計(jì)算機(jī)云計(jì)算及其實(shí)現(xiàn)技術(shù)淺析

王銳銘

(山西青年職業(yè)學(xué)院，山西 太原 030006)

當(dāng)前計(jì)算機(jī)模型產(chǎn)生了深刻的轉(zhuǎn)變，這里轉(zhuǎn)變的背景是多核處理器的出現(xiàn)，數(shù)據(jù)虛擬化過程中產(chǎn)生的分布式儲存，加之互聯(lián)網(wǎng)呈現(xiàn)出的扁平化發(fā)展、自動(dòng)控制技術(shù)的變革等等，我們把這一系列深刻的變革運(yùn)用到計(jì)算機(jī)模型中就產(chǎn)生了云計(jì)算。云計(jì)算的運(yùn)行過程可以簡單概括為：整合資源、有償使用、提取資源。一般來講，云計(jì)算會采取遠(yuǎn)程方式來連接各類終端，并進(jìn)行數(shù)據(jù)的儲存、運(yùn)算、提取等等。云計(jì)算資源配置程序中涵蓋了 “云”和“云終端”兩個(gè)部分。“云”是互聯(lián)網(wǎng)或大型服務(wù)器的隱喻。互聯(lián)網(wǎng)中的分布式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)就會構(gòu)成“云”，如常常用到的各式網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器以及用于存儲資源的相關(guān)設(shè)備、保障資源安全的各類設(shè)備等，也就是說，絕大部分的計(jì)算機(jī)程序、運(yùn)行軟件都可以存儲在“云”中。同時(shí)，“云”的運(yùn)行也需要“云終端”設(shè)備，折舊包括了計(jì)算機(jī)、移動(dòng)電話、可以運(yùn)算的電子設(shè)備等，這個(gè)過程中僅僅需要安裝一個(gè)簡單的操作系統(tǒng)，并將“云”通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接運(yùn)算，這樣云計(jì)算中的資源就可以進(jìn)行便捷化的提取與使用。

一、計(jì)算機(jī)云計(jì)算的概念界定與特點(diǎn)

當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)日新月異，對業(yè)務(wù)系統(tǒng)的要求迅速增長，并且網(wǎng)站需要為用戶數(shù)據(jù)提供更多的存儲空間。隨著用戶數(shù)量的增加，規(guī)模也隨之增加，智能終端設(shè)計(jì)和進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的數(shù)量以及系統(tǒng)的負(fù)載持續(xù)增長。對于這些有限的操作能力，將不得不考慮采用更少的資源來解決問題。隨著因特網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，諸如芯片和硬盤驅(qū)動(dòng)器的技術(shù)也在發(fā)展，分布式計(jì)算機(jī)程序正在發(fā)展。逐漸地，將地理上分散的資源連接成為一個(gè)整體成為了現(xiàn)實(shí)。技術(shù)開發(fā)為產(chǎn)品提供了強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，并為云計(jì)算發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

云計(jì)算特性主要從以下幾個(gè)方面體現(xiàn)出來。第一，使用虛擬化技術(shù)。它還具有一些更重要的功能，包括應(yīng)用程序和資源虛擬化兩個(gè)方面。應(yīng)用程序部署的環(huán)境和物理平臺之間沒有連接。管理操作平臺可以執(zhí)行任務(wù)，例如執(zhí)行備份、遷移和擴(kuò)展等。第二，動(dòng)態(tài)可擴(kuò)展性。第三，按需實(shí)施部署。云平臺根據(jù)用戶需求提供資源，為不同用戶需求量身定制獨(dú)特資源。第四，高靈活性。它非常靈活，大多數(shù)應(yīng)用程序和硬件承擔(dān)虛擬化任務(wù)，并將它們放入虛擬云計(jì)算組中以進(jìn)行統(tǒng)一管理，并且其兼容性可以發(fā)揮重要作用。第五，高可靠性。借助穩(wěn)定的虛擬化技術(shù)，計(jì)算機(jī)和應(yīng)用程序可以分布在不同的物理服務(wù)器上，即使服務(wù)器在某個(gè)時(shí)候出現(xiàn)故障，也可以部署新的服務(wù)器保證其計(jì)算能力，并將其添加到受保護(hù)的應(yīng)用程序中，確保計(jì)算正常進(jìn)行。第六，高性價(jià)比。它具有高成本效益，可通過一組虛擬資源管理所有資源，并減少了物理資源需求，以適當(dāng)?shù)乜刂瞥杀静⑻岣咝阅躘1]。

