陳曉琳 湖北大學(xué)，物理學(xué)與電子技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430062

云計(jì)算的分析與研究

陳曉琳 湖北大學(xué)，物理學(xué)與電子技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430062

闡述了云計(jì)算的定義。針對現(xiàn)代云計(jì)算的發(fā)展形勢，通過剖析云計(jì)算的現(xiàn)有服務(wù)模式，論述了各個(gè)服務(wù)模式的核心技術(shù)和特點(diǎn)。結(jié)合現(xiàn)有的云技術(shù)，提出未來的發(fā)展和亟待解決的問題。

云計(jì)算；服務(wù)模式；核心；特點(diǎn)

1 云計(jì)算的概述

早在2006年亞馬遜推出了彈性計(jì)算云服務(wù)，事隔5個(gè)月，Google首席執(zhí)行官埃里克!施密特就在搜索引擎大會上首次提出“云計(jì)算”這個(gè)概念，暢想未來我們會從以桌面系統(tǒng)為中心轉(zhuǎn)移以網(wǎng)絡(luò)為中心。

云計(jì)算基于共享基礎(chǔ)架構(gòu)模式，依托互聯(lián)網(wǎng)，將所有系統(tǒng)池連接在一起提供各種IT服務(wù)，并依據(jù)用戶的需要，提供給用戶軟硬件資源和信息。未來的我們只需要一個(gè)寬帶連接，一個(gè)賬號和密碼，依托電腦的CPU和顯卡，就可在“云端”管理任何事務(wù)，而終端只需接受圖像和聲音?！霸贫恕睋碛幸?guī)模龐大的服務(wù)器和前所唯有的計(jì)算能力。也就是把海量的服務(wù)器處理能力和儲存能力通過網(wǎng)絡(luò)匯集起來實(shí)現(xiàn)云計(jì)算。

2 云計(jì)算的組成

云計(jì)算的分類從部署方式來說，可分為：私有云、公共云和混合云。公共云是對Internet上所有的用戶都可以使用。目前AWS和Rackspace是公共云最大的提供商。私有云則是一種專有的云環(huán)境，是針對一個(gè)組織單獨(dú)構(gòu)建的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，該組織擁有基礎(chǔ)設(shè)施，可以在此基礎(chǔ)設(shè)施上部署應(yīng)用程序，并對數(shù)據(jù)、安全性和服務(wù)質(zhì)量提供有效控制?；旌显?，也可稱為虛擬私有云，它提供的服務(wù)運(yùn)行在一個(gè)公共的云基礎(chǔ)設(shè)施之上，但通過虛擬專用網(wǎng)（VPN）限制對它的訪問。

從提供服務(wù)的模式來說，云計(jì)算包括三個(gè)層次的服務(wù)：基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)IAAS（Infrastructure as a Service）、平臺服務(wù)PAAS（Platform as a Service）和軟件服務(wù)SAAS（Software as a Service）。本文將主要從服務(wù)模式來解析云計(jì)算。

3 云計(jì)算的服務(wù)

3.1 基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)

基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)即將各個(gè)基礎(chǔ)設(shè)備，如IT系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫等集合在一起，分隔成不同區(qū)域供企業(yè)或個(gè)人使用，這也是最低層級的服務(wù)。IAAS作為一種標(biāo)準(zhǔn)化服務(wù)在網(wǎng)上提供基本存儲和計(jì)算能力。它通過互聯(lián)網(wǎng)提供服務(wù)器、操作系統(tǒng)、磁盤存儲、數(shù)據(jù)庫和信息資源等基礎(chǔ)架構(gòu)硬件及軟件資源。在IAAS中，服務(wù)提供商把硬件計(jì)算資源，網(wǎng)絡(luò)，冗余，負(fù)載均衡等等基礎(chǔ)設(shè)施打包成服務(wù)，用戶直接購買這些的服務(wù)，而不需要自己去組建負(fù)載均衡來平衡客戶端請求的壓力，也不需要自己建立冗余服務(wù)器來保證無故障運(yùn)行時(shí)間。

分布化和虛擬化是云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)的重要基礎(chǔ)技術(shù)。

云計(jì)算無論在存儲或計(jì)算，都是分布化的實(shí)現(xiàn)。云計(jì)算要處理的數(shù)據(jù)量在單機(jī)上無法完成，因此須將數(shù)據(jù)處理任務(wù)分布開，化整為零交給多臺機(jī)器完成。其采用了分布式計(jì)算，或稱為并行計(jì)算。所謂并行計(jì)算就是將大型的計(jì)算任務(wù)拆分，再派發(fā)到云中節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分布式的并行計(jì)算，最后將結(jié)果收集，統(tǒng)一排序或合并。云計(jì)算在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步升華，將計(jì)算資源虛擬化。用虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)資源的虛擬化，把硬件機(jī)器攢到一起，其計(jì)算資源被量化到計(jì)算資源池中，并被動態(tài)分配，實(shí)現(xiàn)資源的動態(tài)調(diào)整（動態(tài)調(diào)整時(shí)不需要重新啟動系統(tǒng)就可調(diào)整資源大?。┻@樣就極大地節(jié)約了云中的計(jì)算資源。

