云計(jì)算與云應(yīng)用的架構(gòu)機(jī)制及應(yīng)用淺析

摘 要 云計(jì)算是近年發(fā)展的一種基于互聯(lián)網(wǎng)的動(dòng)態(tài)資源計(jì)算模式。文章首先介紹了云計(jì)算的概念和云計(jì)算的架構(gòu)，包括IaaS、PaaS、SaaS和資源供應(yīng)和資源安全，還介紹了公有云和私有云的概念，之后對(duì)云計(jì)算的主要應(yīng)用進(jìn)行了闡述，最后對(duì)云計(jì)算技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)和展望。

關(guān)鍵詞 云計(jì)算；云計(jì)算架構(gòu)；虛擬化

中圖分類(lèi)號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）04-0001-02

1 什么是云計(jì)算

云計(jì)算（Cloud computing）是近年出現(xiàn)的一種動(dòng)態(tài)資源計(jì)算分配模式，是一種基于互聯(lián)網(wǎng)面向服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)資源分配方式，通過(guò)這種方式，按照用戶的需要共享的軟硬件資源和信息分配給用戶的計(jì)算機(jī)設(shè)備。從狹義的角度講，云計(jì)算是指以按照需要、易擴(kuò)展的方式通過(guò)網(wǎng)絡(luò)獲得所需的資源，具有節(jié)省成本、高可用性、易擴(kuò)展等眾多優(yōu)點(diǎn)，是計(jì)算機(jī)資源供給和使用的模式。從廣義角度講，云計(jì)算是指按照需要、以易擴(kuò)展的方式通過(guò)網(wǎng)絡(luò)獲得所需的服務(wù)，是指服務(wù)的供給和使用的模式。從廣義來(lái)說(shuō)，云計(jì)算是將軟件和硬件資源作為一種服務(wù)，用戶依據(jù)服務(wù)時(shí)間和使用數(shù)量和質(zhì)量來(lái)付出費(fèi)用來(lái)使用。服務(wù)可能IT服務(wù)，軟件服務(wù)或者是互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的，延伸的也可以是任意其他服務(wù)，具有超大規(guī)模、虛擬化、可靠安全等功效。從某種意義上說(shuō)，云計(jì)算是與大型計(jì)算機(jī)和客戶端-服務(wù)器等技術(shù)同等地位的一次巨變。

云應(yīng)用技術(shù)是云計(jì)算技術(shù)在應(yīng)用層的體現(xiàn)，屬于“云計(jì)算”的子集，云計(jì)算是一種發(fā)展的宏觀概念，而云應(yīng)用是面向?qū)嶋H問(wèn)題并解決實(shí)際問(wèn)題的產(chǎn)品，具有云計(jì)算跨平臺(tái)性、易用性、輕量性、資源服務(wù)共享和部署配置靈活等特點(diǎn)，也就是說(shuō)以按需、易擴(kuò)展方式配置或獲取資源與服務(wù)。

2 云計(jì)算的架構(gòu)

云計(jì)算體系中包括IaaS（基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)），PaaS（平臺(tái)即服務(wù)）和SaaS（軟件即服務(wù)）三個(gè)層次和資源供應(yīng)（Provisioning）和資源安全（Security）兩個(gè)名詞。

1）IaaS。在IaaS層，云計(jì)算系統(tǒng)將物理資源整合成一個(gè)統(tǒng)一管理的資源池，通過(guò)虛擬化技術(shù)分配計(jì)算，存儲(chǔ)，網(wǎng)絡(luò)三個(gè)層面的資源，構(gòu)建虛擬計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，形成各種虛擬的計(jì)算機(jī)資源。用戶從提供的計(jì)算機(jī)資源獲得服務(wù)，可以通過(guò)internet，也可能通過(guò)局域網(wǎng)。

虛擬化是本層面最重要的技術(shù)。用到的虛擬化技術(shù)包括虛擬主機(jī)技術(shù)，虛擬化客戶操作系統(tǒng)等，一些主要硬件設(shè)備如計(jì)算機(jī)、軟交換機(jī)、路由器、防火墻、因特網(wǎng)、局域網(wǎng)、存儲(chǔ)設(shè)備等通過(guò)虛擬化以服務(wù)的形式提供給用戶。通過(guò)虛擬化提供給用戶的還有提供硬件服務(wù)的各種硬件管理技術(shù)。有限制的網(wǎng)絡(luò)組件通過(guò)虛擬化也有可能以服務(wù)的形式來(lái)提供給用戶。包括數(shù)據(jù)計(jì)算處理，數(shù)據(jù)和文件存儲(chǔ)，網(wǎng)絡(luò)資源和其它基本的計(jì)算資源的使用通過(guò)虛擬化提供給用戶使用，利用云計(jì)算技術(shù)，軟件（包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件）通過(guò)部署和運(yùn)行，用戶獲得服務(wù)。通過(guò)虛擬化，用戶不控制和管理任何云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施，而是通過(guò)部署的合理使用，云存儲(chǔ)空間的使用，系統(tǒng)軟件的選擇和相關(guān)虛擬化技術(shù)的應(yīng)用，達(dá)到使用云系統(tǒng)提供的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)資源和計(jì)算資源服務(wù)。

