藉由網路連線從遠 端取得服務 –例如提供使用者安裝和使用各種不 同作業系統的Amazon EC2服務 –使用者甚至可以只靠一支手機做到 許多過去只能在個人電腦上完成的 工作
Cloud Computing
雲端科技則是著眼於利用虛擬化以及自動化等技術來創造 和普及電腦中的各種運算資源 –這種類型可以視為傳統資料中心(Data Center)的延伸 –不需要經由第三方提供外部資源便可套用在整個公司 的內部系統上 Google所謂的雲端運算，包含iGoogle、Google Calendar 等，雖然也有運用到雲端科技的部分，但是大抵上其模式 則是屬於雲端服務的範疇
雲端運算產業
雲端運算可以認為包括以下幾個層次的服務： –基礎設施即服務（IaaS） –平台即服務（PaaS） –軟體即服務（SaaS） 雲端運算的威力是提供使用者更妥善的服務 對企業而言，雲端運算能夠有效的降低成本與風險 雲端服務不需要將程式安裝在用戶的電腦中，對服務商而 言，降低了商業程式邏輯被破解的風險 利用雲端運算，位在世界各地的開發人員便能夠透過同一 套平台更即時且密切的合作
SaaS Software as a Service (軟體服務) PaaS Platform as a Service (平台服務) IaaS Infrastructure as a Service (基礎服務) • Increasingly popular with SMEs 日益普及的應用 • No hardware or software to manage 沒有硬體與軟體的問題 • Service delivered through a browser 從瀏覽器服務 • Platforms are built upon Infrastructure, which is expensive 平台建置在實體基礎設施是昂貴的 • Estimating demand is not a science!
估計需求是不科學的 • • • • Platform management is not fun!
平臺管理不是樂趣 Full OS access 充分的作業系統支援 Firewalls、Routers 網路、資訊安全 Load balancing 分流負載
• Windows • Google • Amazon • Yahoo • …..
已經存在的雲端產業
已經存在的雲端產業
Amazon : Web Service AWS 虛擬化的技術：Amazon EC2 – Small (Default) $0.10 per hour $0.125 per hour – All Data Transfer $0.10 per GB 儲存服務：Amazon S3 – $0.150 per GB – first 50 TB / month of storage used – $0.100 per GB – all data transfer in – $0.01 per 1,000 PUT, COPY, POST, or LIST requests 觀念：Paying for What You Use
已經存在的雲端產業
Google : App Engine 網路平台，讓開發者可自行建立網路應用程式於google平台中 提供： – 500MB of storage – up to 5 million page views a month – 10 applications per developer account Limit： – Language: Python、Java – web applications
已經存在的雲端產業
Windows : Azure Windows Azure 是一套雲端服務作業系統。作為 Azure 服務平台的開 發、服務代管及服務管理環境。 .Net services SQL services Live services
已經存在的雲端產業
Yahoo : Hadoop Apache 項目，Yahoo 資助、開發與運用 – 2006年開始參與開源的雲端運算框架Hadoop，並將其使用在 內部服務中 – 2008年2：目前最大的Hadoop應用 – 2千臺伺服器 – 執行超過1萬個Hadoop虛擬機器 – 5 Petabytes的網頁內容 – 分析1兆個網路連結
IT
新趨勢
-
雲端科技、高速上網、網路安全 和
3D
應用
