并行計(jì)算---分布式計(jì)算-網(wǎng)格計(jì)算--云計(jì)算課件

L o g o并行計(jì)算、分布式計(jì)算、網(wǎng)格計(jì)算、云計(jì)算并行計(jì)算、分布式計(jì)算、網(wǎng)格計(jì)算、云計(jì)算并行計(jì)算、分布式計(jì)算、網(wǎng)格計(jì)算、云計(jì)算1L o g o目錄目錄123并行計(jì)算分布式計(jì)算（網(wǎng)格計(jì)算）云計(jì)算4總結(jié) Logo目錄123并行計(jì)算分布式計(jì)算（網(wǎng)格計(jì)算）云計(jì)算4總結(jié)wps.2L o g o并行計(jì)算定義并行計(jì)算定義 并行計(jì)算（Parallel Computing）是指同時(shí)使用多種計(jì)算資源解決計(jì)算問題的過程。為執(zhí)行并行計(jì)算，計(jì)算資源應(yīng)包括一臺(tái)配有多處理機(jī)（并行處理）的計(jì)算機(jī)、一個(gè)與網(wǎng)絡(luò)相連的計(jì)算機(jī)專有編號(hào)，或者兩者結(jié)合使用。并行計(jì)算的主要目的是快速解決大型且復(fù)雜的計(jì)算問題。此外還包括：利用非本地資源，節(jié)約成本 使用多個(gè)“廉價(jià)”計(jì)算資源取代大型計(jì)算機(jī)，同時(shí)克服單個(gè)計(jì)算機(jī)上存在的存儲(chǔ)器限制。并行計(jì)算并行計(jì)算 Logo并行計(jì)算定義 并行計(jì)算（Parallel Computing3L o g o并行計(jì)算特征并行計(jì)算特征為利用并行計(jì)算，通常計(jì)算問題表現(xiàn)為以下特征：（1）將工作分離成離散部分，有助于同時(shí)解決；（2）隨時(shí)并及時(shí)地執(zhí)行多個(gè)程序指令；（3）多計(jì)算資源下解決問題的耗時(shí)要少于單個(gè)計(jì)算資源下的耗時(shí)。并行計(jì)算是相對于串行計(jì)算來說的，所謂并行計(jì)算分為時(shí)間上的并行和空間上的并行。時(shí)間上的并行就是指流水線技術(shù)，而空間上的并行則是指用多個(gè)處理器并發(fā)的執(zhí)行計(jì)算。 Logo并行計(jì)算特征為利用并行計(jì)算，通常計(jì)算問題表現(xiàn)為以下特征：wp4L o g o并行計(jì)算并行計(jì)算基本體系基本體系結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)并行計(jì)算科學(xué)中主要研究的是空間上的并行問題。從程序和算法設(shè)計(jì)人員的角度來看，并行計(jì)算又可分為數(shù)據(jù)并行和任務(wù)并行。一般來說，因?yàn)閿?shù)據(jù)并行主要是將一個(gè)大任務(wù)化解成相同的各個(gè)子任務(wù)，比任務(wù)并行要容易處理。空間上的并行導(dǎo)致了兩類并行機(jī)的產(chǎn)生，按照Flynn的說法分為：單指令流多數(shù)據(jù)流（SIMD）和多指令流多數(shù)據(jù)流（MIMD）。我們常用的串行機(jī)也叫做單指令流單數(shù)據(jù)流（SISD）。MIMD類的機(jī)器又可分為以下常見的五類：并行向量處理機(jī)（PVP）、對稱多處理機(jī)（SMP）、大規(guī)模并行處理機(jī)（MPP）、工作站機(jī)群（COW）、分布式共享存儲(chǔ)處理機(jī)（DSM）。 Logo并行計(jì)算基本體系結(jié)構(gòu)并行計(jì)算科學(xué)中主要研究的是空間上的并行問5L o g o計(jì)計(jì)算模型算模型不像串行計(jì)算機(jī)那樣，全世界基本上都在使用馮諾伊曼的計(jì)算模型；并行計(jì)算機(jī)沒有一個(gè)統(tǒng)一的計(jì)算模型。不過，人們已經(jīng)提出了幾種有價(jià)值的參考模型：PRAM模型，BSP模型，LogP模型，C3模型等。并行計(jì)算模型返回 Logo計(jì)算模型不像串行計(jì)算機(jī)那樣，全世界基本上都在使用馮諾伊曼的6L o g o分布式計(jì)算背景分布式計(jì)算背景隨著計(jì)算機(jī)的普及，個(gè)人電腦開始進(jìn)入千家萬戶。