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云计算的发展及运用

摘要
本论文通过分析云计算最新的技术以及运用,对云计算目前的概况进行总结与分析，并且对云计算的未来进行展望。首先阐述云计算的概念与发展历程，对云计算进行总结性描述；然后解释云计算的六大关键技术（海量分布式存储技术、并行编程模式、数据管理技术、分布式资源管理技术、云计算平台管理技术、绿色节能技术），对云计算进行进一步的分析；接着总结出目前最新的企业所提供的云计算(Google云计算、IBM云计算、Amazon云计算）服务,对云计算的运用方式进一步的描述。最终总结出云计算对于企业及个人用户的优势所在,以及未来云计算将会改变IT产业的发展方向。
关键词
云计算 分布式存储技术 GFS MapReduce
目录
引言 3
一、 当前中国互联网概况 3
二、 云计算的概念及发展进程 5
（一） 云计算概念 5
（二） 云计算的产生背景及发展进程 5
三、 云计算的关键技术 6
（一) 海量分布式存储技术 6
(二） 并行编程模式 6
(三) 数据管理技术 6
（四） 分布式资源管理技术 6
（五) 云计算平台管理技术 7
(六) 绿色节能技术 7
四、 云计算的服务和典型应用 7
（一） 云计算提供的服务 7
1。 基础设施即服务IaaS 7
2。 平台即服务PaaS 8
3. 软件即服务SaaS 8
（二) 云计算典型应用 8
1。 Google云计算平台 8
2。 IBM云计算平台 8
3。 Amazon云计算 9
总结 9
参考文献 9
引言
随着IT技术的发展，资源共享动态化、网络服务动态化、以及服务量化等需求瓶颈渐渐出现，随之而来的云计算也就渐渐的出现在大家的视野当中。
继个人计算机变革、互联网变革之后，云计算被看作第三次IT浪潮，是中国战略性新兴产业的重要组成部分。它将带来生活、生产方式和商业模式的根本性改变,云计算将成为当前全社会关注的热点。
目前的IT服务缺点显而易见，网络存储不方便，信息交流即时信不强，本地硬件费用高昂、信息安全性不足等问题一直难以解决.但是利用云计算平台,这些问题都将迎刃而解。对于个人，云计算将提供更方便的资源共享，更便捷的网络信息交流,更安全的终端运用以及更大的网络存储空间；对于企业,云计算将提供更安全的信息保护，更智能的用户服务体验，更廉价的硬件费用以及更便捷的网络维护。
云计算目前处于新兴发展阶段，其运用价值极高。他的运用囊括IT业内几乎所有运用，包括云物联、云安全、云存储、云呼叫、云游戏以及云游戏等运用服务.然而中国云计算产业分为市场准备期、起飞期和成熟期三个阶段.当前,中国云计算产业尚处于导入和准备阶段，处于大规模爆发的前夜。
因此，学习云计算和研究云计算是很有价值的，因为它将带来另一场IT风暴。
一、 当前中国互联网概况
根据中国互联网络信息中心（CCNIC）与2013年初发布的《第31次中国互联网络发展状况统计报告》显示,目前中国网民有5。64亿人，普及率达到了42。1%,并且手机网民也达到了4.20亿人,其趋势可以见图1和图2。因此可以看出中互联网发展飞速,前景十分可观.
图1 中国网民增长趋势
图2 中国手机网民增长趋势
此外,CCNIC的31次报告也指出了当前中国互联网应用的占有比例，如图3
图3 中国互联网应用占有比例
根据此份报道可以看出,当前互联网主要应用增长比例较大的在电子商务之上,并且在网络娱乐、交流沟通和信息获取上均有增长.因此，中国的互联网发展是积极的方向，而且需求将会持续增长,那么如何改变和提升整体互联网水平呢？我相信云计算将为给出答案，云计算的优越性将会是IT行业产生质的飞跃。
二、 云计算的概念及发展进程
（一） 云计算概念
美国国家标准与技术研究院(NIST）定义：云计算是一种按使用量付费的模式，这种模式提供可用的、便捷的、按需的网络访问, 进入可配置的计算资源共享池（资源包括网络，服务器,存储，应用软件，服务)，这些资源能够被快速提供，只需投入很少的管理工作，或与服务供应商进行很少的交互［4］。
Wiki定义：云计算是一种通过Internet以服务的方式提供动态可伸缩的虚拟化的资源的计算模式[4］.
