云計(jì)算架構(gòu)分析及其應(yīng)用研究

摘要：為了構(gòu)建安全可靠的云計(jì)算平臺(tái)環(huán)境，同時(shí)對其實(shí)際應(yīng)用性能進(jìn)行分析研究，本文對云計(jì)算的特點(diǎn)、架構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)及架構(gòu)模式進(jìn)行了闡述說明，并對云計(jì)算的應(yīng)用進(jìn)行分析研究，希望對云計(jì)算架構(gòu)模型的研究具有一定的理論指導(dǎo)意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：云計(jì)算；架構(gòu)模式；關(guān)鍵技術(shù)；應(yīng)用分析

中圖分類號(hào)：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2017）05-0098-02

隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來，人們對于互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的需求量越來越大，數(shù)據(jù)的種類和服務(wù)的種類也越來越多，對海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)管理是大數(shù)據(jù)時(shí)代必須解決的瓶頸難題，云計(jì)算的概念順勢而生。簡單來說，云計(jì)算是一種通過互聯(lián)網(wǎng)媒介實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地、便捷快速、按需地訪問共享數(shù)據(jù)資源池（如計(jì)算機(jī)設(shè)施、存儲(chǔ)設(shè)備或者應(yīng)用程序等）的計(jì)算和數(shù)據(jù)訪問模式[1-2]。

作為目前被廣泛研究的全新課題，專家學(xué)者對云計(jì)算技術(shù)的理論和實(shí)踐研究也越來越重視，目前針對云計(jì)算的研究主要圍繞在對云計(jì)算相關(guān)硬件設(shè)施的構(gòu)建、云計(jì)算分布式軟件應(yīng)用系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)服務(wù)的構(gòu)建三個(gè)層面上，詳細(xì)描述為云計(jì)算平臺(tái)基礎(chǔ)設(shè)施模式和架構(gòu)的設(shè)計(jì)、云計(jì)算環(huán)境下的并行計(jì)算模式、云計(jì)算環(huán)境下分布式存儲(chǔ)模型的構(gòu)建、云計(jì)算多樣性數(shù)據(jù)服務(wù)以及云計(jì)算數(shù)據(jù)安全保護(hù)機(jī)制等[3]。

1 云環(huán)境概述

1.1 云計(jì)算定義

云計(jì)算的概念和定義種類繁多，但是其主體思想基本一致，云計(jì)算融合了服務(wù)器虛擬化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)以及網(wǎng)格技術(shù)等全新計(jì)算應(yīng)用技術(shù)，其能夠根據(jù)用戶行為和多樣性需求對網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行重新組織規(guī)劃，以最優(yōu)的方式傳遞到用戶終端，從而提供高效的數(shù)據(jù)服務(wù)模式，因此，云計(jì)算必然使用目前最先進(jìn)的數(shù)據(jù)通信技術(shù)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)，云計(jì)算可以被認(rèn)定為是網(wǎng)格計(jì)算的拓展；虛擬化技術(shù)作為云計(jì)算使用和發(fā)展的基石，可以重新規(guī)劃云計(jì)算的基礎(chǔ)設(shè)施，同時(shí)完成部署和管理工作，成本較低，而且資源利用率較高；Web Service網(wǎng)絡(luò)服務(wù)涵蓋了XML、SOAP、WSDL以及UDDI技術(shù)，在云計(jì)算環(huán)境下為用戶提供安全可靠的基于互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)服務(wù)[4-5]。

1.2 云計(jì)算的特點(diǎn)

云計(jì)算作為一種全新的數(shù)據(jù)計(jì)算模式和應(yīng)用服務(wù)形式，其典型特點(diǎn)如下：

（1）可靠性高。云計(jì)算具備先進(jìn)的分布式計(jì)算能力，同時(shí)能夠利用服務(wù)器虛擬化技術(shù)提升計(jì)算效率和存儲(chǔ)空間，可以對數(shù)據(jù)計(jì)算和存儲(chǔ)可靠性進(jìn)行有效地保障[6-7]。

