云計算關(guān)鍵技術(shù)研究

邵澤云+++劉正岐

【 摘 要 】 文章介紹了云計算的產(chǎn)生和云計算的全新概念，分析了云計算的體系結(jié)構(gòu)，然后總結(jié)了云計算的一些關(guān)鍵技術(shù)，像虛擬化技術(shù)、海量數(shù)據(jù)存儲技術(shù)、海量數(shù)據(jù)管理技術(shù)、編程模式和云平臺管理技術(shù)等，并指出了云計算帶給人們的好處。

【 關(guān)鍵詞 】 云計算；虛擬化；海量數(shù)據(jù)；存儲；管理；服務(wù)

【 中圖分類號 】 TP393 【 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 】 A

1 引言

隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，人們對網(wǎng)絡(luò)的需求越來越多，網(wǎng)絡(luò)提供給人們的服務(wù)也越豐富，而這些網(wǎng)絡(luò)服務(wù)需要海量數(shù)據(jù)的存儲和強大計算能力來滿足日益增長的業(yè)務(wù)需求，云計算的理念就這樣應(yīng)運而生，它是直接產(chǎn)生于企業(yè)計算、互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，它更關(guān)心如何擴(kuò)展系統(tǒng)、如何方便IT管理。

2 云計算的概念

云計算是一種動態(tài)的易擴(kuò)展的且通常是通過互聯(lián)網(wǎng)提供虛擬化資源的計算方式，用戶使用相關(guān)資源時不需要了解云內(nèi)部的細(xì)節(jié)，也不必具有云內(nèi)部的專業(yè)知識。云計算的概念可以從狹義和廣義兩個方面來看。狹義云計算是一種IT基礎(chǔ)設(shè)施的交付和使用模式，指通過網(wǎng)絡(luò)以按需、易擴(kuò)展的方式獲得所需的資源（包括硬件、平臺和軟件），提供資源的網(wǎng)絡(luò)就是“云”，“云”中的資源在使用者看來是可以無限擴(kuò)展，并且可以隨時獲取，按需使用，隨時擴(kuò)展，按使用付費，這種特性被人們形象地稱為像使用水電一樣使用IT基礎(chǔ)設(shè)施。廣義云計算是指服務(wù)的交付和使用模式，指通過網(wǎng)絡(luò)以按需、易擴(kuò)展的方式獲得所需的服務(wù)，這種服務(wù)可以是IT和軟件、互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的，也可以是任意其他的服務(wù)。

3 云計算的體系結(jié)構(gòu)

云計算的基本原理是利用非本地或遠(yuǎn)程服務(wù)器（集群）的分布式計算機(jī)為互聯(lián)網(wǎng)用戶提供服務(wù)（計算、存儲、軟硬件等服務(wù)），這使得用戶可以將資源切換到需要的應(yīng)用上，根據(jù)需求訪問計算機(jī)和存儲系統(tǒng)的資源。云計算的體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

云端用戶是提供云用戶請求服務(wù)的交互界面，也是用戶使用云的入口；服務(wù)目錄是云用戶在取得相應(yīng)權(quán)限后可以選擇或定制的服務(wù)列表；管理系統(tǒng)是提供對用戶、資源管理和服務(wù)；部署工具是對資源進(jìn)行智能調(diào)度、使用、配置和回收等；資源監(jiān)控是監(jiān)控和計量云系統(tǒng)資源的使用情況；服務(wù)器集群是虛擬的或物理的服務(wù)器，由管理系統(tǒng)管理負(fù)責(zé)高并發(fā)量的用戶請求處理、大運算量計算處理、用戶Web應(yīng)用服務(wù)，云數(shù)據(jù)存儲時采用相應(yīng)數(shù)據(jù)切割算法、采用并行方式上傳和下載大容量數(shù)據(jù)。

4 云計算中的關(guān)鍵技術(shù)

按需部署是云計算的核心，要解決按需部署，必須解決資源的動態(tài)可重構(gòu)、監(jiān)控和自動化部署等，而這些又需要以虛擬化、高性能存儲、高效數(shù)據(jù)處理、高速互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)為基礎(chǔ)。所以云計算除了需要仔細(xì)研究其體系結(jié)構(gòu)外，還要特別注意研究資源的動態(tài)可重構(gòu)、自動化部署、資源監(jiān)控、虛擬化、海量數(shù)據(jù)存儲、海量數(shù)據(jù)管理、編程模式及云平臺管理等關(guān)鍵技術(shù)。

4.1 虛擬化技術(shù)

