淺談云計算及其技術(shù)

賀貝

（河南工業(yè)貿(mào)易職業(yè)學(xué)院，河南 鄭州 450053）

隨著網(wǎng)絡(luò)的日益普及和IT技術(shù)的迅猛發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)存儲和計算等服務(wù)不斷深入到生活的方方面面。目前，PC依然是人們?nèi)粘９ぷ魃畹暮诵墓ぞ撸脕硖幚砦臋n、存儲數(shù)據(jù)、發(fā)送E-mail、業(yè)務(wù)計算或與別人信息共享等。在 “云計算”時代，“云”會完成存儲和計算工作。用戶只需要一臺能上網(wǎng)的電腦或其他終端設(shè)備，不需要安裝任何應(yīng)用軟件，不需要關(guān)心存儲或計算發(fā)生在哪朵“云”上，就可以存儲大量數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)來實現(xiàn)需要做的一切，甚至包括超級計算。重要的是，用戶不必?fù)?dān)心個人數(shù)據(jù)會丟失，因為“云”會幫用戶安全保管。這樣的愿景取決于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)帶來的一種新型網(wǎng)絡(luò)計算模式——云計算。

云計算的思想可以追溯到20世紀(jì)60年代，圖靈獎得主John McCarthy曾說 ：“計算將成為公共基礎(chǔ)設(shè)施?！边@意味著計算能力可以被用作一種商品，就如燃?xì)夂退?。在最基本的意義上，云計算就是數(shù)據(jù)存儲在云端，應(yīng)用和服務(wù)存儲在云端，充分利用數(shù)據(jù)中心強(qiáng)大的計算能力，實現(xiàn)用戶業(yè)務(wù)系統(tǒng)的自適應(yīng)性[1]。2007年10月，IBM和谷歌宣布在云計算領(lǐng)域的合作之后，云計算引起了廣泛關(guān)注，成為業(yè)界和學(xué)術(shù)界的一個熱點。

1 云計算的定義

目前，云計算系統(tǒng)尚無統(tǒng)一定義，云計算提供商根據(jù)自己的業(yè)務(wù)推出相關(guān)的云計算策略。Hewitt認(rèn)為云計算系統(tǒng)主要是在云服務(wù)器上永久存儲信息，而在使用信息時只能在客戶端緩存，客戶端可以是臺式機(jī)、筆記本、手持式設(shè)備等[2]。Wang Lizhe等人從云計算系統(tǒng)應(yīng)具備的功能出發(fā)，給出了科學(xué)云計算系統(tǒng)的定義，指出云計算系統(tǒng)不僅為用戶提供硬件服務(wù)HaaS、軟件服務(wù)SaaS和數(shù)據(jù)資源服務(wù)DaaS，還可以把平臺服務(wù)提供給用戶，用戶根據(jù)需要向計算平臺提出自己的硬件配置、軟件安裝和數(shù)據(jù)訪問申請[3]。Buyya等人認(rèn)為云計算是由一組內(nèi)部互聯(lián)虛擬機(jī)組成的并行分布式計算系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以基于服務(wù)提供商和客戶之間的良好服務(wù)水平協(xié)議動態(tài)提供計算資源。加州大學(xué)伯克利分校認(rèn)為，云指的是數(shù)據(jù)中心的硬件和系統(tǒng)軟件，分為公共云（開放給公眾）和私有云（企業(yè)組織本身），在公共云基礎(chǔ)上，云計算系統(tǒng)意味著終端用戶應(yīng)用以因特網(wǎng)服務(wù)的形式由SaaS提供商交付，并且云提供商向SaaS提供數(shù)據(jù)核心的軟硬件服務(wù)。

2 云計算系統(tǒng)的特點

（1）支持虛擬化。云計算系統(tǒng)可作為一個虛擬資源池，通過在一個服務(wù)器上部署多個虛擬機(jī)和應(yīng)用，提高資源利用率 ；當(dāng)一個服務(wù)器過載時支持負(fù)載遷移。

（2）提供服務(wù)質(zhì)量保證（QoS）。云計算系統(tǒng)能為用戶提供符合QoS要求的服務(wù)，并可以根據(jù)用戶需要對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，如硬件配置、網(wǎng)絡(luò)帶寬、存儲容量等。

（3）高可靠性、可用性和可擴(kuò)展性。云計算系統(tǒng)必須確保能夠為用戶提供可靠的服務(wù)，確保用戶可以隨時隨地訪問所需的服務(wù)。當(dāng)用戶系統(tǒng)的規(guī)模發(fā)生變化時，云計算系統(tǒng)可以根據(jù)用戶需要自由地進(jìn)行折彎。

（4）自主性。云計算系統(tǒng)是一個自治系統(tǒng)，系統(tǒng)管理對用戶是透明的，不同的管理任務(wù)自動完成。系統(tǒng)硬件、軟件和存儲可自動配置，以便用戶按需提供。

3 云計算及其相關(guān)技術(shù)

3.1 虛擬化技術(shù)

云計算的關(guān)鍵技術(shù)是虛擬化技術(shù)。通過虛擬化單個服務(wù)器可支持多個虛擬機(jī)運(yùn)行多個操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序，從而提高服務(wù)器的利用率，并通過虛擬化向應(yīng)用提供可擴(kuò)展的平臺服務(wù)。虛擬機(jī)技術(shù)的核心是HyperVisor（虛擬機(jī)監(jiān)控程序），它在虛擬機(jī)和底層硬件之間創(chuàng)建一個抽象層，可以攔截操作系統(tǒng)對硬件的調(diào)用，并為駐留在其上的操作系統(tǒng)提供虛擬CPU和內(nèi)存。目前，VMware ESX和Citrix xenService可以直接在硬件上運(yùn)行，虛擬操作系統(tǒng)運(yùn)行在HyperVisor上，可以根據(jù)用戶需求提供IT基礎(chǔ)設(shè)施。