（2）超大規(guī)模及其可擴(kuò)展性。云計(jì)算通過構(gòu)建基礎(chǔ)硬件設(shè)施架構(gòu)提供海量數(shù)據(jù)運(yùn)算服務(wù)，其定義本身就決定了其超大規(guī)模的應(yīng)用空間。云計(jì)算能夠?qū)Χ鄠€(gè)大規(guī)模的計(jì)算集群進(jìn)行整合和拓展，而且多個(gè)數(shù)據(jù)計(jì)算節(jié)點(diǎn)可以并發(fā)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)多線程數(shù)據(jù)處理。從用戶的角度而言，“云計(jì)算”的規(guī)?？梢詫?shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)伸縮，其伸縮的依據(jù)是應(yīng)用的類型和規(guī)模，因此可以較好地滿足不同用戶、不同規(guī)模的計(jì)算服務(wù)需求和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。

（3）便捷性和通用性。云計(jì)算平臺(tái)為用戶提供的數(shù)據(jù)計(jì)算和存儲(chǔ)服務(wù)不受任何時(shí)間、地點(diǎn)等制約條件，而且也不受訪問平臺(tái)和系統(tǒng)的制約，只要用戶接入互聯(lián)網(wǎng)，即可通過收費(fèi)或免費(fèi)的方式獲取海量互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)信息。

1.3 基于云計(jì)算架構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)

云計(jì)算作為目前被廣泛研究的全新課題，其應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)種類繁多，總體而言，云計(jì)算本身所涉及的關(guān)鍵技術(shù)包括數(shù)據(jù)中心服務(wù)器串聯(lián)技術(shù)、云數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)、并行編程模型以及云數(shù)據(jù)管理技術(shù)等。

（1）數(shù)據(jù)中心服務(wù)器串聯(lián)技術(shù)。數(shù)量繁多、規(guī)模巨大的服務(wù)器群需要依靠云計(jì)算數(shù)據(jù)中心進(jìn)行串聯(lián)，其中服務(wù)器集群的安裝部署、集群整合串聯(lián)方式、數(shù)據(jù)集群內(nèi)動(dòng)態(tài)遷移以及數(shù)據(jù)快照等技術(shù)均在串聯(lián)的過程中被應(yīng)用。同時(shí)，解決云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施功耗等問題的方法也是云計(jì)算架構(gòu)中不可逃避的關(guān)鍵問題。

（2）云數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)。為了能夠同時(shí)多用戶的海量數(shù)據(jù)服務(wù)請求，云計(jì)算平臺(tái)必須具備大規(guī)模數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)能力，并且具備較高的數(shù)據(jù)傳輸速率和吞吐量。Google公司使用的GFS文件系統(tǒng)所串聯(lián)的硬盤規(guī)模數(shù)量達(dá)到上萬個(gè)，數(shù)據(jù)處理的規(guī)模按GB級(jí)來計(jì)算衡量。而且需要說明的是，為了保證數(shù)據(jù)的完全安全，通常情況下，至少需要三個(gè)數(shù)據(jù)信息備用。

（3）云數(shù)據(jù)管理技術(shù)。云計(jì)算數(shù)據(jù)庫主要負(fù)責(zé)存儲(chǔ)各種用戶產(chǎn)生的分布式數(shù)據(jù)，其需要處理的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)規(guī)模通常是PB量級(jí)，而且不同用途的云數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)必須使用特定的數(shù)據(jù)庫查詢語言。例如Google公司提供云計(jì)算服務(wù)過程中使用的是Bigtable數(shù)據(jù)庫，需要通過特定的GQL（Google Query Language）數(shù)據(jù)庫查詢語言進(jìn)行數(shù)據(jù)檢索。

（4）云編程模型。云編程模型主要完成云計(jì)算平臺(tái)提供大量的計(jì)算服務(wù)，為用戶提供可以進(jìn)行并發(fā)數(shù)據(jù)處理的應(yīng)用程序編程系統(tǒng)。Google公司將MapReduce關(guān)鍵技術(shù)作為云編程模型的基本框架，而且MapReduce技術(shù)也是云計(jì)算供應(yīng)商首選的編程模型。

2 云計(jì)算架構(gòu)模式

2.1 云計(jì)算硬件基礎(chǔ)設(shè)計(jì)架構(gòu)