台灣雲端產業運算聯盟去年正式成立 經濟部規劃的雲端白皮書中，已指名要打造包含政府採 購網、財稅、教育、防災在內等15朵政府雲 – – – 政府雲端商機來臨，也接獲國稅雲、交通雲等標案 近期還有第二代電子發票雲、地方稅務雲、監理雲、關港貿雲 第三代公路監理系統最慢明年上路，其中包括考照、駕照和行照 換發作業電子化，今年可望編列預算進行資訊系統改革，打造監 理雲 中央政府若讓長期照護保險上路，預計在健康、長照相 關領域的資訊系統建置將有醫療雲的出現 關港貿單一窗口則由財政部主導，預計整合通關雲、航 港雲及貿易雲等，加強對進出口貿易商的服務 行政院近年力推電子化政府，近期邁入第四階段規劃 – – 未來將推出政府雲端資料中心供民眾使用 e化服務宅配到家等服務，將持續對系統整合業者釋出商機
雲端科技在教育上的運用上(可稱為教育雲) – 利用雲端可無限延展的軟/硬體與儲存設備，把對學生學習效果 有顯著幫助之資訊在雲端資料中心處理 – 透過雲端桌面服務的方式傳送給老師與學生 教育雲可以讓上課用電腦放在學校統一保管 – 直接嵌進教室學生上課桌內，學生在家中只需利用家裡的連網設 備即可打開自己的雲端書包做功課 – 老師亦可利用教育雲達到電子講桌或雲端教室的設置(資策會， 民99)
吳美華(民98)認為雲端運算的優點為： 1. 降低中小型企業的資源成本及增強擴充性 2. 協助企業處理大量資料 3. 只要能連上網到處都可以使用，24小時全天候服務 4. 軟體不需安裝，以 WWW 為界面，大家使用一致性 5. 使用者不需負擔系統管理及安全，例如病毒及資料備份 6. 以上的優點符合未來學校在學習時間與學習模式的需求， 更可達到降低學校經營成本的功效
雲端運算仍有其缺點： 1. 依賴性：企業架構在另一個企業上有風險 2. 安全性：機密資料存在自己無法觸及的地方無法完全自 主 3. 只要不能連上網系統就會癱瘓造成嚴重損失 4. 網路速度：越來越多企業把大量數據存放在「雲端」， 因此它與用戶之間的同步控制是維持整體效率的關鍵 (吳美華，民98) 在教育運用上，以上四項缺點以網路速度與穩定為最大考 量 目前學校網路對線路的依賴與連線速度才是校園裡重大的 問題
新媒體聯盟最新發表的2010年中小學科技分析報告(2010 Horizon Report K-12 Edition)中所提出 –雲端運算以及協同學習環境、行動裝置、電子遊戲式 學習等教育形式的應用將紮根中小學教育中 –中小學的科技主管也不斷面臨科技發展的挑戰 –數位媒體素養，將會成為在各領域與各行各業的主要 能力，但在教育實務的應用上卻遠遠跟不上腳步 –不少立法與教育界對於教育該進行哪種形式改革並無 共識 –許多與學生教育相關的活動，包括社交網路以及多功 能使用數位器材，已在課堂外被廣泛使用，卻仍被教 育領袖低估或忽視
雲端運算與協同學習環境是二類可能在一兩年內在學校使 用的科技 –許多中小學校已經使用雲端運算，以分享應用軟體及 儲存資料，但仍有增加的空間 –協同學習環境與在社交網站空間創作內容有關 –透過現今學生們大量使用並且操作熟悉的社交網站 –聯結到世界各地的使用者 –可以合作學習或是一起完成研究計畫
雲端科技
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未來教室 蓬勃發展的教學與學習網站 –教育主管機關為了推動與落實資訊教育 •協助各級學校採購資訊設備 •師資培養、教材開發、網站建置上也有豐碩的成果 •各級學校幾乎都已經建置了上網的環境和學校網站， 尤其台北市更推動中小學班班有網頁計畫 •教師的資訊素養提升了，各個教師都能建置班級網 頁，以及把教材上網 –面對越來越多的數位教材資源，學校也開始著手建置 教材資源庫 •把教材資源加以分類管理 •資源最豐富的莫過於教育部所建置的學習加油站
認識數位學習平台 –動態網頁技術 –學習歷程自動記錄工具 –教師的教學輔助工具 –學生的學習輔助工具 –家長了解孩子學習情況的工具 –教師、學生與家長的資訊交換中心
整合式校園學習平台 – 將課堂教學活動也整合到學習平台中 – 讓學習平台的學習資訊涵蓋課前、課堂和課後三個階段的完整學 習歷程內容 – 學習平台就成為真正的校園學習資訊的整合中心 – IRS(Interactive Response System)即時反饋系統 – 是「 高效能e化教室 」教學系統建設的重要項目之一 – 主要應用於教室課堂上，學生每人手持一只反饋裝置以及老 師的專屬遙控裝置，加上與電腦連線的接收器 – 可在教學過程中隨時進行提問、隨堂測驗或其他互動式教學 – 電子書包是未來教室環境建置概念中，輔助師生學習的設備之一 – 必須配合電子白板、無線網路、數位化互動教材、學習歷程 資料庫等軟硬體支援，才能真正發揮學習功效 – 透過電腦記錄與分析學生學習歷程，老師即可進行「個別化教 學」，達到教育理想境界「因材施教」
建置健康指標與健康歷程資訊平台計畫 一、計畫目標
本計畫以雲端技術建置可供醫療人員、家屬、個人瀏 覽之健康整合服務平臺 強調生老病死之全人照顧，以建構具安全保密性的健 康指標與健康歷程資料庫為目標 強化學生資訊系統基礎能力，與就業競爭力，培育學 生擁有未來資訊與醫護專業的跨領域能力 2/19