2）PaaS。平臺(tái)即服務(wù)，IaaS的上層，主要指網(wǎng)格計(jì)算軟件、并行計(jì)算軟件、負(fù)載均衡軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)等需要云開(kāi)發(fā)的軟件。PaaS 是實(shí)現(xiàn)云計(jì)算的關(guān)鍵部分。PaaS應(yīng)用模式的要求是向下根據(jù)業(yè)務(wù)能力需要能測(cè)算IaaS層的服務(wù)能力，能在IaaS層核心技術(shù)設(shè)施上進(jìn)行擴(kuò)展，并將資源整合，形成API接口，提供API服務(wù)給上層的SaaS層。

在PaaS層同時(shí)實(shí)現(xiàn)整合本層現(xiàn)有各種業(yè)務(wù)能力，使PaaS層的數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)模塊化、結(jié)構(gòu)化等。

通過(guò)IaaS提供的API調(diào)用硬件資源，向上提供調(diào)度中心服務(wù)，以API的形式將資源服務(wù)提供給給SaaS層用戶。

PaaS具備以下3個(gè)主要特點(diǎn)。

①提供給PaaS運(yùn)營(yíng)商的是服務(wù)，包括基礎(chǔ)平臺(tái)服務(wù)和相關(guān)的技術(shù)支持服務(wù)，甚至與平臺(tái)服務(wù)相關(guān)的應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、系統(tǒng)的優(yōu)化，系統(tǒng)的升級(jí)等，這些均以服務(wù)的形式和方式提供。

②與其他的服務(wù)最根本的區(qū)別是PaaS提供的服務(wù)不是某種應(yīng)用，而是某種基礎(chǔ)平臺(tái)。PaaS提供的是服務(wù)即將部署的基礎(chǔ)平臺(tái)以服務(wù)的形式和方式提供給應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商。PaaS運(yùn)營(yíng)商提供的服務(wù)強(qiáng)大而穩(wěn)定的云計(jì)算基礎(chǔ)運(yùn)營(yíng)平臺(tái)，和專(zhuān)業(yè)的技術(shù)支持團(tuán)隊(duì)，這是PaaS提供的服務(wù)不同于其它服務(wù)之處。

系統(tǒng)部署的基礎(chǔ)和主要應(yīng)用是基礎(chǔ)平臺(tái)的部署，通過(guò)部署提供服務(wù)，部署使平臺(tái)服務(wù)功能變得強(qiáng)大起來(lái)。不需要重新安裝軟件，只要改變配置，即可得到所需的服務(wù)。這種平臺(tái)服務(wù)保證了SaaS層應(yīng)用軟件的穩(wěn)定運(yùn)行。另外，從某種意義說(shuō)，PaaS的實(shí)質(zhì)是整合本層資源，是將互聯(lián)網(wǎng)的資源服務(wù)整合為可編程接口，為SaaS層和第三方提供編程和使用服務(wù)提供便利。

③主要技術(shù)有：SOA技術(shù)，javaEE，擴(kuò)展分布式計(jì)算技術(shù)和云存儲(chǔ)技術(shù)屬于運(yùn)行支撐方面；部署技術(shù)，過(guò)程監(jiān)控技術(shù)，安全技術(shù)屬于管理支撐方面；面向云計(jì)算應(yīng)用的輔助建模、開(kāi)發(fā)、測(cè)試工具屬于開(kāi)發(fā)支撐方面；其它還有字典、工作流、多租戶管理技術(shù)、SLA等。涵蓋面非常廣泛，是本層的一個(gè)特點(diǎn)。