云計(jì)算首先具備的功能是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器集群的串聯(lián)融合。在硬件方面，其通常需要首先克服大規(guī)模服務(wù)器集群的硬件散熱問題。一般情況下，云計(jì)算數(shù)據(jù)中心內(nèi)部將服務(wù)器安裝“貨柜式”的方式進(jìn)行安置部署。為了提升云計(jì)算平臺(tái)的整體運(yùn)行效率和運(yùn)行環(huán)境，超大規(guī)模的服務(wù)器集群融合過程中所采用的串聯(lián)技術(shù)必須具備大規(guī)模性、可伸縮性以及數(shù)據(jù)可重復(fù)性等特點(diǎn)，同時(shí)具備容錯(cuò)和平衡負(fù)載能力。

同時(shí)，云計(jì)算架構(gòu)必須具備較高的網(wǎng)絡(luò)帶寬支持。云計(jì)算屬于基于互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和計(jì)算模式，通過服務(wù)器集群和超大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間在進(jìn)行信息交互的性能要求較高，因此，對網(wǎng)絡(luò)帶寬和訪問速率的要求極高。

2.2 云計(jì)算架構(gòu)模型

云計(jì)算架構(gòu)模型的組成元素主要包括云計(jì)算基礎(chǔ)硬件設(shè)施和應(yīng)用軟件平臺(tái)兩部分內(nèi)容，如圖1所示，該模型作為NIST層次型體系架構(gòu)的典型代表，可以同時(shí)對Saas模型、Paas模型以及Iaas模型的層次模型進(jìn)行匹配。endprint

2.3 云計(jì)算應(yīng)用分析

云計(jì)算為我國的信息化建設(shè)和智能化建設(shè)帶來了新的發(fā)展機(jī)遇，而且在很多領(lǐng)域取得了廣泛的應(yīng)用。具體應(yīng)用體現(xiàn)在以下行業(yè)。

（1）制造業(yè)：通過云計(jì)算技術(shù)，能夠?qū)崟r(shí)獲取和了解零件供應(yīng)商的基本情況、庫存信息以及市場行情，便于動(dòng)態(tài)調(diào)整產(chǎn)品組裝和備料方案。

（2）物流業(yè)：云計(jì)算可以通過共享的信息資源和通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)物流信息的高效管理和數(shù)據(jù)的即時(shí)發(fā)布，便于用戶實(shí)時(shí)查看物流信息。

（3）電信業(yè)：在電信運(yùn)營商的業(yè)務(wù)范疇內(nèi)，云計(jì)算能夠在企業(yè)內(nèi)部IT管理系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)增值服務(wù)的測試，云計(jì)算構(gòu)造的數(shù)據(jù)運(yùn)行環(huán)境和互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心具備創(chuàng)造價(jià)值的機(jī)會(huì)和降低成本的優(yōu)勢。

（4）教育科研：“教育云”能夠?qū)⒉煌瑓^(qū)域、不同時(shí)間的教育資源進(jìn)行整合、管理、傳播和應(yīng)用，從而提升我國教育產(chǎn)業(yè)的投入效率，促進(jìn)教育資源整合和合理化分布，提升邊遠(yuǎn)地區(qū)的教育水平。

（5）國防工業(yè)：未來的戰(zhàn)爭必將是信息戰(zhàn)，云計(jì)算能夠完成信息轉(zhuǎn)化成智能和決策的過程中所需的大量的實(shí)時(shí)計(jì)算過程。

3 結(jié)語

云計(jì)算是伴隨著用戶的海量數(shù)據(jù)和計(jì)算服務(wù)需求誕生的，其作為一種創(chuàng)新探究，科技發(fā)展和社會(huì)演化對其發(fā)展起到了驅(qū)動(dòng)作用。為了構(gòu)建安全可靠的云計(jì)算平臺(tái)環(huán)境，同時(shí)對其實(shí)際應(yīng)用性能進(jìn)行分析研究，本文對云計(jì)算的特點(diǎn)、架構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)及架構(gòu)模式進(jìn)行了闡述說明，并對云計(jì)算的應(yīng)用進(jìn)行分析研究，希望對云計(jì)算架構(gòu)模型的研究具有一定的理論指導(dǎo)意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

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