建置健康指標與健康歷程資訊平台計畫
1
設備
健康整合服務平臺 雲端運算伺服器硬體環境建置（HP DL785） 雲端運算軟體建置 健康整合服務平臺導入整合與系統顧問除錯導入 4/19
建置健康指標與健康歷程資訊平台計畫
22
行動化設備 行動式生理訊號閘道器-生理訊號傳送閘道器 5/19
建置健康指標與健康歷程資訊平台計畫
3
系統架構 雲端： 利用虛擬化技術將網頁服務伺服器 與數個資料庫伺服器建置於 VM 針對使用者所量測的即時生理參數 可透過有線 / 無線感測網路儲存至伺 服器中的專屬資料叢集 (Node Cluster) 有效分配伺服器系統資源 監控端：病患佩帶感測裝置，即時的 將感測裝置 ( 心跳、 SpO2 ， ECG ，血 壓、視訊 ) 量測到生理訊號參數直接 寫入雲端 用戶端：用戶或醫生只需開啟瀏覽器， 登入遠距復健系統就可隨時觀察到 病患目前的生理訊號 30/12 6/19
建置健康指標與健康歷程資訊平台計畫
4
使用者介面
(
監控站
;
用戶端
)
量測生理參數 使用者可透過瀏覽器監測使用者量 測的生理參數 7/19
建置健康指標與健康歷程資訊平台計畫
5
雲端環境型態 本系統採用雲端運算的佈署方式架設，使用開放 源碼平台 (Citrix XenServer) 建置虛擬平台 利用其集中式虛擬化管理功能，能夠明確的了解 目前所有服務運轉情形與伺服器負載情況 8/19
雲端服務模式 雲端運算佈署型態 集中式虛擬化管理 伺服器資源負載曲線圖 9/19
建置健康指標與健康歷程資訊平台計畫
6
資料分散式儲存架構 Client 端模擬多個使用者配戴不同的生理感測器 ，藉由無線感測網路之 Device ，經由 Gateway 傳 送至遠端資料庫儲存 在此以執行緒 (Thread) 模擬 Gateway 傳送大量 ECG 生理參數經由網際網路到達雲端主控制節點 (Cloud Controller) 主控制節點接收到資料封包後，再依照資料型態 分配資料量，分別傳送到遠端 5 個雲端節點 (Node_VM) 內之資料庫儲存 以虛擬化設計雲端運算架構討論雲端運算與傳統 伺服器之效能差異 10/19
11/19
第一階段實驗結果 ( 執行緒對 Node 數 負載趨勢圖 ) 第二階段實 驗結果 ( 執行 緒對延遲時 間趨勢圖 ) 12/19
由第一階段實驗結果 –虛擬機器數量的增加可以提高多人同時存取之效能與 穩定 加入第二階段實驗的網路工作排程演算法 –以網路頻寬與硬體資源變化統計分析的排名機制 –可有效利用後端伺服器資源提供更強大的數據處理能 力 虛擬化與傳統伺服器相較 –傳統伺服器需要針對每個伺服器的硬體安裝作業系統 –針對硬體特性做調教與設定 –以虛擬化所建置之雲端運算環境，可快速建置大量的 虛擬機器於任何硬體系統 –並可複製相同的運算環境設定於虛擬器上，提供更一 致且快速佈建的需求 13/19
建置健康指標與健康歷程資訊平台計畫 社區服務 社區服務學習： 舉辦至三光里里民服務中心暨社團法人 台中市厝邊關懷協會的社區服務活動，將平台應用於北 屯區三光里與東光里社區高齡者之健康促進服務。派出 護理系與資管系之學生，每週到社區定點持續的為社區 老人提供遠距照護服務。 16/19
建置健康指標與健康歷程資訊平台計畫 提供學生在健康紀錄之完整學習 建置全方位的健康管理情境，培育具實務能力 的健康管理人才 建置跨領域之即時訊息平台，建置優質醫療品 質之健康管理網絡，落實更安全的健康品質理 念 透過與醫院之合作，可以提供既有技術之參考 與改進，進而提升醫院實務技術 醫療人員可透過課程的參與，提升醫療的最新 量測技術 結合資通技術，讓學生透過課程與系統實務操 作，學習跨領域的健康知識 18/19
最後
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• 藉助雲端運算，所有的資訊交流及運算需求，皆交由第三 方處理
Cloud Computing
軟體支援 基礎架構支援 網路工具 資料儲存 中心 作業系統
IT願景-未來使用者只需要 一部精簡型電腦，連結網 路後就能完成資訊上所有 的工作
資訊科技的變化日新月異，雲端科技只是這演變過程的一 個階段，但這些演變會讓生活方式改變，勢必也將反映在 未來的教育上 二十一世紀的教師不僅應具備學科專門領域和教學專業知 能，更應具備應用資訊科技提升學生學習成效的能力 預計在2011年時，教師於教學時應用資訊科技的人數比例 將達到90%(教育部中小學資訊教育白皮書2008-2011，民 97) 顯然教與學的模式確定將會被重設，學校的設施也將有更 大的改變。而且資訊設施乃是為踏入資訊世界的重要基石， 不可或缺