不能不提到PaaS框架為Apache Hadoop，其中的MapReduce是最具代表性的技術(shù)。

3）SaaS。SaaS先于云計(jì)算出現(xiàn)，其前身是ASP（Application service provider）。

SaaS處在PaaS的上層，直接向云計(jì)算系統(tǒng)軟件最上層用戶提供服務(wù)，并且往往是以租用和付費(fèi)的方式提供服務(wù)。SaaS云計(jì)算服務(wù)提供商為用戶提供化需要的所有計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)及軟件和硬件運(yùn)作平臺(tái)服務(wù)，還提供所有前期實(shí)施和后期維護(hù)等相關(guān)服務(wù)。

4）兩個(gè)名詞。資源供應(yīng)（Provisioning）：資源供應(yīng)主要解決部署，強(qiáng)調(diào)根據(jù)不同的應(yīng)用要求提供不同的應(yīng)用環(huán)境，并將應(yīng)用部署到所需的環(huán)境中。虛擬化技術(shù)、主機(jī)自動(dòng)化安裝技術(shù)和軟件自動(dòng)化安裝技術(shù)都是常用的技術(shù)。endprint

資源安全（Security）：一般為組成云計(jì)算的各種技術(shù)配備的安全技術(shù)。資源安全在云計(jì)算中同樣具有重要地位。

3 公共云與私有云

不能不提到一個(gè)概念，那就是公共云與私有云。利用企業(yè)內(nèi)部的計(jì)算資源搭建屬于企業(yè)內(nèi)部的云計(jì)算系統(tǒng)稱(chēng)為私有云計(jì)算系統(tǒng)，這類(lèi)系統(tǒng)一般只提供內(nèi)部服務(wù)。而很多企業(yè)往往需要通過(guò)因特網(wǎng)訪問(wèn)。公共云計(jì)算環(huán)境被采用。公共云計(jì)算是相對(duì)于私有云而言的，面向所有使用因特網(wǎng)的用戶，并且在它之上運(yùn)行的應(yīng)用也可通過(guò)因特網(wǎng)訪問(wèn)。

4 主要應(yīng)用

1）云物聯(lián)。物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)量的急速增加和物聯(lián)網(wǎng)使用的普及，出于數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)作計(jì)算量的需求和大量物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)整合和檢索的要求，云物聯(lián)應(yīng)和這種需求而出現(xiàn)了。

云物聯(lián)包含兩層意思：

①以互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的延伸和擴(kuò)展，其核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)。

②任何物品與物品之間，進(jìn)行信息交換和通信是云物聯(lián)網(wǎng)用戶端區(qū)別于傳統(tǒng)模式的基本功能和功能延伸與擴(kuò)展的要求。

物聯(lián)網(wǎng)中的大量感知識(shí)別設(shè)備生成的大量信息需要利用云計(jì)算技術(shù)進(jìn)行整合，檢索，存儲(chǔ)，和安全保護(hù)；云計(jì)算架構(gòu)是云物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)作框架。

2）云教育。將云計(jì)算應(yīng)用到教育上，是云計(jì)算的一大應(yīng)用之一，也可看作云物聯(lián)的一部分。云教育采用分布式技術(shù)，采用分布式架構(gòu)部署，分布式架構(gòu)由web服務(wù)器，數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，直播服務(wù)器和流服務(wù)器等組成。云教育的運(yùn)作比如設(shè)立信息中心，在信息中心架設(shè)采集工作站（如搭建網(wǎng)絡(luò)電視和實(shí)況轉(zhuǎn)播應(yīng)用），配置各個(gè)功能組件到已經(jīng)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)部署的各個(gè)分布的教室，這樣實(shí)時(shí)傳送錄播實(shí)況到信息管理中心的全局直播服務(wù)器上，同時(shí)實(shí)現(xiàn)錄播的課件的上傳存儲(chǔ)到相關(guān)的流存儲(chǔ)服務(wù)器，點(diǎn)播、檢索、評(píng)估等各種應(yīng)用將不是很費(fèi)力的事。

3）云安全。云安全（Cloud Security）作為一個(gè)新名詞是隨著“云計(jì)算”的實(shí)踐而發(fā)展產(chǎn)生的。用戶越多，具體到每個(gè)用戶就越安全，因?yàn)槊總€(gè)中病毒的幾率被云中的用戶分擔(dān)了。并且因?yàn)橛脩羧旱挠脩魯?shù)目的龐大，實(shí)現(xiàn)了病毒信息的共享，一個(gè)用戶的終端中病毒，整個(gè)云系統(tǒng)的云安全病毒庫(kù)病毒信息實(shí)現(xiàn)了更新。這樣某個(gè)新木馬病毒在某個(gè)云用戶中一經(jīng)出現(xiàn)，就立刻被識(shí)別和截獲，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了云病毒庫(kù)的更新。

