边缘计算

作者简介

"方娟，北京工业大学教授、博士生导师，北京市课程思政教学名师。现任北京工业大学信息学部副主任、计算机学院体系结构研究所所长、国家级一流本科专业建设点负责人，信息技术新工科产学研联盟理事，北京物联网学会理事，中国计算机学会高级会员，中国电子学会高级会员。曾于2005年和2012年两次受国家留学基金委（CSC）资助赴美国进行学术交流访问两年，并多次赴美国、澳大利亚、荷兰、中国香港等国家和地区交流或访问。曾获北京市优秀人才、北京市中青年骨干称号。长期从事高性能计算、异构智能计算、边缘计算等领域的教学和科研工作，近年来主持国家自然科学基金、北京市自然科学基金等科研项目40余项，发表 SCI / EI 论文80余篇，授权国家发明专利27项，国际发明专利1项，参加3项国家标准制定，1项专利成果转化。主编和参编教材10余部，译著2部。 陆帅冰，北京工业大学信息学部教师，2019年6月获吉林大学工学博士学位。研究方向为计算机体系结构、边缘计算。"

内容简介

第3章 CHAPTER 3 边缘计算相关技术 3．1边缘计算关键技术 3．1．1虚拟机和容器 云计算技术的进步，使在诸如基站和网关等大量通 用服务器上部署虚拟机变得更加容易。云计算能够提供 强大的处理能力和海量的存储资源，云计算和物联网的 整合也已被证明有利于提供新的服务，因此，将云计算 功能集成到移动网络，能够为新兴移动服务的供应和管 理提供高效的解决方案。 虚拟机(Virtual Machine，VM)技术是虚拟化技术 的一种，所谓虚拟化技术就是将事物从一种形式转变成 另一种形式，具体而言就是在一个宿主计算机体系结构 上进行客户机各种操作系统模拟运行，对宿主计算机、 客户机体系结构无明确要求，例如可以在一个x86计算 机上运行基于ARM体系结构的不需要做任何修改的系统 。从这个角度来为虚拟机下定义，可知虚拟机主要是指 虚拟技术运行的媒介，即通过软件模拟的具有完整硬件 系统功能的、在一个完全隔离环境中运行的一个完整的 计算机系统。 虚拟化技术可应用的领域十分广泛，但是在不同的 领域中应用原理存在着明显差异。具体而言，虚拟化技 术主要通过拆分、整合、迁移这三项内容得以实现。虚 拟机技术的应用多采用拆分原理，当某台计算机性能较 高但是工作负荷与其不相匹配时，容易造成资源浪费， 使用拆分虚拟技术即可将该计算机拆分为逻辑上的多台 计算机，实现多名用户共同使用，在此情况下该计算机 硬件资源的利用程度将会明显提高。 虚拟机技术是将一个物理计算机划分为一个或多个 完全孤立的虚拟机技术，这些虚拟机并非运行在物理硬 件之上，而是运行在通过虚拟化软件来生成一个虚拟的 物理硬件层之上。实际上对于操作系统来讲就是运行在 其之上的应用程序，但是在虚拟机的使用中会共享计算 机的物理硬件，并且具有明显的优势： 资源共享和隔 离。在虚拟机的状态下，各种资源可以根据需要分配， 甚至可以不重启虚拟机即可分配硬件资源； 虚拟机环 境能够实现隔离，即能够根据自身使用的需求在物理计 算机上运行几个不同的操作系统，它们之间独立运行， 但各自互不干扰。可以是同一种操作系统，也可以是不 同的操作系统。这也是虚拟机技术和操作系统虚拟化技 术的最大区别。 虚拟机通常包括整个操作系统及应用程序。它们还 需要与之一起运行的管理程序来控制VM。由于包括操作 系统，因此大小为数吉字节。使用VM的缺点之一是需要 花费几分钟来启动OS，并且初始化所托管的应用程序， 因此，又引入了容器技术。容器是轻量级的OS级虚拟化 ，可在资源隔离的过程中运行应用程序及其依赖项。运 行应用程序所需的所有必要组件都打包为一个映像，并 且可以重复使用。执行映像时，它在隔离的环境中运行 本书以边缘计算技术发展为主线，从边缘计算的基本概念、系统架构、相关技术到云计算、雾计算、移动边缘计算及相关范例均做了详细说明。本书既可满足计算机相关专业本科生的需要，也可作为从事边缘计算相关工作的专业人士参考读物，使读者在学习中增强对边缘计算的了解并掌握相关技术。