云計(jì)算概念、技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用

齊魯理工學(xué)院 趙興芝 臧 麗 朱效麗 譚鳳華

云計(jì)算概念、技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用

齊魯理工學(xué)院 趙興芝 臧 麗 朱效麗 譚鳳華

隨著互聯(lián)網(wǎng)、計(jì)算網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的迅速發(fā)展，云計(jì)算（Cloud computing）吸引了越來越多人的關(guān)注，成為信息社會(huì)一個(gè)炙手可熱的研究熱點(diǎn)。本文首先從云計(jì)算的概念入手，介紹了云計(jì)算的特點(diǎn)、關(guān)鍵技術(shù)、存在問題以及發(fā)展應(yīng)用等。旨在為了解云計(jì)算當(dāng)前發(fā)展?fàn)顩r，關(guān)鍵技術(shù)以及科學(xué)地進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析與處理提供參考。

云計(jì)算；物聯(lián)網(wǎng)；虛擬化；大數(shù)據(jù)

一、背景

隨著物聯(lián)網(wǎng)，互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)上流動(dòng)著海量數(shù)據(jù)時(shí)刻需要處理。而傳統(tǒng)的技術(shù)已無法滿足當(dāng)前的需要。云計(jì)算作為新一輪的信息技術(shù)革命，2004年在美國(guó)萌芽,隨后在歐洲、日本、韓國(guó)等國(guó)家得到迅速傳播[2]，在2008年左右傳入中國(guó)[3]。

二、定義

目前對(duì)云計(jì)算的定義有不下百種說法。云計(jì)算是一種通過Internet以服務(wù)的方式提供動(dòng)態(tài)可伸縮的虛擬化的資源的計(jì)算模式。現(xiàn)階段廣為接受的是中國(guó)云計(jì)算專家咨詢委員會(huì)副主任、秘書長(zhǎng)劉鵬教授給出的定義：“云計(jì)算是通過網(wǎng)絡(luò)提供可伸縮的廉價(jià)的分布式計(jì)算能力?！盵1]；美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）定義：云計(jì)算是一種按使用量付費(fèi)的模式，這種模式提供可用的、便捷的、按需的網(wǎng)絡(luò)訪問，進(jìn)入可配置的計(jì)算資源共享池（資源包括網(wǎng)絡(luò)，服務(wù)器，存儲(chǔ)，應(yīng)用軟件，服務(wù)），這些資源能夠被快速提供，只需投入很少的管理工作，或與服務(wù)供應(yīng)商進(jìn)行很少的交互。[5]云計(jì)算是通過互聯(lián)網(wǎng)提供動(dòng)態(tài)易擴(kuò)展的虛擬化資源。

三、特點(diǎn)

云計(jì)算是通過使計(jì)算工作分布在大量的分散的計(jì)算機(jī)上，最大的不同在于，它的傳輸是通過互聯(lián)網(wǎng)來進(jìn)行的。云計(jì)算是計(jì)算機(jī)在網(wǎng)絡(luò)上一種新型的計(jì)算模式,利用的是它的強(qiáng)大的計(jì)算能力,來幫助人們解決實(shí)際的各種各樣問題,如可以提高生產(chǎn)效率，降低成本、節(jié)省能源、可持續(xù)發(fā)展，解決目前資源緊缺問題,技術(shù)共享問題等。目前被人們普遍接受的云計(jì)算特點(diǎn)總結(jié)如下：

1.超大規(guī)模

“云”是一些可以自我維護(hù)和管理的虛擬計(jì)算資源，一般是指一些大型服務(wù)器集群?！霸啤蹦苜x予用戶前所未有的計(jì)算能力。并且具有相當(dāng)?shù)囊?guī)模，Google云計(jì)算已經(jīng)擁有100多萬臺(tái)服務(wù)器，Amazon、IBM、微軟、Yahoo等的“云”均擁有幾十萬臺(tái)服務(wù)器?？蛻羲接性埔话銚碛袛?shù)百上千臺(tái)服務(wù)器。

2.虛擬化

云計(jì)算支持用戶隨時(shí)隨地的使用各種終端獲取應(yīng)用服務(wù)。用戶請(qǐng)求的資源就來自“云”，而不是固定的有形的實(shí)體。服務(wù)應(yīng)用在某處“云”中運(yùn)行，但用戶無需了解、也不用擔(dān)心應(yīng)用運(yùn)行的具體位置。只需要一臺(tái)電腦或者一個(gè)智能終端，就可以通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)來實(shí)現(xiàn)我們需要的一切，甚至包括超級(jí)計(jì)算這樣的任務(wù)。