隨著虛擬化技術(shù)的應(yīng)用，虛擬資源的管理是研究的熱點之一。有專家提出了一種將VM供應(yīng)模型集成到現(xiàn)有資源管理框架中的方法。VM的管理通過兩級調(diào)度方法集成到批量調(diào)度中，為用戶提供最大的努力，但目前不支持虛擬資源的預(yù)訂服務(wù)。在調(diào)度短期租用請求時，傳統(tǒng)的調(diào)度器很難完成嚴(yán)格的預(yù)定資源服務(wù)租約。另一種方法提出了利用虛擬機(jī)進(jìn)行無縫掛起和恢復(fù)計算的能力來解決這一問題。對于具有較不嚴(yán)格可用性需求的批處理任務(wù)，調(diào)度器首先掛起當(dāng)前的計算任務(wù)，然后以嚴(yán)格的可用性要求完成作業(yè)，例如預(yù)定的資源分配。

3.2 數(shù)據(jù)管理技術(shù)

隨著Web 2.0的出現(xiàn)，互聯(lián)網(wǎng)上的信息呈指數(shù)級增長，如搜索引擎、在線事務(wù)處理等應(yīng)用系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)的規(guī)模越來越大。云計算系統(tǒng)必須給用戶提供一個簡單易用的編程模型來并行處理用戶的數(shù)據(jù),從而更好地利用云計算系統(tǒng)的資源。因此研究者提出了一些分布式系統(tǒng)和并行編程模型來支持大規(guī)模數(shù)據(jù)處理。

為了能夠?qū)Ａ繑?shù)據(jù)進(jìn)行高效的分析處理和對特定數(shù)據(jù)進(jìn)行快速搜索，云計算系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理技術(shù)必須具備對海量數(shù)據(jù)的存儲、讀取后進(jìn)行大量分析的能力。數(shù)據(jù)的讀操作頻率要遠(yuǎn)大于數(shù)據(jù)的更新頻率，因此，云系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理往往采用數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域中列存儲的數(shù)據(jù)管理模式，將表按列劃分后存儲。云計算的數(shù)據(jù)管理技術(shù)最著名的是Google的Big2 Table數(shù)據(jù)管理技術(shù)。Hadoop開發(fā)團(tuán)隊正在開發(fā)類似Big Table的開源數(shù)據(jù)管理模塊。采用列存儲的方式管理數(shù)據(jù)，如何提高數(shù)據(jù)的更新速率以及隨機(jī)讀速率，是未來數(shù)據(jù)管理技術(shù)必須解決的問題。

3.3 云計算技術(shù)下的海量數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)

現(xiàn)代數(shù)據(jù)挖掘算法往往需要大量的訓(xùn)練過程，并做好相關(guān)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，實現(xiàn)模型參數(shù)的求解和優(yōu)化。海量數(shù)據(jù)挖掘是一種基于大量分布式基礎(chǔ)數(shù)據(jù)挖掘的分布式并行算法。在提供詳細(xì)的并行數(shù)據(jù)挖掘算法的過程中，有必要結(jié)合關(guān)聯(lián)規(guī)則的學(xué)習(xí)分類方法來進(jìn)行聚類和流數(shù)據(jù)挖掘。對于分布式圖書挖掘中的中間件庫，MAHOUT是一種開源的、可擴(kuò)展的分布式數(shù)據(jù)挖掘，其中組件間庫的構(gòu)建過程實現(xiàn)了聚類分類和協(xié)同過濾的應(yīng)用，并完成了進(jìn)化規(guī)劃數(shù)據(jù)挖掘算法。結(jié)合Hadoop云計算的高效操作和基本框架，可以很好地挖掘和應(yīng)用云計算海量數(shù)據(jù)，降低成本。

3.4 Web Services與SOA

云服務(wù)通常以Web服務(wù)的形式實現(xiàn)。云服務(wù)的組織和協(xié)作可以在面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)中進(jìn)行管理。SOA架構(gòu)下的云服務(wù)可以部署在各種分布式平臺上，也可以通過網(wǎng)絡(luò)訪問各種服務(wù)。近年來，SOA受到了廣泛關(guān)注，但這并不是一個新概念?；诰W(wǎng)絡(luò)的SOA的一些早期實例是RPC、DCOM和0RBS（對象請求代理），而最近的網(wǎng)格計算是基于SOA的體系結(jié)構(gòu)和解決方案。

在SOA環(huán)境中，終端用戶請求IT服務(wù)（或一組服務(wù)），希望這些服務(wù)滿足一定的QoS要求，并且用戶請求即時服務(wù)，或者在特定延遲之后滿足[4]。可以預(yù)見，在未來十年內(nèi)，基于服務(wù)的解決方案將是向個人和機(jī)構(gòu)提交信息和其他IT相關(guān)功能的主要手段。例如，軟件應(yīng)用、基于Web的服務(wù)、個人和商業(yè)桌面計算等。

4 結(jié)束語

云計算系統(tǒng)已經(jīng)成為下一代IT系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，云計算技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用是一種必然趨勢，是企業(yè)、家庭和個人的一次劃時代的革命[5]，但云計算技術(shù)仍存在不能忽視的技術(shù)困難和弱點，云系統(tǒng)的安全性、自治性、服務(wù)質(zhì)量、服務(wù)描述發(fā)現(xiàn)、云交互等方面，還需要進(jìn)一步研究。縱觀全球高端云計算技術(shù)的發(fā)展，不可否認(rèn)的是，云計算技術(shù)服務(wù)有很大的發(fā)展空間。相信在不久的將來，云計算技術(shù)將取得巨大的進(jìn)步。