王黎明??

【摘要】云計算是在分布式計算、互聯(lián)網(wǎng)、大規(guī)模數(shù)據(jù)管理等技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種計算模式，可以將共享的軟硬件資源和信息按需提供給計算機和其他設(shè)備。本文從云計算的體系結(jié)構(gòu)、特點等方面入手，探討了云計算的關(guān)鍵技術(shù)的研究現(xiàn)狀，并展望了云計算未來的發(fā)展方向。

【關(guān)鍵詞】云計算；體系架構(gòu)；關(guān)鍵技術(shù)

Architecture and Key Technologies of Cloud Computing

Wang Li-ming

（Tianyuan Ruixin Communication Technology Co.， LtdXi'anShaanxi710075）

【Abstract】Cloud computing is a computational model developed on the basis of distributed computing， Internet， and large-scale data management. It can provide shared hardware and software resources and information to computers and other devices on demand. This paper starts from the aspects of the architecture and characteristics of cloud computing， discusses the current situation of the key technology of cloud computing， and looks forward to the future development direction of cloud computing.

【Key words】Cloud computing；Architecture；Key technology

1. 前言

（1）近年來，社交網(wǎng)絡(luò)、電子商務(wù)、在線視頻、搜索引擎等新一代大規(guī)?；ヂ?lián)網(wǎng)應(yīng)用發(fā)展迅速。這些新興的應(yīng)用具有數(shù)據(jù)存儲量大、業(yè)務(wù)增長速度快等特點。據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，在線視頻網(wǎng)站優(yōu)酷網(wǎng)已存儲18PB數(shù)據(jù)，并且每天新增80TB 數(shù)據(jù)；社交網(wǎng)站Facebook 已超過Google的訪問量，數(shù)據(jù)中心存儲了15PB 數(shù)據(jù)，并且每天需要處理500TB 數(shù)據(jù)。與此同時，傳統(tǒng)企業(yè)的軟硬件維護成本高昂：在企業(yè)的IT 投入中，僅有20% 的投入用于軟硬件更新與商業(yè)價值的提升，而80% 的投入則用于系統(tǒng)維護。為了解決上述問題，云計算應(yīng)運而生。

（2）云計算分私有云和公共云。私有云需要用戶自己購買硬件設(shè)備，自行維護整個系統(tǒng)，所有數(shù)據(jù)由用戶自己管理，云的規(guī)模相對比較有限，云計算的高性能和高性價比的優(yōu)勢沒有充分體現(xiàn)。公共云的應(yīng)用中，用戶不需要購買設(shè)備和自己維護系統(tǒng)，可按需支付費用給云服務(wù)提供商， 用戶通過網(wǎng)絡(luò)就可以方便地獲取所需的計算、存儲等資源，整個服務(wù)資源的調(diào)度、管理、維護等工作由云服務(wù)提供商負(fù)責(zé)，用戶不必關(guān)心“云”內(nèi)部的實現(xiàn)，共公云有著更大的靈活性和成本優(yōu)勢。

2. 云計算體系架構(gòu)

（1） 核心服務(wù)層云計算的核心服務(wù)層可以分為基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)層、平臺服務(wù)層及軟件服務(wù)層。其中基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)層為云計算提供了硬件基礎(chǔ)設(shè)施的部署服務(wù)， 它能夠根據(jù)用戶需要提供實體或虛擬的計算、存儲及網(wǎng)絡(luò)等資源。在使用該服務(wù)層的過程中， 用戶需要向服務(wù)提供商提供基礎(chǔ)設(shè)施的配置信息， 運行于基礎(chǔ)設(shè)施的程序代碼以及相關(guān)的用戶數(shù)據(jù)。基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)層通過引人虛擬化技術(shù)， 能夠極大提高服務(wù)的可靠性和規(guī)模。平臺服務(wù)層是云計算應(yīng)用程序的運行環(huán)境， 它為云計算提供了部署和管理服務(wù)。通過利用相應(yīng)的軟件工具和開發(fā)語言， 應(yīng)用程序開發(fā)人員只需要通過上傳程序代碼及相關(guān)數(shù)據(jù)即可使用相應(yīng)的服務(wù)。不需要關(guān)心底層系統(tǒng)的管理問題。平臺服務(wù)層具有對海量數(shù)據(jù)的存儲和處理能力，能夠通過有效的資源管理與調(diào)度策略來提高數(shù)據(jù)的處理效率。軟件服務(wù)層是基于云計算基礎(chǔ)平臺所開發(fā)的應(yīng)用程序。企業(yè)用戶可以通過租用軟件服務(wù)來解決企業(yè)的信息化問題同時， 該服務(wù)層能夠?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用程序的互聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)移， 實現(xiàn)應(yīng)用程序的泛在訪問。

（2） 服務(wù)管理層服務(wù)管理層為云計算的核心服務(wù)層的可用性、可靠性及使用安全性提供了保障。服務(wù)管理主要包括了對服務(wù)質(zhì)量的保證和安全管理等多個方面的內(nèi)容。云計算平臺規(guī)模龐大且具有復(fù)雜的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)， 很難保證用戶所要求的服務(wù)質(zhì)量。對此， 云計算服務(wù)提供商與用戶進行協(xié)商， 制定服務(wù)水平協(xié)議， 使得服務(wù)提供商與用戶能夠達(dá)成統(tǒng)一的質(zhì)量要求標(biāo)準(zhǔn)。此外， 由于云計算會使用戶的所有數(shù)據(jù)都存儲與云端服務(wù)器， 這就使用戶非常關(guān)心數(shù)據(jù)的安全問題。服務(wù)管理層采用資源集中的管理方式使得云計算平臺存在單點失效問題。保存在云端的數(shù)據(jù)可能會因為多種原因發(fā)生丟失以及泄漏的危險。根據(jù)云計算服務(wù)的特點， 研究云計算環(huán)境下數(shù)據(jù)的安全保護技術(shù)是保證云計算健康發(fā)展的關(guān)鍵所在。

