云計(jì)算技術(shù)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中的不足與優(yōu)化對(duì)策

趙培植

(蘭州資源環(huán)境職業(yè)技術(shù)學(xué)院,甘肅蘭州 730021)

1 云計(jì)算簡介

云計(jì)算是一種基于互聯(lián)網(wǎng)云端實(shí)現(xiàn)大規(guī)模復(fù)雜運(yùn)算服務(wù)提供的技術(shù)模式,用戶通過向云端發(fā)起計(jì)算需求后,將全部的數(shù)據(jù)分析處理和計(jì)算過程交由云端服務(wù)器進(jìn)行專業(yè)化處理。由于云端服務(wù)器遠(yuǎn)超個(gè)人電腦的性能配置,因此可以在較短時(shí)間內(nèi)完成復(fù)雜運(yùn)算并將運(yùn)算結(jié)果通過互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送回用戶端,用戶只需接收返回?cái)?shù)據(jù)既可拿到計(jì)算結(jié)果,從而避免大量的時(shí)間等待和本地運(yùn)算過程中大量的能源消耗。

而該技術(shù)模式之所以被稱為“云”計(jì)算,是由于在電信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展過程中經(jīng)常在技術(shù)說明圖片中畫一片云彩的方式代表互聯(lián)網(wǎng),因此這種形象的比喻手法被沿用至云計(jì)算的命名中[1]。

2 云計(jì)算的資源分配模式與工作流調(diào)度

圖1 MapReduce工作流程Fig.1 MapReduce workflow

2.1 云計(jì)算的資源分配模式

目前的云端運(yùn)算系統(tǒng)通常使用Map/Reduce模式來分配和調(diào)度云端運(yùn)算資源,并通過這種方式對(duì)用戶提交的計(jì)算任務(wù)進(jìn)行分配處理,本文將Map/Reduce工作流程的示意圖放在圖1中以方便讀者的快速理解。

由于云計(jì)算并非只為某個(gè)單一用戶服務(wù),同時(shí)每個(gè)用戶提交的任務(wù)需求又極為復(fù)雜,因此需要將這些需求進(jìn)行切片分解成為多個(gè)子任務(wù)[2],而MapReduce正是云計(jì)算中用于調(diào)度和處理海量子任務(wù)的有效流程。

2.2 工作流模型

圖論中的有向無環(huán)圖是描述云計(jì)算工作流最合適的數(shù)學(xué)模型,在標(biāo)準(zhǔn)的工作流結(jié)構(gòu)中有兩類需要特別關(guān)注的節(jié)點(diǎn),它們分別是入口任務(wù)和出口任務(wù)。其中入口任務(wù)指的是沒有任何前期節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn),而出口任務(wù)指的是沒有任何后續(xù)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)。如果在一個(gè)工作流中有不止一個(gè)入口任務(wù),則可以通過虛擬構(gòu)建偽入口任務(wù)的方式將所有入口統(tǒng)一起來,這個(gè)人為構(gòu)建的偽入口任務(wù)的以權(quán)重為0的虛擬邊連接至其他真實(shí)的入口節(jié)點(diǎn)上,權(quán)重為0代表該任務(wù)不需要傳輸時(shí)間,偽入口任務(wù)的計(jì)算處理時(shí)間也同樣為0。當(dāng)然,對(duì)于擁有多個(gè)出口任務(wù)的工作流也同樣可以通過人為構(gòu)建偽出口任務(wù)的方式將所有出口統(tǒng)一起來。因此,包括偽節(jié)點(diǎn)在內(nèi)的所有節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間矩陣就可以用公式1的方式表達(dá)出來:

其中,DTi,j表示由任務(wù)Ti到任務(wù)Tj的傳遞時(shí)間。

2.3 估計(jì)計(jì)算時(shí)間

在工作流中,不同虛擬機(jī)處理相同節(jié)點(diǎn)任務(wù)所需的時(shí)間也是不同的,當(dāng)所有子任務(wù)被分配到不同的虛擬機(jī)上進(jìn)行處理時(shí),全部任務(wù)完成所需要的計(jì)算時(shí)間矩陣可以以公式2的方式表達(dá)出來:

其中,α= |CSM|,ETi,j表示任務(wù)Ti在虛擬機(jī)VMj上預(yù)估需要的計(jì)算時(shí)間。

3 云計(jì)算技術(shù)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用狀況調(diào)查

筆者根據(jù)當(dāng)前云計(jì)算技術(shù)的主要使用場景和受眾群體,通過網(wǎng)絡(luò)調(diào)研的方式進(jìn)行了兩項(xiàng)問卷調(diào)查,調(diào)查目標(biāo)包括個(gè)人用戶、企業(yè)用戶、學(xué)校用戶等主流用戶群體,每項(xiàng)問卷調(diào)查通過網(wǎng)絡(luò)派發(fā)問卷的方式回收采集調(diào)查結(jié)果,直至項(xiàng)目有效回收問卷到達(dá)200份后方停止繼續(xù)發(fā)放。