二、云計(jì)算的實(shí)現(xiàn)形式

通過觀察計(jì)算機(jī)發(fā)展?fàn)顟B(tài)，已經(jīng)形成了五種主要的業(yè)務(wù)應(yīng)用程序。第一，軟件即服務(wù)。云計(jì)算軟件類別主要使用瀏覽器將相關(guān)應(yīng)用程序分發(fā)給用戶。它的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在它的靈活性和低成本上，因此用戶不必為應(yīng)用程序授權(quán)付費(fèi)。第二，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。它與以前的單機(jī)模式不同，它為軟件供應(yīng)商提供API，以幫助企業(yè)開發(fā)軟件。第三，平臺服務(wù)。研發(fā)公司只能使用中間商的設(shè)備來完成應(yīng)用程序開發(fā)過程。第四，實(shí)用計(jì)算。可以創(chuàng)建虛擬化的數(shù)據(jù)中心(Web資源)。主要針對計(jì)算機(jī)行業(yè)中的服務(wù)。第五，商業(yè)服務(wù)平臺。此云計(jì)算實(shí)現(xiàn)是將程序模式和管理服務(wù)結(jié)合在一起的混合模式。可以根據(jù)需要將服務(wù)提供商連接到用戶，從而創(chuàng)建一個(gè)平臺，使他們可以相互通信[2]。

三、計(jì)算機(jī)云計(jì)算工作原理

通常，計(jì)算機(jī)云計(jì)算方法主要分為三種類型：PACE、IAAS和SaaS。換句話說，這三種類型的技術(shù)體系幾乎是相同的。云計(jì)算的體系結(jié)構(gòu)主要分為4個(gè)層，每個(gè)層執(zhí)行其自身的功能：第一層，SQA屬于構(gòu)建層，該級別的主要功能是為云計(jì)算處理創(chuàng)建服務(wù)策略。SQA控制平面的主要功能是滿足人們對服務(wù)的需求。第二層，管理中間件，該層的主要功能是制定數(shù)據(jù)管理策略。當(dāng)人們需要計(jì)算機(jī)時(shí)，管理中間件技術(shù)會在云計(jì)算中處理數(shù)據(jù)，并根據(jù)每個(gè)庫從庫中檢索所需的數(shù)據(jù)。第三層，屬于數(shù)據(jù)池，可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行深度處理。第四層，屬于物理資源層，它的主要特征是提供應(yīng)用平臺或操作所需的軟件和硬件，主要為前三個(gè)層服務(wù)。從云計(jì)算級別4的角度來看，云計(jì)算訪問性能原則主要基于互聯(lián)網(wǎng)上的計(jì)算機(jī)概念以及其他綜合信息數(shù)據(jù)處理技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)計(jì)算數(shù)據(jù)處理的最終目標(biāo)。當(dāng)接收到諸如另一控制終端或計(jì)算機(jī)終端之類的各種信息的請求時(shí)，進(jìn)行數(shù)據(jù)信息處理，然后為每個(gè)用戶提供不同的信息。云計(jì)算處理執(zhí)行高效的遠(yuǎn)程信息處理。當(dāng)人們需要此技術(shù)時(shí)，它們會通過設(shè)備和系統(tǒng)發(fā)送相關(guān)的請求，這有助于用戶提高工作效率并節(jié)省資金[3]。

四、計(jì)算機(jī)云計(jì)算實(shí)現(xiàn)技術(shù)

計(jì)算機(jī)云計(jì)算技術(shù)基于虛擬技術(shù)。在操作中，虛擬服務(wù)系統(tǒng)的各種技術(shù)(例如動(dòng)態(tài)組合和自動(dòng)化分布)用于實(shí)現(xiàn)儲存聯(lián)網(wǎng)功能。它集成了系統(tǒng)自治性和靈活性的結(jié)構(gòu)，通過自動(dòng)化和分析實(shí)現(xiàn)技術(shù)部署管理，將信息和速度集中起來，并將IT平臺快速集成到系統(tǒng)中。 云計(jì)算平臺的結(jié)構(gòu)基于雙向通信接口，該接口執(zhí)行重要的服務(wù)功能，執(zhí)行集成的數(shù)據(jù)資源管理，并將集群服務(wù)器作為系統(tǒng)進(jìn)行管理，主要實(shí)現(xiàn)方法體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)。

(一)體系結(jié)構(gòu)

