齊魯理工學(xué)院 趙興芝 臧 麗 朱效麗 譚鳳華

云計(jì)算概念、技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用

齊魯理工學(xué)院 趙興芝 臧 麗 朱效麗 譚鳳華

隨著互聯(lián)網(wǎng)、計(jì)算網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的迅速發(fā)展，云計(jì)算（Cloud computing）吸引了越來(lái)越多人的關(guān)注，成為信息社會(huì)一個(gè)炙手可熱的研究熱點(diǎn)。本文首先從云計(jì)算的概念入手，介紹了云計(jì)算的特點(diǎn)、關(guān)鍵技術(shù)、存在問(wèn)題以及發(fā)展應(yīng)用等。旨在為了解云計(jì)算當(dāng)前發(fā)展?fàn)顩r，關(guān)鍵技術(shù)以及科學(xué)地進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析與處理提供參考。

云計(jì)算；物聯(lián)網(wǎng)；虛擬化；大數(shù)據(jù)

一、背景

隨著物聯(lián)網(wǎng)，互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)上流動(dòng)著海量數(shù)據(jù)時(shí)刻需要處理。而傳統(tǒng)的技術(shù)已無(wú)法滿足當(dāng)前的需要。云計(jì)算作為新一輪的信息技術(shù)革命，2004年在美國(guó)萌芽,隨后在歐洲、日本、韓國(guó)等國(guó)家得到迅速傳播[2]，在2008年左右傳入中國(guó)[3]。

二、定義

目前對(duì)云計(jì)算的定義有不下百種說(shuō)法。云計(jì)算是一種通過(guò)Internet以服務(wù)的方式提供動(dòng)態(tài)可伸縮的虛擬化的資源的計(jì)算模式?，F(xiàn)階段廣為接受的是中國(guó)云計(jì)算專家咨詢委員會(huì)副主任、秘書(shū)長(zhǎng)劉鵬教授給出的定義：“云計(jì)算是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)提供可伸縮的廉價(jià)的分布式計(jì)算能力?！盵1]；美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）定義：云計(jì)算是一種按使用量付費(fèi)的模式，這種模式提供可用的、便捷的、按需的網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)，進(jìn)入可配置的計(jì)算資源共享池（資源包括網(wǎng)絡(luò)，服務(wù)器，存儲(chǔ)，應(yīng)用軟件，服務(wù)），這些資源能夠被快速提供，只需投入很少的管理工作，或與服務(wù)供應(yīng)商進(jìn)行很少的交互。[5]云計(jì)算是通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)提供動(dòng)態(tài)易擴(kuò)展的虛擬化資源。

三、特點(diǎn)

云計(jì)算是通過(guò)使計(jì)算工作分布在大量的分散的計(jì)算機(jī)上，最大的不同在于，它的傳輸是通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)來(lái)進(jìn)行的。云計(jì)算是計(jì)算機(jī)在網(wǎng)絡(luò)上一種新型的計(jì)算模式,利用的是它的強(qiáng)大的計(jì)算能力,來(lái)幫助人們解決實(shí)際的各種各樣問(wèn)題,如可以提高生產(chǎn)效率，降低成本、節(jié)省能源、可持續(xù)發(fā)展，解決目前資源緊缺問(wèn)題,技術(shù)共享問(wèn)題等。目前被人們普遍接受的云計(jì)算特點(diǎn)總結(jié)如下：

1.超大規(guī)模

“云”是一些可以自我維護(hù)和管理的虛擬計(jì)算資源，一般是指一些大型服務(wù)器集群?！霸啤蹦苜x予用戶前所未有的計(jì)算能力。并且具有相當(dāng)?shù)囊?guī)模，Google云計(jì)算已經(jīng)擁有100多萬(wàn)臺(tái)服務(wù)器，Amazon、IBM、微軟、Yahoo等的“云”均擁有幾十萬(wàn)臺(tái)服務(wù)器?？蛻羲接性埔话銚碛袛?shù)百上千臺(tái)服務(wù)器。

2.虛擬化

云計(jì)算支持用戶隨時(shí)隨地的使用各種終端獲取應(yīng)用服務(wù)。用戶請(qǐng)求的資源就來(lái)自“云”，而不是固定的有形的實(shí)體。服務(wù)應(yīng)用在某處“云”中運(yùn)行，但用戶無(wú)需了解、也不用擔(dān)心應(yīng)用運(yùn)行的具體位置。只需要一臺(tái)電腦或者一個(gè)智能終端，就可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)來(lái)實(shí)現(xiàn)我們需要的一切，甚至包括超級(jí)計(jì)算這樣的任務(wù)。