3.高可靠性

“云”使用了數(shù)據(jù)多副本容錯(cuò)、計(jì)算節(jié)點(diǎn)同構(gòu)可互換等措施來保障服務(wù)的高可靠性，使用云計(jì)算比使用本地計(jì)算機(jī)可靠。

4.通用性

云計(jì)算不針對(duì)特定的應(yīng)用，在“云”的支撐下可以構(gòu)造出千變?nèi)f化的應(yīng)用，同一個(gè)“云”可以同時(shí)支撐不同的應(yīng)用運(yùn)行。

5.高可擴(kuò)展性

“云”的規(guī)?？梢詣?dòng)態(tài)化的、差異化的、可以實(shí)時(shí)調(diào)整動(dòng)態(tài)伸縮，滿足應(yīng)用和用戶規(guī)模增長(zhǎng)的需要。

6.按需服務(wù)

“云”是一個(gè)龐大的資源池，用戶可按需購買。實(shí)際上可以理解為云可以像話費(fèi)，自來水，煤氣，電那樣按用戶實(shí)際需求計(jì)費(fèi)。

7.極其廉價(jià)

由于“云”的特殊容錯(cuò)措施可以采用極其廉價(jià)的節(jié)點(diǎn)來構(gòu)成云，“云”的自動(dòng)化集中式管理，從而使得大量企業(yè)無需自己承擔(dān)日益高昂的數(shù)據(jù)中心管理成本，“云”的通用性使資源的利用率較之傳統(tǒng)系統(tǒng)大幅提升，因此用戶可以充分享受“云”的低成本優(yōu)勢(shì)，經(jīng)常只要花費(fèi)幾百美元、幾天時(shí)間就能完成以前需要數(shù)萬美元、數(shù)月時(shí)間才能完成的任務(wù)，可賦予用戶前所未有的計(jì)算能力。[6]

四、關(guān)鍵技術(shù)

云計(jì)算的主要核心技術(shù)包括：硬件支撐技術(shù)，主要有高性能技術(shù)、高通量計(jì)算、高可靠和高可擴(kuò)展技術(shù)等；軟件支撐技術(shù)，主要有類似于Map-Reduce編程模式、分布冗余和列存儲(chǔ)方式等；虛擬化技術(shù)，主要有所有硬件設(shè)備的全虛擬化和選擇性的半虛擬化運(yùn)行模式等；安全技術(shù)，主要有網(wǎng)絡(luò)層次安全保護(hù)、服務(wù)器層次安全保護(hù)以及數(shù)據(jù)層次安全保護(hù)等；數(shù)據(jù)中心技術(shù)，主要有分布式動(dòng)態(tài)部署與服務(wù)組合、數(shù)據(jù)與計(jì)算綜合管理、可靠和可擴(kuò)展自主體系架構(gòu)等。

五、存在的問題

1.數(shù)據(jù)隱私問題：如何保證存放在云服務(wù)提供商里的個(gè)人或企業(yè)私有數(shù)據(jù)，不被非法利用，這個(gè)問題不僅需要技術(shù)上的改進(jìn)，同時(shí)也需要在法律上做進(jìn)一步的完善。

2.數(shù)據(jù)安全性：有些數(shù)據(jù)是企業(yè)的商業(yè)機(jī)密，數(shù)據(jù)的安全性關(guān)系到企業(yè)的生存和發(fā)展。人們擔(dān)心他們存儲(chǔ)在云端數(shù)據(jù)的安全性。正因如此，用戶期待看到更加安全的應(yīng)用程序、更強(qiáng)的加密技術(shù)和良好的安全協(xié)議的提出。

3.缺乏統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：云計(jì)算的美好前景讓傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)廠商紛紛向云計(jì)算方向轉(zhuǎn)型。但是由于缺乏統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，尤其是接口標(biāo)準(zhǔn)，各廠商在開發(fā)各自產(chǎn)品和服務(wù)的過程中各自為政，這為將來不同服務(wù)之間的互連互通帶來嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

六、應(yīng)用

所謂“云”就是指若干多的計(jì)算機(jī)集群組成的規(guī)模，有著云一樣的動(dòng)態(tài)變化的特點(diǎn)。

1.云物聯(lián)

物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和延伸。由原來的人與人，人與物，發(fā)展到物與物的互聯(lián)。物聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)用和發(fā)展是科技進(jìn)步、社會(huì)不斷發(fā)展的產(chǎn)物，云計(jì)算在對(duì)信息進(jìn)行處理和運(yùn)用上，發(fā)揮著相當(dāng)重要的作用。