為了有效地支持云計(jì)算，它們必須支持具有多種結(jié)構(gòu)的核心功能。首先，系統(tǒng)必須是獨(dú)立的，需要集成自動(dòng)化技術(shù)以減少或消除手動(dòng)管理任務(wù)，以便平臺可以合理地滿足應(yīng)用程序要求。然后，云計(jì)算架構(gòu)必須提高靈活性，或?qū)ψ兓龀隹焖俜磻?yīng)。通過集成技術(shù)和虛擬化技術(shù)的集成，可以根據(jù)服務(wù)級別的差異化要求進(jìn)行快速轉(zhuǎn)變。云計(jì)算的運(yùn)行平臺如圖1。

圖1 云計(jì)算平臺的體系結(jié)構(gòu)

(1)用戶界面:是承接用戶資源請求服務(wù)的交互式界面;(2)服務(wù)目錄:用戶進(jìn)行資源請求的服務(wù)列表;(3)管理系統(tǒng):運(yùn)行和保存可用的各類資源、綜合服務(wù);(4)部署工具:根據(jù)用戶的資源請求進(jìn)行資源配置和應(yīng)用程序，并在整個(gè)運(yùn)行過程中實(shí)時(shí)更新、調(diào)配資源;(5)監(jiān)控:跟蹤云使用情況并快速響應(yīng);(6)服務(wù)器集群:由管理系統(tǒng)管理的虛擬或物理服務(wù)器。

(二)自動(dòng)化部署

自動(dòng)化部署是指將提取到的資源進(jìn)行整合、清洗、再配置，將這些資源從初始化狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭墒褂脿顩r，以在云計(jì)算中實(shí)現(xiàn)虛擬資源的共享、安裝，并最終實(shí)現(xiàn)為資源請求用戶提供各種服務(wù)，為應(yīng)用程序獲得資源共享的過程，例如硬件(服務(wù)器)、軟件(用戶應(yīng)用程序和配置)、網(wǎng)絡(luò)和存儲，系統(tǒng)資源的部署過程中會有較多的步驟運(yùn)行。通過第三方自動(dòng)配置工具，可以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序軟件部署和配置，因此許多計(jì)算機(jī)都是大量人機(jī)交互，實(shí)現(xiàn)過程與手動(dòng)操作無關(guān)。如圖2所示，顯示了整合部署過程的工作流程。

圖2 自動(dòng)化部署方案構(gòu)架

其中，數(shù)據(jù)模型、引擎流和工作流會在自動(dòng)部署工具中進(jìn)行運(yùn)算，可以在數(shù)據(jù)模型中定義特定程序、硬件甚至邏輯概念來識別，計(jì)劃和分類這些資源。控制工作流引擎是執(zhí)行啟動(dòng)和執(zhí)行工作流的主要機(jī)制。它將各種腳本編制過程自動(dòng)集成到工作流數(shù)據(jù)庫中，這些工作流通?？梢栽诜?wù)器上自動(dòng)運(yùn)行手動(dòng)執(zhí)行的操作系統(tǒng)、中間件、應(yīng)用程序、存儲器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的配置任務(wù)[4]。

(三)資源監(jiān)控

各類服務(wù)器組合在一起形成了“云”，資源在實(shí)時(shí)更新，這樣就一定要高效、精確和完整的信息。資源監(jiān)控可最大程度地利用資源并有效地監(jiān)視資源利用率和負(fù)載狀況。資源管理是獲取云資源的重要組成部分，實(shí)時(shí)系統(tǒng)資源監(jiān)視和系統(tǒng)性能信息可以與其他子系統(tǒng)共享，以提高系統(tǒng)資源分配的效率。 云計(jì)算通過監(jiān)視服務(wù)器管理每個(gè)云服務(wù)器上所有資源，配置每個(gè)資源服務(wù)器，并定期管理資源數(shù)據(jù)存儲，并將信息傳輸?shù)綌?shù)據(jù)倉庫。數(shù)據(jù)倉庫云資源利用率分析數(shù)據(jù)并監(jiān)視資源可用性。

五、結(jié)語

云計(jì)算與新的產(chǎn)業(yè)技術(shù)模型相關(guān)聯(lián)，它的主要特征是可擴(kuò)展性、靈活性、共享環(huán)境和按需付費(fèi)，業(yè)務(wù)系統(tǒng)的技術(shù)結(jié)構(gòu)是靈活的，業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)更加靈活。它目前處于開發(fā)的早期階段，但已改變了人們使用資源的方式。 云計(jì)算是為社會和經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供強(qiáng)大動(dòng)力的關(guān)鍵技術(shù)。 云計(jì)算有效地結(jié)合了計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它具有強(qiáng)大的運(yùn)算速度和資源優(yōu)勢而成為科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要方向。