3.高可靠性

“云”使用了數(shù)據(jù)多副本容錯(cuò)、計(jì)算節(jié)點(diǎn)同構(gòu)可互換等措施來(lái)保障服務(wù)的高可靠性，使用云計(jì)算比使用本地計(jì)算機(jī)可靠。

4.通用性

云計(jì)算不針對(duì)特定的應(yīng)用，在“云”的支撐下可以構(gòu)造出千變?nèi)f化的應(yīng)用，同一個(gè)“云”可以同時(shí)支撐不同的應(yīng)用運(yùn)行。

5.高可擴(kuò)展性

“云”的規(guī)?？梢詣?dòng)態(tài)化的、差異化的、可以實(shí)時(shí)調(diào)整動(dòng)態(tài)伸縮，滿足應(yīng)用和用戶規(guī)模增長(zhǎng)的需要。

6.按需服務(wù)

“云”是一個(gè)龐大的資源池，用戶可按需購(gòu)買(mǎi)。實(shí)際上可以理解為云可以像話費(fèi)，自來(lái)水，煤氣，電那樣按用戶實(shí)際需求計(jì)費(fèi)。

7.極其廉價(jià)

由于“云”的特殊容錯(cuò)措施可以采用極其廉價(jià)的節(jié)點(diǎn)來(lái)構(gòu)成云，“云”的自動(dòng)化集中式管理，從而使得大量企業(yè)無(wú)需自己承擔(dān)日益高昂的數(shù)據(jù)中心管理成本，“云”的通用性使資源的利用率較之傳統(tǒng)系統(tǒng)大幅提升，因此用戶可以充分享受“云”的低成本優(yōu)勢(shì)，經(jīng)常只要花費(fèi)幾百美元、幾天時(shí)間就能完成以前需要數(shù)萬(wàn)美元、數(shù)月時(shí)間才能完成的任務(wù)，可賦予用戶前所未有的計(jì)算能力。[6]

四、關(guān)鍵技術(shù)

云計(jì)算的主要核心技術(shù)包括：硬件支撐技術(shù)，主要有高性能技術(shù)、高通量計(jì)算、高可靠和高可擴(kuò)展技術(shù)等；軟件支撐技術(shù)，主要有類似于Map-Reduce編程模式、分布冗余和列存儲(chǔ)方式等；虛擬化技術(shù)，主要有所有硬件設(shè)備的全虛擬化和選擇性的半虛擬化運(yùn)行模式等；安全技術(shù)，主要有網(wǎng)絡(luò)層次安全保護(hù)、服務(wù)器層次安全保護(hù)以及數(shù)據(jù)層次安全保護(hù)等；數(shù)據(jù)中心技術(shù)，主要有分布式動(dòng)態(tài)部署與服務(wù)組合、數(shù)據(jù)與計(jì)算綜合管理、可靠和可擴(kuò)展自主體系架構(gòu)等。

五、存在的問(wèn)題

1.數(shù)據(jù)隱私問(wèn)題：如何保證存放在云服務(wù)提供商里的個(gè)人或企業(yè)私有數(shù)據(jù)，不被非法利用，這個(gè)問(wèn)題不僅需要技術(shù)上的改進(jìn)，同時(shí)也需要在法律上做進(jìn)一步的完善。

2.數(shù)據(jù)安全性：有些數(shù)據(jù)是企業(yè)的商業(yè)機(jī)密，數(shù)據(jù)的安全性關(guān)系到企業(yè)的生存和發(fā)展。人們擔(dān)心他們存儲(chǔ)在云端數(shù)據(jù)的安全性。正因如此，用戶期待看到更加安全的應(yīng)用程序、更強(qiáng)的加密技術(shù)和良好的安全協(xié)議的提出。

3.缺乏統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：云計(jì)算的美好前景讓傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)廠商紛紛向云計(jì)算方向轉(zhuǎn)型。但是由于缺乏統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，尤其是接口標(biāo)準(zhǔn)，各廠商在開(kāi)發(fā)各自產(chǎn)品和服務(wù)的過(guò)程中各自為政，這為將來(lái)不同服務(wù)之間的互連互通帶來(lái)嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

六、應(yīng)用

所謂“云”就是指若干多的計(jì)算機(jī)集群組成的規(guī)模，有著云一樣的動(dòng)態(tài)變化的特點(diǎn)。

1.云物聯(lián)

物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和延伸。由原來(lái)的人與人，人與物，發(fā)展到物與物的互聯(lián)。物聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)用和發(fā)展是科技進(jìn)步、社會(huì)不斷發(fā)展的產(chǎn)物，云計(jì)算在對(duì)信息進(jìn)行處理和運(yùn)用上，發(fā)揮著相當(dāng)重要的作用。