（3） 用戶訪問接口層用戶訪問借口實現(xiàn)了云計算服務(wù)的泛在訪問。它所提供的泛在訪問服務(wù)既能夠為終端設(shè)備提供應(yīng)用程序開發(fā)借口， 又能夠?qū)崿F(xiàn)多種服務(wù)的組合應(yīng)用。用戶訪問接口層中所包含的門戶形式， 能夠?qū)崿F(xiàn)桌面程序網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)的移植， 從而提高程序的易用性， 為用戶帶來方便， 提高用戶的工作效率。

3. 云計算關(guān)鍵技術(shù)

（1）虛擬化技術(shù)。云計算通過虛擬化技術(shù)將離散的硬件資源統(tǒng)一起來以創(chuàng)建共享動態(tài)平臺， 為用戶提供PaaS、SaaS、IaaS服務(wù)。目前在云計算中普遍使用三種虛擬機技術(shù)：VMware、Xen和Citrix。云計算平臺主要采用集中控制方式管理多虛擬機資源，即通過集中控制器管理多個宿主機節(jié)點，并利用節(jié)點的虛擬機監(jiān)控器管理其上的虛擬機， 從而實現(xiàn)云計算環(huán)境下多虛擬機的集中管理。針對集中管理存在的一些不足，如宿主機節(jié)點間缺乏協(xié)同交互機制、不能自主觸發(fā)動態(tài)遷移等，劉進軍等人提出了一種面向云計算的基于P2P 結(jié)構(gòu)的多虛擬機管理模型， 實現(xiàn)了宿主機節(jié)點資源的負(fù)載均衡及按需使用。袁文成等人提出一種面向虛擬資源的云計算資源管理機制，通過資源劃分策略、資源預(yù)留策略實現(xiàn)對虛擬資源的分配， 確保用戶對虛擬資源使用的有效性，并提出一種借入/借出調(diào)度策略來實現(xiàn)虛擬資源利用率的最大化。H. Andrés Lagar-Cavilla， Joseph A. Whitney 等人提出了Rapid Virtual Machine Cloning for Cloud Computing，提出了虛擬機克隆方法，該方法瞬間可產(chǎn)生多個虛擬機，可以將一個虛擬機快速克隆到云計算集群內(nèi)不同的物理主機上， 并使在不同的主機上運行的所有副本共享相同的初始狀態(tài)， 該方法可以根據(jù)計算的需要分配資源， 從眾多的物理機中創(chuàng)建一個合理大小的虛擬集群，由這個虛擬集群來完成相應(yīng)的計算，虛擬機克隆使得云計算提供商能夠快速有效地部署系統(tǒng)資源。endprint

（2）安全性。在公共云計算環(huán)境中，用戶不再擁有基礎(chǔ)設(shè)施的硬件資源，軟件都運行在“云”中，用戶數(shù)據(jù)在云服務(wù)器端，可被拷貝多份用以容錯容災(zāi)， 數(shù)據(jù)安全問題就成為公共云普及中重要的顧慮之一。數(shù)據(jù)的安全主要受到兩個方面的威脅，即外部入侵威脅和內(nèi)部惡意破壞威脅。目前，云計算安全關(guān)鍵技術(shù)主要研究虛擬安全技術(shù)、可信訪問控制、密文檢索與處理、數(shù)據(jù)存在與可使用性證明、數(shù)據(jù)隱私保護、云資源訪問控制、可信云計算等。現(xiàn)有的安全措施能夠保護物理硬件的安全， 記錄操作日志及對雇員的監(jiān)控等， 然而這些安全措施不能保證覆蓋到所有安全漏洞及預(yù)警安全威脅的發(fā)生。

（3）數(shù)據(jù)存儲。云計算中利用服務(wù)器集群，采用分布式冗余存儲的方式來保證存儲數(shù)據(jù)的可靠性。目前的云存儲系統(tǒng)基本都采用Master/Slave 結(jié)構(gòu)，包括Google 的GFS、Yahoo 采用的HDFS和Amazon 的S3 等，還包括Microsoft 的SkyDrive，Sun 的Honeycomb，HP 的Upline，EMC 的Atoms 等， 其中HDFS，KFS，Sector 為參考GFS 進行實現(xiàn)的開源項目。GFS 是一個分布式文件系統(tǒng)，它能夠處理大規(guī)模分布式數(shù)據(jù)。

4. 結(jié)束語

云計算具有廣闊的發(fā)展前景，體系構(gòu)架及相關(guān)的各項關(guān)鍵技術(shù)也在不斷發(fā)展，現(xiàn)代軟件應(yīng)用和商務(wù)處理的全球化、信息化和自動化，必將為云計算的研究發(fā)展提供廣泛的市場和應(yīng)用背景。云計算所帶來的新興IT 資源共享和應(yīng)用模式是互聯(lián)網(wǎng)之后的又一次變革，將給IT 產(chǎn)業(yè)特別是軟件服務(wù)業(yè)帶來深遠(yuǎn)影響。

參考文獻(xiàn)

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