云計算技術(shù)研究

張 蕾 唐永中 何長林

（河西學院 甘肅 734000）

0 引言

云計算（c1oud computing）是基于互聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)服務的增加、使用和交付模式，通常涉及通過互聯(lián)網(wǎng)來提供動態(tài)易擴展且經(jīng)常是虛擬化的資源。云計算主要經(jīng)歷了電廠模式、效用計算、網(wǎng)格計算和云計算四個階段才發(fā)展到現(xiàn)在這樣比較成熟的水平，其主要應用在云物聯(lián)、云安全、云存儲等幾個方面。本文就IaaS云計算為例，對云計算的實現(xiàn)機制進行初步探討。

1 云計算概述

1.1 云計算的定義

云計算是 2007 年第三季度才興起的新名詞，是并行計算（Para11e1 Computing）、分布式計算（Distributed Computing）和網(wǎng)格計算（Grid Computing）的發(fā)展，目前，對它的定義和內(nèi)涵眾說紛紜，廣義的云計算是指任何與 IT、軟件、互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的服務，通常為一些大型服務器集群，包括計算服務器、存儲服務器、寬帶資源等等，狹義上的云計算是指IT 基礎設施的交付和使用模式，指通過網(wǎng)絡以按需、易擴展的方式獲得所需的硬件、平臺、軟件資源，其基本原理是通過使計算分布在大量的分布式計算機上，而非本地計算機或遠程服務器中，企業(yè)數(shù)據(jù)中心的運行將與互聯(lián)網(wǎng)更相似，這使得企業(yè)能夠?qū)①Y源切換到需要的應用上，根據(jù)需求訪問計算機和存儲系統(tǒng)。

1.2 云計算的特點

結(jié)合云計算的發(fā)展及應用背景，可將云計算的特點歸納為以下幾點：

（1）超大規(guī)模

“云”具有相當?shù)囊?guī)模，Goog1e云計算已經(jīng)擁有100多萬臺服務器，Amazon、IBM、微軟、Yahoo等的“云”均擁有幾十萬臺服務器，企業(yè)私有云一般擁有數(shù)百上千臺服務器，“云”可以賦予用戶超級強大的計算能力。

（2）虛擬化

云計算提供分布式、高安全性、高可靠性和可擴展的基礎存儲能力，可滿足高速事物處理、海量存儲、海量分析需求以支持用戶在任意位置，使用終端獲取應用服務。所請求的資源來自“云”，而不是固定有形的實體，應用在“云”中某處運行，但實際上用戶無需了解、也不用擔心應用運行的具體位置，只需要一臺筆記本或者一個手機，就可以通過網(wǎng)絡服務來實現(xiàn)用戶需要的超級計算。

（3）彈性服務

用戶使用的資源同業(yè)務的需求相一致，服務的規(guī)?？煽焖偕炜s，以自動適應業(yè)務負載的動態(tài)變化，避免了因為服務器性能過載或冗余而導致的服務質(zhì)量下降或者資源浪費。

（4）潛在的危險性

云計算服務除了提供計算服務外，還提供了存儲服務。但是云計算服務當前壟斷在私人機構(gòu)手中，而他們僅僅能夠提供商業(yè)信用，一旦商業(yè)用戶大規(guī)模使用私人機構(gòu)提供的云計算服務，無論其技術(shù)優(yōu)勢有多強，都不可避免地讓私人機構(gòu)以“數(shù)據(jù)”的重要性挾制整個社會。另一方面，云計算中的數(shù)據(jù)對于數(shù)據(jù)所有者以外的其他云計算用戶是保密的，但是對于提供云計算的商業(yè)機構(gòu)而言確實毫無秘密可言。所有這些潛在的危險，是商業(yè)機構(gòu)和政府機構(gòu)選擇云計算服務、特別是國外機構(gòu)提供的云計算服務時，不得不考慮的一個重要的前提。

2 云計算體系及技術(shù)

由于云計算分為IaaS、PaaS和SaaS三種類型，其體系結(jié)構(gòu)如圖1所示，它概括了云計算不同解決方案的主要特征：

圖1 云計算技術(shù)體系結(jié)構(gòu)