2.云安全

云安全(Cloud Security)是一個(gè)由“云計(jì)算”演變而來(lái)的新詞。云安全的構(gòu)想策略是：使用者越多，每個(gè)使用者就相對(duì)的越安全，是因?yàn)槿绱她嫶蟮挠脩羧?，足可以覆蓋互聯(lián)網(wǎng)的每一個(gè)角落，只要某個(gè)木馬或某個(gè)新病毒一出現(xiàn)，立刻就會(huì)被發(fā)現(xiàn)并截獲。

3.云存儲(chǔ)

云存儲(chǔ)是指通過(guò)虛擬化、網(wǎng)格技術(shù)或分布式文件系統(tǒng)等技術(shù)功能，將網(wǎng)絡(luò)中各種不同類型大量的硬件存儲(chǔ)設(shè)備通過(guò)特定軟件集合起來(lái)協(xié)同工作，共同對(duì)外提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和業(yè)務(wù)訪問(wèn)功能的系統(tǒng)。當(dāng)云計(jì)算系統(tǒng)主要工作是對(duì)大批量數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和管理時(shí)，云計(jì)算系統(tǒng)中就需要配置大量的存儲(chǔ)設(shè)備，那么些時(shí)云計(jì)算系統(tǒng)就轉(zhuǎn)身變成為一個(gè)云存儲(chǔ)系統(tǒng)，所以云存儲(chǔ)是一個(gè)以數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理為核心的云計(jì)算系統(tǒng)。

4.云游戲

云游戲是以云計(jì)算為技術(shù)支撐基礎(chǔ)的一種游戲方式，在云游戲的運(yùn)行模式環(huán)境下，所有游戲都在服務(wù)器端運(yùn)行，并將實(shí)施渲染完畢后的游戲畫(huà)面經(jīng)壓縮后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送給游戲用戶。在客戶端，用戶的游戲設(shè)備不需要更換任何高端處理設(shè)備，只需要具備基本的視頻解壓能力就可以得到視覺(jué)效果頂尖的游戲畫(huà)面。

5.云計(jì)算

從技術(shù)上看，云計(jì)算與大數(shù)據(jù)的關(guān)系就像一枚硬幣的反正面一樣密不可分。大數(shù)據(jù)必然無(wú)法用單一的計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理,必須采用分布式計(jì)算架構(gòu)體系。它的特色在于對(duì)海量數(shù)據(jù)的深刻挖掘,但它必須依托云計(jì)算的分布式處理技術(shù)、分布式數(shù)據(jù)庫(kù)管理、云存儲(chǔ)技術(shù)和虛擬化技術(shù)。

七、小結(jié)

云計(jì)算是當(dāng)前發(fā)展十分迅速的新興產(chǎn)業(yè)，具有廣闊的發(fā)展前景，同時(shí)其所面臨的安全技術(shù)挑戰(zhàn)也是前所未有的，需要IT領(lǐng)域與信息安全領(lǐng)域的研究者共同探索解決之道。同時(shí)，云計(jì)算安全并不僅僅是技術(shù)問(wèn)題，它還涉及標(biāo)準(zhǔn)化、監(jiān)管模式、法律法規(guī)等諸多方面。因此，僅從技術(shù)角度出發(fā)探索解決云計(jì)算安全問(wèn)題是不夠的，需要信息安全學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界以及政府相關(guān)部門(mén)的共同努力，來(lái)制定云計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范云計(jì)算產(chǎn)業(yè)發(fā)展環(huán)境，順利迎接云計(jì)算時(shí)代的到來(lái)。

[1]劉鵬.云計(jì)算[M].北京:電子工業(yè)出版社,2010.

[2]高洪等.云計(jì)算分布式緩存技術(shù)及其在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用[J].中興通迅技術(shù),2012.

[3]陳康,鄭偉民.云計(jì)算系統(tǒng)實(shí)例與研究現(xiàn)狀[J].軟件學(xué)報(bào),2012.

[4]云計(jì)算的特點(diǎn).新華網(wǎng),2010-07-17.

[5]云計(jì)算對(duì)軟件開(kāi)發(fā)與測(cè)試的影響.中國(guó)云計(jì)算.2014-02-27.

[6]云計(jì)算的八大亮點(diǎn)應(yīng)用.中國(guó)云計(jì)算門(mén)戶站.2013-04-02.

[7]盧小賓,王濤.Google三大云計(jì)算技術(shù)對(duì)海量數(shù)據(jù)分析流程的技術(shù)改進(jìn)優(yōu)化研究[J].圖書(shū)情報(bào)工作,2015.03.

[8]張興旺,李晨暉.去計(jì)算環(huán)境下大規(guī)模數(shù)據(jù)處理的研究與初步實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代圖書(shū)情報(bào)技術(shù),2011.