4）云存儲(chǔ)。通過(guò)集群應(yīng)用技術(shù)，網(wǎng)格技術(shù)和分布式文件系統(tǒng)等技術(shù)的應(yīng)用，云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中存在的大量的、各種不同類(lèi)型的存儲(chǔ)設(shè)備通過(guò)應(yīng)用軟件的協(xié)調(diào)和協(xié)同集合起來(lái)工作，對(duì)外共同提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和業(yè)務(wù)訪問(wèn)功能形成一個(gè)系統(tǒng)，稱(chēng)作云存儲(chǔ)。作為云計(jì)算（cloud computing）概念上的延伸和發(fā)展而產(chǎn)生的一個(gè)新的概念，云存儲(chǔ)成為云計(jì)算技術(shù)的一個(gè)重要應(yīng)用。總而言之，在大量云計(jì)算數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理成為云計(jì)算系統(tǒng)運(yùn)算和處理的主導(dǎo)任務(wù)的情況下，在云計(jì)算系統(tǒng)中就根據(jù)大量云計(jì)算數(shù)據(jù)和管理的需要配置大量的存儲(chǔ)設(shè)備，這時(shí)云計(jì)算系統(tǒng)可以稱(chēng)為一個(gè)云存儲(chǔ)系統(tǒng)。一個(gè)以數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理為核心的云計(jì)算系統(tǒng)稱(chēng)為云存儲(chǔ)。

5）云游戲。云游戲是以云計(jì)算技術(shù)為基礎(chǔ)和云計(jì)算模式運(yùn)作而產(chǎn)生的游戲運(yùn)行方式。與傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)游戲不同的是，在云游戲的運(yùn)行模式下，用戶在客戶端不參與邏輯運(yùn)算或部分邏輯運(yùn)算，而是將大量的邏輯運(yùn)算和信息交給服務(wù)器執(zhí)行，本地用戶只保留最低限度的信息，聲音，顯示等資源。游戲服務(wù)器返回表現(xiàn)腳本在本地客戶端逐條執(zhí)行，這樣對(duì)用戶客戶端的配置要求大大降低，因?yàn)榇罅康倪壿嬤\(yùn)算交給服務(wù)器去處理，本地客戶端即使在配置低的情況下，也能得到很好用戶信息與游戲體驗(yàn)效果。所有游戲都在服務(wù)器端運(yùn)行，用戶的游戲設(shè)備不需要特別的配備高端配置，需要注意的是必須滿足視頻解壓和播放能力。從游戲運(yùn)營(yíng)商角度，運(yùn)營(yíng)應(yīng)用云計(jì)算，可以錯(cuò)開(kāi)游戲用戶的使用高峰期，而不必因?yàn)槎虝焊叻迤谶^(guò)多花費(fèi)資金維護(hù)服務(wù)器運(yùn)轉(zhuǎn)，游戲運(yùn)營(yíng)開(kāi)始向云服務(wù)轉(zhuǎn)變。

5 總結(jié)與展望

云計(jì)算是繼大型計(jì)算機(jī)技術(shù)和和客戶端—服務(wù)器技術(shù)模式之后的一次技術(shù)創(chuàng)新。云計(jì)算是隨著分布式，虛擬化，并行計(jì)算，效用計(jì)算，均衡負(fù)載等技術(shù)的發(fā)展，并與過(guò)去傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的相互發(fā)展融合而產(chǎn)生的，并且這些技術(shù)成為云計(jì)算的組成和技術(shù)支撐。云計(jì)算必將隨著分布式計(jì)算，并行計(jì)算，虛擬化等技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展，隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)新的革新和進(jìn)步而發(fā)展。另外新的創(chuàng)新技術(shù)理念與實(shí)現(xiàn)必將推動(dòng)云計(jì)算的普及和發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]中國(guó)云計(jì)算[EB/OL].http：//www.chinacloud.cn/.

[2]徐強(qiáng)，王振江.云計(jì)算：應(yīng)用開(kāi)發(fā)實(shí)踐[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

[3]劉鵬.云計(jì)算[M].電子工業(yè)出版社，2010.

[4]百度百科.云計(jì)算[EB/OL]. http：//baike.baidu.com/view/1316082.htm.

作者簡(jiǎn)介

孟勛（1975-），男，助教，助工，碩士研究生，研究方向：計(jì)算機(jī)軟件與應(yīng)用、生物醫(yī)學(xué)工程、信號(hào)處理。endprint