與之伴隨產(chǎn)生的是電腦的利用問題。越來越多的電腦處于閑置狀態(tài)，即使在開機(jī)狀態(tài)下CPU的潛力也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能被完全利用。我們可以想象，一臺(tái)家用的計(jì)算機(jī)將大多數(shù)的時(shí)間花費(fèi)在“等待”上面。即便是使用者實(shí)際使用他們的計(jì)算機(jī)時(shí),處理器依然是寂靜的消費(fèi)，依然是不計(jì)其數(shù)的等待（等待輸入，但實(shí)際上并沒有做什么）?；ヂ?lián)網(wǎng)的出現(xiàn),使得連接調(diào)用所有這些擁有限制計(jì)算資源的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)成為了現(xiàn)實(shí)。那么，一些本身非常復(fù)雜的但是卻很適合于劃分為大量的更小的計(jì)算片斷的問題被提出來，然后由某個(gè)研究機(jī)構(gòu)通過大量艱辛的工作開發(fā)出計(jì)算用服務(wù)端和客戶端。服務(wù)端負(fù)責(zé)將計(jì)算問題分成許多小的計(jì)算部分，然后把這些部分分配給許多聯(lián)網(wǎng)參與計(jì)算的計(jì)算機(jī)進(jìn)行并行處理，最后將這些計(jì)算結(jié)果綜合起來得到最終的結(jié)果 Logo分布式計(jì)算背景 Lo7L o g o分布式計(jì)算分布式計(jì)算定義定義分布式分布式計(jì)計(jì)算算 分布式計(jì)算是近年提出的一種新的計(jì)算方式。所謂分布式計(jì)算就是在兩個(gè)或多個(gè)軟件互相共享信息，這些軟件既可以在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，也可以在通過網(wǎng)絡(luò)連接起來的多臺(tái)計(jì)算機(jī)上運(yùn)行。分布式計(jì)算比起其它算法具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：1、稀有資源可以共享。2、通過分布式計(jì)算可以在多臺(tái)計(jì)算機(jī)上平衡計(jì)算負(fù)載。3、可以把程序放在最適合運(yùn)行它的計(jì)算機(jī)上。其中，共享稀有資源和平衡負(fù)載是計(jì)算機(jī)分布式計(jì)算的核心思想之一。（中國科學(xué)研究所定義） Logo分布式計(jì)算定義分布式計(jì)算 分布式計(jì)算是近年提出的一8L o g o分布式計(jì)算工作原理分布式計(jì)算工作原理 分布式計(jì)算是利用互聯(lián)網(wǎng)上的計(jì)算機(jī)的 中央處理器 的閑置處理能力來解決大型計(jì)算問題的一種計(jì)算科學(xué)。下面，我們看看它是怎么工作的：首先,要發(fā)現(xiàn)一個(gè)需要非常巨大的計(jì)算能力才能解決的問題。這類問題一般是跨學(xué)科的、極富挑戰(zhàn)性的、人類急待解決的科研課題。其中較為著名的是:1.解決較為復(fù)雜的數(shù)學(xué)問題，例如：GIMPS（尋找最大的梅森素?cái)?shù)）。2.研究尋找最為安全的密碼系統(tǒng)，例如：RC-72（密碼破解）。3.生物病理研究，例如：Foldinghome（研究蛋白質(zhì)折疊，誤解，聚合及由此引起的相關(guān)疾?。?.各種各樣疾病的藥物研究，例如：United Devices（尋找對抗癌癥的有效的藥物）。5.信號(hào)處理，例如：SETIHome（在家尋找地外文明）。 Logo分布式計(jì)算工作原理 分布式計(jì)算是利用互聯(lián)網(wǎng)上的計(jì)9L o g o網(wǎng)格計(jì)算網(wǎng)格計(jì)算涵蓋范圍涵蓋范圍網(wǎng)格網(wǎng)格計(jì)計(jì)算算返回 Logo網(wǎng)格計(jì)算涵蓋范圍網(wǎng)格計(jì)算返回 o g o云計(jì)算云計(jì)算云云計(jì)算算背景：云計(jì)算是繼1980年代大型計(jì)算機(jī)到客戶端-服務(wù)器的大轉(zhuǎn)變之后的又一種巨變。