虛擬化技術(shù)是指計算元件在虛擬的基礎(chǔ)上而不是真實的基礎(chǔ)上運行，它可以擴(kuò)展硬件的容量，簡化軟件的重新配置過程，減少軟件虛擬機(jī)相關(guān)開銷和支持更廣泛的操作系統(tǒng)等多個方面；通過虛擬化技術(shù)可實現(xiàn)軟件應(yīng)用與底層硬件相隔離，它包括將單個資源劃分成多個虛擬資源的裂分模式，也包括將多個資源整合成一個虛擬資源的聚合模式；虛擬化技術(shù)根據(jù)對象可分成存儲虛擬化、計算虛擬化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化等；在云計算實現(xiàn)中，計算系統(tǒng)虛擬化是一切建立在“云”上的服務(wù)與應(yīng)用的基礎(chǔ)；虛擬化技術(shù)目前主要應(yīng)用在CPU、操作系統(tǒng)、服務(wù)器等多個方面，是提高服務(wù)效率的最佳解決方案。

4.2 分布式海量數(shù)據(jù)存儲技術(shù)

云計算系統(tǒng)由大量服務(wù)器組成，同時為大量用戶服務(wù)，因此云計算系統(tǒng)采用分布式存儲方式存儲數(shù)據(jù)，用冗余存儲的方式（集群計算、數(shù)據(jù)冗余和分布式存儲）保證數(shù)據(jù)的可靠性。冗余的方式通過任務(wù)分解和集群，用低配機(jī)器替代超級計算機(jī)的性能來保證低成本，這種方式保證分布式數(shù)據(jù)的高可用、高可靠和經(jīng)濟(jì)性，云計算系統(tǒng)中廣泛使用的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)是Google的GFS和Hadoop團(tuán)隊開發(fā)的GFS的開源實現(xiàn)HDFS。

4.3 海量數(shù)據(jù)管理技術(shù)

云計算需要對分布的、海量的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析，因此，數(shù)據(jù)管理技術(shù)必需能夠高效的管理大量的數(shù)據(jù)；計算系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)管理技術(shù)主要是Google的BT（BigTable）數(shù)據(jù)管理技術(shù)和Hadoop團(tuán)隊開發(fā)的開源數(shù)據(jù)管理模塊HBase；由于云數(shù)據(jù)存儲管理形式不同于傳統(tǒng)的RDBMS數(shù)據(jù)管理方式，如何在規(guī)模巨大的分布式數(shù)據(jù)中找到特定的數(shù)據(jù)，也是云計算數(shù)據(jù)管理技術(shù)所必須解決的問題，同時由于管理形式的不同造成傳統(tǒng)的SQL數(shù)據(jù)庫接口無法直接移植到云管理系統(tǒng)中來，目前一些研究在關(guān)注為云數(shù)據(jù)管理提供RDBMS和SQL的接口，如基于Hadoop 子項目HBase和Hive等。另外，在云數(shù)據(jù)管理方面，如何保證數(shù)據(jù)安全性和數(shù)據(jù)訪問高效性也是研究關(guān)注的重點問題之一。

4.4 編程方式

云計算提供了分布式的計算模式，客觀上要求必須有分布式的編程模式。云計算采用了一種思想簡潔的分布式并行編程模型Map—Reduce，Map—Reduce是一種編程模型和任務(wù)調(diào)度模型，主要用于數(shù)據(jù)集的并行運算和并行任務(wù)的調(diào)度處理，在該模式下，用戶只需要自行編寫Map函數(shù)和Reduce函數(shù)即可進(jìn)行并行計算，其中Map 函數(shù)中定義各節(jié)點上的分塊數(shù)據(jù)的處理方法，而Reduce函數(shù)中定義中間結(jié)果的保存方法以及最終結(jié)果的歸納方法。

4.5 云計算平臺管理技術(shù)

云計算資源規(guī)模龐大，服務(wù)器數(shù)量眾多并分布在不同的地點，同時運行著數(shù)百種應(yīng)用，如何有效的管理這些服務(wù)器，保證整個系統(tǒng)提供不間斷的服務(wù)是巨大的挑戰(zhàn)，云計算系統(tǒng)的平臺管理技術(shù)能夠使大量的服務(wù)器協(xié)同工作，方便的進(jìn)行業(yè)務(wù)部署和開通，快速發(fā)現(xiàn)和恢復(fù)系統(tǒng)故障，通過自動化、智能化的手段實現(xiàn)大規(guī)模系統(tǒng)的可靠運營。

5 結(jié)束語

云計算真正實現(xiàn)了按需計算，從而有效地提高了對軟硬件資源的利用效率，云計算的出現(xiàn)使高性并行計算不再是科學(xué)家和專業(yè)人士的專利，普通的用戶也能通過云計算享受高性能并行計算所帶來的便利，使人人都有機(jī)會使用并行機(jī)，從而大大提高了工作效率和計算資源的利用率，云計算模式中用戶不需要了解服務(wù)器在哪里，不用關(guān)心內(nèi)部如何運作，通過高速互聯(lián)網(wǎng)就可以透明地使用各種資源。

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基金項目：

甘肅省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃課題（GS[2013]GHB1097）。

作者簡介：

邵澤云（1980-），男，甘肅西和人，講師，主要從事計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與計算機(jī)應(yīng)用方面的教學(xué)與研究。endprint