在理論角度云計(jì)算并不一定需要虛擬化技術(shù)，但是云計(jì)算作為一個(gè)面向企業(yè)和個(gè)人的商用技術(shù)是離不開虛擬化的。（1）現(xiàn)在企業(yè)由于長期運(yùn)營，必然會引入了不同廠商，不同配置，不同型號的機(jī)器，造成異構(gòu)系統(tǒng)。虛擬技術(shù)就可以將異構(gòu)系統(tǒng)的差異性屏蔽掉，使資源達(dá)到一視同仁。（2）企業(yè)的發(fā)展，數(shù)據(jù)量也不斷擴(kuò)大，需要多少資源，無法預(yù)知。將服務(wù)器部署在虛擬機(jī)上，擴(kuò)容時(shí)遷移虛擬機(jī)即可，節(jié)約了成本，也提高了擴(kuò)容的安全性和便捷性。（3）服務(wù)器的訪問量在各個(gè)時(shí)段不同，固定的資源分配，會引發(fā)高負(fù)載或資源的浪費(fèi)。通過虛擬化將物理機(jī)的資源進(jìn)行切割，以實(shí)現(xiàn)資源的隨需分配和自動增長，且其資源的自動分配和增減不會超過物理節(jié)點(diǎn)本身的物理上限。

3.2 平臺服務(wù)

云平臺即發(fā)動各大企業(yè)打造程序開發(fā)平臺與操作系統(tǒng)平臺，讓開發(fā)人員可以通過網(wǎng)絡(luò)撰寫程序與服務(wù)，而一般消費(fèi)者也可在其運(yùn)行程序。從傳統(tǒng)角度PAAS是云環(huán)境下的中間層服務(wù)，如圖1所示：

圖1 云計(jì)算架構(gòu)之PAAS

本文通過微軟公司開發(fā)的Windows Azure Platform來剖析PAAS。Windows Azure Platform既提供可靠的軟件平臺，也提供服務(wù)或開放的系統(tǒng)運(yùn)營企業(yè)服務(wù)。Windows Azure Platform大致可分為三個(gè)層次：Windows Azure、SQL Azure、Windows Azure AppFabric。

Windows Azure 是微軟開發(fā)的一套云計(jì)算操作系統(tǒng)，先階段主要作為云聯(lián)機(jī)服務(wù)所需的操作系統(tǒng)和基礎(chǔ)存儲及管理的平臺，如圖2所示。Windows Azure包括三個(gè)部分：一是運(yùn)營應(yīng)用的計(jì)算服務(wù)，二是數(shù)據(jù)存儲服務(wù)，三是基于云平臺進(jìn)行管理和動態(tài)分配資源的控制器( Fabric Controller）。SQL Azure是以SQL Server 2008為主，構(gòu)建在Windows Azure之上，運(yùn)行云計(jì)算的關(guān)系數(shù)據(jù)庫服務(wù)，是一種云存儲的實(shí)現(xiàn)，它提供網(wǎng)絡(luò)型的應(yīng)用程序數(shù)據(jù)存儲服務(wù)。AppFabric作為中間件層，起到連接非云端程序與云端程序的橋梁功能，它讓開發(fā)人員可以把精力放在他們的應(yīng)用邏輯上而不是在部署和管理云服務(wù)的基礎(chǔ)架構(gòu)上。AppFabric也屬于云的基礎(chǔ)架構(gòu)服務(wù)，基于Web的開放服務(wù)，它可把現(xiàn)有應(yīng)用和服務(wù)與云平臺的連接和互操作變得更簡單，為本地應(yīng)用和云中應(yīng)用提供分布式的基礎(chǔ)架構(gòu)服務(wù)。在云計(jì)算中存儲數(shù)據(jù)與運(yùn)行應(yīng)用都很重要，但我們還需要一個(gè)基于云的基礎(chǔ)架構(gòu)服務(wù)。這個(gè)基礎(chǔ)架構(gòu)服務(wù)應(yīng)該既可以被客戶自有軟件應(yīng)用，又能被云服務(wù)應(yīng)用，AppFabric就是這樣一個(gè)基礎(chǔ)架構(gòu)服務(wù)。AppFabric最常用的一個(gè)場景是Web Role和Worker Role之間的通信，而AppFabric最強(qiáng)大的地方在于能夠跨平臺。