本次網(wǎng)絡(luò)調(diào)查的兩個(gè)項(xiàng)目相互獨(dú)立,調(diào)研的主題分別為:“您作為用戶選擇使用云計(jì)算的原因”以及“您在實(shí)際使用體驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)云計(jì)算有哪些不足”,兩項(xiàng)調(diào)查問卷的統(tǒng)計(jì)結(jié)果詳見表1和表2,本小節(jié)的調(diào)研統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)將作為下一小節(jié)分析云計(jì)算在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中不足的重要依據(jù)。

表1 您作為用戶選擇使用云計(jì)算的原因Tab.1 The reasons why you, as a user, choose to use cloud computing

表2 您在實(shí)際使用體驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)云計(jì)算有哪些不足Tab.2 What are the shortcomings of cloud computing in your actual experience?

4 云計(jì)算技術(shù)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中的不足

4.1 存在網(wǎng)絡(luò)訪問權(quán)限

對(duì)于目前所有使用云計(jì)算產(chǎn)品和服務(wù)的用戶來說,在實(shí)際使用過程中都需要進(jìn)行身份驗(yàn)證才能實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的訪問。但由于用戶所擁有數(shù)據(jù)全部存儲(chǔ)在云計(jì)算服務(wù)商的數(shù)據(jù)庫中,通過身份驗(yàn)證登錄后的用戶也無法對(duì)屬于自己的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理,這就導(dǎo)致了云計(jì)算服務(wù)中訪問權(quán)限限制的問題。這些問題對(duì)于用戶使用產(chǎn)品和服務(wù)造成了諸多不便,尤其是企業(yè)的用戶對(duì)于數(shù)據(jù)管理的需求很大,因此千篇一律的權(quán)限等級(jí)無法滿足所有用戶的需求。

4.2 數(shù)據(jù)安全性不高

雖然各計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)云計(jì)算服務(wù)商都擁有對(duì)應(yīng)的安全防范措施,但是由于它們各自所采用的安全防范措施的局限性,難免會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù)安全問題。雖然計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)云計(jì)算技術(shù)在總體上是安全的,但是這并不表示就是絕對(duì)安全,在數(shù)據(jù)安全領(lǐng)域還需要云計(jì)算服務(wù)商展開更加完善的預(yù)防措施。

4.3 數(shù)據(jù)缺乏完整性

用戶在利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)云計(jì)算技術(shù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的過程中,很可能出現(xiàn)同組數(shù)據(jù)被云計(jì)算服務(wù)商保存在不同位置的情況,這種情況在用戶存儲(chǔ)數(shù)據(jù)量較大尤為明顯。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的完整性欠缺對(duì)用戶日后的使用會(huì)造成多種影響,而用戶對(duì)于這種問題并不具備解決的能力,這樣的過程使用戶增加了很多額外的操作量,使網(wǎng)絡(luò)云計(jì)算服務(wù)的便捷性大打折扣。

4.4 法律保護(hù)不完善

由于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)云計(jì)算技術(shù)在我國發(fā)展時(shí)期較短,國家還尚未就云計(jì)算運(yùn)營制定專屬的法律、法規(guī)。由于對(duì)應(yīng)法律不健全,會(huì)使云計(jì)算技術(shù)的運(yùn)營出現(xiàn)更多的問題,如數(shù)據(jù)損傷賠償、云計(jì)算服務(wù)商開展違規(guī)業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)版權(quán)糾紛等。這種在立法過程中的不健全與不充分,還會(huì)使云計(jì)算運(yùn)用在自身權(quán)益受到侵害時(shí)無法利用法律武器維護(hù)自己的權(quán)益,也會(huì)造成部分服務(wù)商開展違法運(yùn)營的問題。

5 云計(jì)算技術(shù)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的優(yōu)化對(duì)策

5.1 優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)訪問權(quán)限

網(wǎng)絡(luò)訪問權(quán)限問題在調(diào)研中是占比最高的問題,因此想要優(yōu)化云計(jì)算在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中的用戶體驗(yàn),首先要做的就是優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)訪問權(quán)限。只有首先實(shí)現(xiàn)訪問權(quán)限的優(yōu)化配置,才能讓用戶在實(shí)際的登錄和使用體驗(yàn)中得到最大程度的感知改善,同時(shí)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)訪問權(quán)限對(duì)于云計(jì)算服務(wù)安全級(jí)別的提升也有很大幫助。

在優(yōu)化配置網(wǎng)絡(luò)訪問權(quán)限的過程中,云計(jì)算服務(wù)提供商需要對(duì)自己的用戶進(jìn)行類別劃分,然后為不同類型的用戶設(shè)計(jì)更符合其實(shí)際需要的安全級(jí)別,通過精準(zhǔn)的用戶劃分可以為不同用戶提供優(yōu)質(zhì)且精細(xì)化的云計(jì)算服務(wù),通過恰如其分的權(quán)限控制實(shí)現(xiàn)“令人覺得滿意且合理的”用戶體驗(yàn)。