云計(jì)算（Cloud Computing）是分布式計(jì)算（Distributed Computing）、并行計(jì)算（Parallel Computing）、效用計(jì)算（Utility Computing）、網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)（Network Storage Technologies）、虛擬化（Virtualization）、負(fù)載均衡（Load Balance）等傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展融合的產(chǎn)物。定義：云計(jì)算是一種商業(yè)計(jì)算模型。它將計(jì)算任務(wù)分布在大量計(jì)算機(jī)構(gòu)成的資源池上，使各種應(yīng)用系統(tǒng)能夠根據(jù)需要獲取計(jì)算力、存儲(chǔ)空間和信息服務(wù)。 Logo云計(jì)算云計(jì)算背景： 11L o g o云計(jì)算特點(diǎn)云計(jì)算特點(diǎn) 通過使計(jì)算分布在大量的分布式計(jì)算機(jī)上，而非本地計(jì)算機(jī)或遠(yuǎn)程服務(wù)器中，企業(yè)數(shù)據(jù)中心的運(yùn)行將與互聯(lián)網(wǎng)更相似。這使得企業(yè)能夠?qū)①Y源切換到需要的應(yīng)用上，根據(jù)需求訪問計(jì)算機(jī)和存儲(chǔ)系統(tǒng)。好比是從古老的單臺(tái)發(fā)電機(jī)模式轉(zhuǎn)向了電廠集中供電的模式。它意味著計(jì)算能力也可以作為一種商品進(jìn)行流通，就像煤氣、水電一樣，取用方便，費(fèi)用低廉。最大的不同在于，它是通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行傳輸?shù)摹h除 云計(jì)算就是指你電腦里所有的資料都放在網(wǎng)絡(luò)上，然后你什么都不用帶，到任何一個(gè)地方任何一個(gè)角落，只要能上網(wǎng)，通過身份識(shí)別，你的資料或者你想要的資料都能找出來查詢、修改、保存。就跟錢存到銀行以后，到哪個(gè)城市的ATM機(jī)上都能取出來一樣?。ㄎ沂沁@么理解的） Logo云計(jì)算特點(diǎn) 通過使計(jì)算分布在大量的分布式計(jì)算機(jī)上12L o g o云計(jì)算的相關(guān)應(yīng)用云計(jì)算的相關(guān)應(yīng)用“物聯(lián)網(wǎng)就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。這有兩層意思：第一，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)；第二，其用戶端延伸和擴(kuò)展到了任何物品與物品之間，進(jìn)行信息交換和通信。云安全云安全云安全(Cloud Security)是一個(gè)從“云計(jì)算”演變而來的新名詞。云安全的策略構(gòu)想是：使用者越多，每個(gè)使用者就越安全，因?yàn)槿绱她嫶蟮挠脩羧?，足以覆蓋互聯(lián)網(wǎng)的每個(gè)角落，只要某個(gè)網(wǎng)站被掛馬或某個(gè)新木馬病毒出現(xiàn)，就會(huì)立刻被截獲。云存云存儲(chǔ)儲(chǔ)云存儲(chǔ)是在云計(jì)算(cloud computing)概念上延伸和發(fā)展出來的一個(gè)新的概念，是指通過集群應(yīng)用、網(wǎng)格技術(shù)或分布式文件系統(tǒng)等功能，將網(wǎng)絡(luò)中大量各種不同類型的存儲(chǔ)設(shè)備通過應(yīng)用軟件集合起來協(xié)同工作，共同對外提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和業(yè)務(wù)訪問功能的一個(gè)系統(tǒng)。