2.云安全

云安全(Cloud Security)是一個(gè)由“云計(jì)算”演變而來的新詞。云安全的構(gòu)想策略是：使用者越多，每個(gè)使用者就相對(duì)的越安全，是因?yàn)槿绱她嫶蟮挠脩羧?，足可以覆蓋互聯(lián)網(wǎng)的每一個(gè)角落，只要某個(gè)木馬或某個(gè)新病毒一出現(xiàn)，立刻就會(huì)被發(fā)現(xiàn)并截獲。

3.云存儲(chǔ)

云存儲(chǔ)是指通過虛擬化、網(wǎng)格技術(shù)或分布式文件系統(tǒng)等技術(shù)功能，將網(wǎng)絡(luò)中各種不同類型大量的硬件存儲(chǔ)設(shè)備通過特定軟件集合起來協(xié)同工作，共同對(duì)外提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和業(yè)務(wù)訪問功能的系統(tǒng)。當(dāng)云計(jì)算系統(tǒng)主要工作是對(duì)大批量數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和管理時(shí)，云計(jì)算系統(tǒng)中就需要配置大量的存儲(chǔ)設(shè)備，那么些時(shí)云計(jì)算系統(tǒng)就轉(zhuǎn)身變成為一個(gè)云存儲(chǔ)系統(tǒng)，所以云存儲(chǔ)是一個(gè)以數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理為核心的云計(jì)算系統(tǒng)。

4.云游戲

云游戲是以云計(jì)算為技術(shù)支撐基礎(chǔ)的一種游戲方式，在云游戲的運(yùn)行模式環(huán)境下，所有游戲都在服務(wù)器端運(yùn)行，并將實(shí)施渲染完畢后的游戲畫面經(jīng)壓縮后通過網(wǎng)絡(luò)傳送給游戲用戶。在客戶端，用戶的游戲設(shè)備不需要更換任何高端處理設(shè)備，只需要具備基本的視頻解壓能力就可以得到視覺效果頂尖的游戲畫面。

5.云計(jì)算

從技術(shù)上看，云計(jì)算與大數(shù)據(jù)的關(guān)系就像一枚硬幣的反正面一樣密不可分。大數(shù)據(jù)必然無法用單一的計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理,必須采用分布式計(jì)算架構(gòu)體系。它的特色在于對(duì)海量數(shù)據(jù)的深刻挖掘,但它必須依托云計(jì)算的分布式處理技術(shù)、分布式數(shù)據(jù)庫管理、云存儲(chǔ)技術(shù)和虛擬化技術(shù)。

七、小結(jié)

云計(jì)算是當(dāng)前發(fā)展十分迅速的新興產(chǎn)業(yè)，具有廣闊的發(fā)展前景，同時(shí)其所面臨的安全技術(shù)挑戰(zhàn)也是前所未有的，需要IT領(lǐng)域與信息安全領(lǐng)域的研究者共同探索解決之道。同時(shí)，云計(jì)算安全并不僅僅是技術(shù)問題，它還涉及標(biāo)準(zhǔn)化、監(jiān)管模式、法律法規(guī)等諸多方面。因此，僅從技術(shù)角度出發(fā)探索解決云計(jì)算安全問題是不夠的，需要信息安全學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界以及政府相關(guān)部門的共同努力，來制定云計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范云計(jì)算產(chǎn)業(yè)發(fā)展環(huán)境，順利迎接云計(jì)算時(shí)代的到來。

[1]劉鵬.云計(jì)算[M].北京:電子工業(yè)出版社,2010.

[2]高洪等.云計(jì)算分布式緩存技術(shù)及其在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用[J].中興通迅技術(shù),2012.

[3]陳康,鄭偉民.云計(jì)算系統(tǒng)實(shí)例與研究現(xiàn)狀[J].軟件學(xué)報(bào),2012.

[4]云計(jì)算的特點(diǎn).新華網(wǎng),2010-07-17.

[5]云計(jì)算對(duì)軟件開發(fā)與測(cè)試的影響.中國(guó)云計(jì)算.2014-02-27.

[6]云計(jì)算的八大亮點(diǎn)應(yīng)用.中國(guó)云計(jì)算門戶站.2013-04-02.

[7]盧小賓,王濤.Google三大云計(jì)算技術(shù)對(duì)海量數(shù)據(jù)分析流程的技術(shù)改進(jìn)優(yōu)化研究[J].圖書情報(bào)工作,2015.03.

[8]張興旺,李晨暉.去計(jì)算環(huán)境下大規(guī)模數(shù)據(jù)處理的研究與初步實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代圖書情報(bào)技術(shù),2011.