5.2 完善數(shù)據(jù)加密技術(shù)

根據(jù)問卷調(diào)研結(jié)果與調(diào)研后的重點(diǎn)用戶回訪,作者發(fā)現(xiàn)用戶在使用云計(jì)算產(chǎn)品和服務(wù)過程中除了對(duì)于自身賬號(hào)權(quán)限便利性的關(guān)注外,第二項(xiàng)最關(guān)注的問題則是數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中的安全性。因此提供云計(jì)算服務(wù)的企業(yè)在改善云計(jì)算技術(shù)的過程中,當(dāng)前階段的核心方向應(yīng)該是完善數(shù)據(jù)加密技術(shù),讓用戶數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)傳遞過程中無法被第三方攻擊者截取或篡改,通過更高一籌的數(shù)據(jù)加密技術(shù)手段來實(shí)現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)的安全性。

5.3 完善相應(yīng)法律法規(guī)

要想從根本上解決云計(jì)算技術(shù)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中的安全問題,除了技術(shù)層面的不斷改進(jìn),已知配套的法律法規(guī)也必須盡早完善,只有政府出手制定標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格的云計(jì)算相關(guān)服務(wù)法律條款,才能讓更多不法分子心生畏懼從而建立一套安全和諧的云計(jì)算服務(wù)生態(tài)環(huán)境。

政府在制定相關(guān)法律法規(guī)的過程中,應(yīng)該廣泛采納云計(jì)算服務(wù)商和主流用戶自身合理合法的正當(dāng)需求,讓云計(jì)算的業(yè)務(wù)開展更加符合市場需要,讓相關(guān)法律法規(guī)的制定可以充分保護(hù)用戶和云計(jì)算服務(wù)提供商的合法利益。同時(shí)法律法規(guī)的制定也需要與技術(shù)發(fā)展相配套,如果技術(shù)出現(xiàn)升級(jí)則法律法規(guī)也需要及時(shí)更新,避免由于技術(shù)的變化導(dǎo)致法律出現(xiàn)漏洞并被利用的情況出現(xiàn)。

5.4 加強(qiáng)數(shù)據(jù)完整性

根據(jù)前一小節(jié)的分析,目前計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)云計(jì)算服務(wù)提供商的數(shù)據(jù)完整性依然達(dá)不到用戶需要的標(biāo)準(zhǔn)。為此,云計(jì)算服務(wù)提供商在優(yōu)化相關(guān)技術(shù)的過程中必須結(jié)合數(shù)據(jù)庫軟硬件的協(xié)同工作能力來提升數(shù)據(jù)庫的工作效率,從而帶來數(shù)據(jù)完整性的強(qiáng)化。一方面,云計(jì)算服務(wù)提供商需要通過軟件優(yōu)化讓數(shù)據(jù)庫運(yùn)行過程中資源分配更合理,提高效率的同時(shí)為用戶保留更多的數(shù)據(jù)內(nèi)容,另一方面服務(wù)商還需要持續(xù)投入成本以實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)硬件擴(kuò)容,讓服務(wù)器有能力存儲(chǔ)更多的數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)服務(wù)器中數(shù)據(jù)類型的多樣化和數(shù)據(jù)的完整性。

6 結(jié)語

根據(jù)本文對(duì)于云計(jì)算技術(shù)基本原理的描述以及通過對(duì)云計(jì)算用戶網(wǎng)絡(luò)調(diào)查結(jié)果的分析可以發(fā)現(xiàn),在當(dāng)前階段云計(jì)算技術(shù)的應(yīng)用過程中依然存在著諸多問題尚未得到有效解決,為此我們需要通過技術(shù)開發(fā)和流程改善的方式將云計(jì)算技術(shù)不斷進(jìn)行完善,使其可以在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中發(fā)揮更多作用。雖然現(xiàn)階段的云計(jì)算技術(shù)由于其市場應(yīng)用時(shí)間較短,其技術(shù)方面和應(yīng)用方面都存在著很多不盡如人意的地方,但任誰都不能否認(rèn)云計(jì)算技術(shù)擁有非常廣闊的發(fā)展前景,在未來云計(jì)算技術(shù)也一定會(huì)像現(xiàn)如今的4G網(wǎng)絡(luò)和智能手機(jī)一樣普及。在不斷優(yōu)化改善云計(jì)算技術(shù)應(yīng)用體驗(yàn)的過程中,相關(guān)從業(yè)人員必須積極主動(dòng)地獲取用戶的使用反饋,根據(jù)用戶的真實(shí)使用場景不斷優(yōu)化技術(shù)本身和產(chǎn)品設(shè)計(jì)思路,只有不斷根據(jù)用戶需求改進(jìn)產(chǎn)品,才能盡早實(shí)現(xiàn)云計(jì)算技術(shù)的大規(guī)模普及。