云物聯(lián)云物聯(lián)and so Logo云計(jì)算的相關(guān)應(yīng)用“物聯(lián)網(wǎng)就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。這有兩層意思13L o g o云計(jì)算演化云計(jì)算演化 云計(jì)算主要經(jīng)歷了四個(gè)階段才發(fā)展到現(xiàn)在這樣比較成熟的水平，這四個(gè)階段依次是電廠模式、效用計(jì)算、網(wǎng) 云計(jì)算的演進(jìn)格計(jì)算和云計(jì)算。電電廠模式廠模式階階段段：電廠模式就好比是利用電廠的規(guī)模效應(yīng)，來降低電力的價(jià)格，并讓用戶使用起來更方便，且無需維護(hù)和購買任何發(fā)電設(shè)備。效用效用計(jì)計(jì)算算階階段段：在1960年左右，當(dāng)時(shí)計(jì)算設(shè)備的價(jià)格是非常高昂的，遠(yuǎn)非普通企業(yè)、學(xué)校和機(jī)構(gòu)所能承受，所以很多人產(chǎn)生了共享計(jì)算資源的想法。1961年，人工智能之父麥肯錫在一次會(huì)議上提出了“效用計(jì)算”這個(gè)概念，其核心借鑒了電廠模式，具體目標(biāo)是整合分散在各地的服務(wù)器、存儲(chǔ)系統(tǒng)以及應(yīng)用程序來共享給多個(gè)用戶，讓用戶能夠像把燈泡插入燈座一樣來使用計(jì)算機(jī)資源，并且根據(jù)其所使用的量來付費(fèi)。但由于當(dāng)時(shí)整個(gè)IT產(chǎn)業(yè)還處于發(fā)展初期，很多強(qiáng)大的技術(shù)還未誕生，比如互聯(lián)網(wǎng)等，所以雖然這個(gè)想法一直為人稱道，但是總體而言“叫好不叫座”。網(wǎng)格網(wǎng)格計(jì)計(jì)算算階階段段：網(wǎng)格計(jì)算研究如何把一個(gè)需要非常巨大的計(jì)算能力才能解決的問題分成許多小的部分，然后把這些部分分配給許多低性能的計(jì)算機(jī)來處理，最后把這些計(jì)算結(jié)果綜合起來攻克大問題。可惜的是，由于網(wǎng)格計(jì)算在商業(yè)模式、技術(shù)和安全性方面的不足，使得其并沒有在工程界和商業(yè)界取得預(yù)期的成功。云云計(jì)計(jì)算算階階段段：云計(jì)算的核心與效用計(jì)算和網(wǎng)格計(jì)算非常類似，也是希望IT技術(shù)能像使用電力那樣方便，并且成本低廉。但與效用計(jì)算和網(wǎng)格計(jì)算不同的是，現(xiàn)在在需求方面已經(jīng)有了一定的規(guī)模，同時(shí)在技術(shù)方面也已經(jīng)基本成熟了 Logo云計(jì)算演化 云計(jì)算主要經(jīng)歷了四個(gè)階段才發(fā)展到現(xiàn)在這樣14L o g o云計(jì)算發(fā)展面臨的問題云計(jì)算發(fā)展面臨的問題 一，數(shù)據(jù)隱私問題：如何保證存放在云服務(wù)提供商的數(shù)據(jù)隱私不被非法利用，不僅需要技術(shù)的改進(jìn)，也需要法律的進(jìn)一步完善二，數(shù)據(jù)安全性：有些數(shù)據(jù)是企業(yè)的商業(yè)機(jī)密沒數(shù)據(jù)的安全性關(guān)系的企業(yè)的生存和發(fā)展。云計(jì)算數(shù)據(jù)的安全性問題解決不了會(huì)影響云計(jì)算在企業(yè)中的應(yīng)用。三，用戶的使用習(xí)慣：如何改變用戶的使用習(xí)慣，使用戶適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)化的軟硬件應(yīng)用是長期而且艱巨的挑戰(zhàn)。四，網(wǎng)絡(luò)傳輸問題：云計(jì)算服務(wù)依賴網(wǎng)絡(luò)，目前網(wǎng)速低切不穩(wěn)定，使云應(yīng)用的性能不高。云計(jì)算的普及依賴網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展。 Logo云計(jì)算發(fā)展面臨的問題 一，數(shù)據(jù)隱私問題：如何保證15L o g You!16