云計算體系結(jié)構(gòu)分為4層：物理資源層、資源虛擬化層、管理中間件層和SOA構(gòu)建層。物理資源層包括計算機、存儲器、網(wǎng)絡設施、數(shù)據(jù)庫和軟件等；資源虛擬化層是將大量相同類型的資源構(gòu)成同構(gòu)或接近同構(gòu)的資源池，如計算資源池、數(shù)據(jù)資源池等。構(gòu)建資源池更多是物理資源的集成和管理工作；管理中間件層負責對云計算的資源進行管理，并對眾多應用任務進行調(diào)度，使資源能夠高效、安全地為應用提供服務；SOA構(gòu)建層將云計算能力封裝成標準的Web Services服務，并納入到SOA體系進行管理和使用，包括服務注冊、查找、訪問和構(gòu)建服務工作流等。

管理中間件層和資源虛擬化層是云計算技術(shù)的最關(guān)鍵部分，SOA構(gòu)建層的功能更多依靠外部設施提供。云計算的管理中間件負責資源管理、任務管理、用戶管理和安全管理等工作。資源管理負責均衡地使用云資源節(jié)點，檢測節(jié)點的故障并試圖恢復或屏蔽故障，并對資源的使用情況進行監(jiān)視統(tǒng)計；任務管理負責執(zhí)行用戶或應用提交的任務，包括完成用戶任務映象（Image）的部署和管理、任務調(diào)度、任務執(zhí)行、任務生命期管理等等；用戶管理是實現(xiàn)云計算商業(yè)模式的一個必不可少的環(huán)節(jié)，包括提供用戶交互接口、管理和識別用戶身份、創(chuàng)建用戶程序的執(zhí)行環(huán)境、對用戶的使用進行計費等；安全管理保障云計算設施的整體安全，包括身份認證、訪問授權(quán)、綜合防護和安全審計等。

3 云計算簡化實現(xiàn)機制

基于云計算技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)，以IaaS云計算為例，簡述云計算的實現(xiàn)機制，如圖2所示：

圖2 云計算簡化實現(xiàn)機制

用戶交互接口向各種應用以Web Services方式提供訪問接口，從而獲取用戶需求。服務目錄是用戶可以訪問的服務清單，從服務目錄中用戶可以查詢、調(diào)用服務種類及狀態(tài)。系統(tǒng)管理模塊負責管理和分配所有可用的資源，其核心是負載均衡。配置工具負責在分配的節(jié)點上準備任務運行環(huán)境，監(jiān)視統(tǒng)計模塊負責監(jiān)視節(jié)點的運行狀態(tài)，并完成用戶使用節(jié)點情況的統(tǒng)計。

整個計算執(zhí)行過程并不復雜：首先，用戶交互接口允許用戶從目錄中選取并調(diào)用一個服務，該請求傳遞給系統(tǒng)管理模塊后，系統(tǒng)將為用戶分配恰當?shù)馁Y源，然后調(diào)用配置工具來為用戶準備運行環(huán)境。

4 總結(jié)

云計算不僅帶來了高性能、高可用方面的挑戰(zhàn)而且還提供了越來越多功能方面的變革，隨著云計算技術(shù)的不斷發(fā)展及進步，其必將引發(fā)IT 模式的變化及IT 服務的變革，服務將成為下一代IT 的核心內(nèi)容。從云計算環(huán)境看，未來成熟穩(wěn)健、高可用、易維護的云計算技術(shù)將是云計算發(fā)展的方向。

[1]李曉偉,沈艷秋.云計算及其發(fā)展進程[J].科技信息.2011.

[2]張健.云計算概念和影響力解析[J].電信網(wǎng)技術(shù).2009.

[3]胡曉容.云計算及其關(guān)鍵技術(shù)研究[J].科技信息.2012.

[4]Cloud computing WI Ki[EB/OL].http：//en.wikipedia.org/wi ki/cloud_computing/.25 March 2011.

[5]張為民,唐劍峰.云計算：深刻改變未來[M].北京：科學出版社.2 009.