圖2 windows azure platform的組成

3.3 軟件服務(wù)

軟件服務(wù)（SAAS）即供應(yīng)商通過Web瀏覽器為成千上萬用戶提供軟件服務(wù)。SalesForce.com是目前最具代表的供應(yīng)商，它的在線CRM服務(wù)（客戶關(guān)系管理系統(tǒng)）就是其中的主打產(chǎn)品?；谠朴?jì)算的特點(diǎn)，它所提供的軟件服務(wù)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

互聯(lián)網(wǎng)特性：SAAS通過互聯(lián)網(wǎng)瀏覽器為用戶提供服務(wù)。例如hotmail就滿足了所有SAAS的基本標(biāo)準(zhǔn)：供應(yīng)商提供所有程序邏輯和數(shù)據(jù)的主機(jī)服務(wù)，使用戶能通過web的用戶界面在Internet上存取數(shù)據(jù)。所以SAAS應(yīng)用必須是互聯(lián)網(wǎng)的，并且這種網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用可以靈活啟用和暫停，隨時(shí)隨地都可使用。正因?yàn)橥ㄟ^網(wǎng)絡(luò)訪問，SAAS對網(wǎng)絡(luò)的傳輸質(zhì)量有更高的要求。

Multi-tenancy特性：SAAS通?；谝惶总浖槌汕先f個(gè)用戶提供服務(wù)，所以它必須要支持不同用戶之間數(shù)據(jù)和配置的隔離，從而保證用戶的安全和隱私，以及用戶對界面、業(yè)務(wù)邏輯、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等的個(gè)性化需求。

可擴(kuò)展(Scalable）特性：可擴(kuò)展性意味著最大程度的提高系統(tǒng)并發(fā)性。比如說應(yīng)用，優(yōu)化資源鎖的持久性，使用無狀態(tài)的進(jìn)程，使用資源池來共享線和數(shù)據(jù)庫連接等關(guān)鍵資源，緩存參考數(shù)據(jù)，為大型數(shù)據(jù)庫分區(qū)。

可配置(Configurable）特性：傳統(tǒng)的本地安裝軟件的使用環(huán)境中談?wù)摽膳渲眯詴r(shí)，直接修改部分代碼進(jìn)行二次開發(fā)來適應(yīng)當(dāng)前用戶的需求是比較常見的解決方案。但在基于SAAS模式的使用環(huán)境中，如果業(yè)務(wù)應(yīng)用的任何部分被修改了，則這一修改將可能同時(shí)影響所有當(dāng)前客戶的使用環(huán)境。因此，一般而言在SaaS模式的使用環(huán)境中，客戶使用元數(shù)據(jù)(Metadata）來為其終端用戶配置系統(tǒng)的界面以及相關(guān)的交互行為。

4 結(jié)語

云計(jì)算提供可靠、安全的數(shù)據(jù)存儲中心，用戶不用擔(dān)心數(shù)據(jù)丟失、病毒入侵等麻煩；同時(shí)它對用戶端的設(shè)備要求低,電腦、手機(jī)、上網(wǎng)本等終端均可接入；此外，云計(jì)算可以輕松實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備間的數(shù)據(jù)與應(yīng)用共享。當(dāng)然，云計(jì)算還面臨著很多問題，安全及成本就是云計(jì)算未來發(fā)展的最大阻礙，還有云計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，在日后其大范圍推廣后，就會才出現(xiàn)類似兼容性之類的問題。但是不可否認(rèn),云計(jì)算成為主流技術(shù)的時(shí)代即將到來,假以時(shí)日，云計(jì)算將會為我們的網(wǎng)絡(luò)時(shí)代帶來翻天覆地的變化。

[1] 陳康，鄭瑋民. 云計(jì)算：系統(tǒng)實(shí)例與研究現(xiàn)狀. JOURNAL OF SOFTWARE,2009,20(5）

[3] 陳全，鄧倩妮. 云計(jì)算及其關(guān)鍵技術(shù). Journal of Computer Applications,Vol 29No.9Sep.2009

[4] 維基百科. Windows Azure. http://zh.wikipedia.org/wiki/ Windows_Azure ，2011年6月23日

[5] Sriram I. SPECI: a simulation tool exploring cloudscale data-centers[C]//Proceedings of the 1st. International Conference on Cloud Computing(CloudCom ‘09）,2009:1-1

[6] 袁斌. 惠普融合存儲：軟件是核心 硬件是平臺http://cloud.csdn.net/a/20110712/301506.html

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.08.057

TP311

1009～3044,（2010）06-1350-03