图4
简而言之，如图1所示,云计算的目标就是如同用水、煤气、电等资源一样来利用计算机资源。
（二） 云计算的产生背景及发展进程
在以往的模式下，不论是企业还是政府部门建立一套IT设施都需要花高额费用购买硬件设备，并且需要配备专业的技术人员维护和后期的硬件升级费用。此外，对于个人来说，自己购买一个终端设备，里面包含各种的付费软件大多是自己用不到的，而自己却要为之付出金钱。这些都是传统模式下IT技术发展的瓶颈.
但是，由于云计算概念的出现，传统的IT观念必须改变。正如早在上世纪60年代，麦卡锡就提出了把计算能力作为一种像水和电一样的公用事业提供给用户的理念，这成为云计算思想的起源.的确如此，如果抛弃传统的购买硬件模式，而转变为“租”硬件的模式，那么费用必将降低。因为不论是组织还是个人，你所花费的钱将购买你所需要的服务，不再为不必要的东西付费。
那么也就是说,人们仅仅需要一台终端显示器连接远程的云端，那么一切的服务都将可以实现。因此，云计算才会如此热门.
目前,世界各大企业,如：IBM、谷歌、亚马逊等都在发展和提高云计算服务，并且国内的百度、阿里云等也在研究和提供云计算服务.
总结下来，云计算的发展是经历了4个阶段才发展到如今,这4个阶段分别是：电厂模式阶段、效用计算阶段、网格计算阶段、云计算阶段。其中，电厂模式是指：利用电厂规模效应，降低价格；效用计算：整合分布的服务器资源共享给用户；网格计算：将需要花费较大计算能力的问题分割为小部分解决。
三、 云计算的关键技术
云计算固然热门，但是实现云计算并非易事，掌握其中的关键技术才是重中之重。对于云计算，总结下来共有六大关键技术，以下来一一说明:
（一） 海量分布式存储技术
云计算依靠于成千上万的服务器支撑，因此为保证高可用、高可靠和经济性，云计算采用分布式存储的方式来存储数据和冗余存储的方式来保证存储数据的可靠性［1]。 其中最广泛使用的是Google开发的GFS(Google file system）文件系统[2］。
GFS（Google file system)文件系统是一个可扩展的分布式系统，它不同于普通文件系统，他是基于大数据处理和访问而开发的,可以运行于廉价计算机.
一个GFS集群式由一个主服务器和大量的块服务器构成，提供用户访问.主服务器包含元数据，已经元数据到块的映射，并且集中管理块的分布.客户与主务器交换仅限于元数据，而所有数据交换在于块服务器与主服务器。
（二） 并行编程模式
云计算采用MapReduce编程模式，将任务自动分成多个子任务，通过Map和Reduce两部实现任务在大规模计算节点中的调度与分配［1].
MapReduce是Google开发的java、Python、C++编程模型，它是一种简化的分布式编程模型和高效的任务调度模型，用于大规模数据集(大于1TB）的并行运算。MapReduce模式的思想是将要执行的问题分解成Map（映射）和Reduce（化简)的方式，先通过Map程序将数据切割成不相关的区块，分配（调度）给大量计算机处理，达到分布式运算的效果,再通过Reduce程序将结果汇整输出［2]。
（三） 数据管理技术
云计算系统对大数据集进行处理、分析,向用户提供高效的服务。因此,数据管理技术必须能够高效地管理大数据集.云系统的数据管理往往采用列存储的数据管理模式,保证海量数据存储和分析性能。云计算的数据管理技术最著名的是Googe的BigTable数据管理技术,同时Hadop开发团队开发了BigTable的开源数据管理模块HBase［1］。
BT是建立在GFS， Scheduler， Lock Service和MapReduce之上的一个大型的分布式数据库，与传统的关系数据库不同，它把所有数据都作为对象来处理,形成一个巨大的表格，用来分布存储大规模结构化数据[2］.
（四） 分布式资源管理技术
在多节点并发执行环境,分布式资源管理系统是保证系统状态正确性的关键技术。系统状态需要在多节点之间同步，关键节点出现故障时需要迁移服务，分布式资源管理技术通过锁机制协调多任务对于资源的使用，从而保证数据操作的一致性。Google的Ghubby就是一个典型的分布式资源管理系统［1］
（五） 云计算平台管理技术
云计算系统管理技术是云计算的“神经网络”,通过这些技术能够是大量的服务器协同工作，方便地进行业务部署和开通，快速发现和恢复系统故障，通过自动化、智能化的手段实现大会磨系统的可运营、可管理。［1]
（六） 绿色节能技术
云计算技术降低了服务器的采购成本，从而使电源消耗所带来的运营成本成为云计算计算中心的主要开支之一，为了进一步降低成本,云计算的先去在绿色节能技术上进行了大量探索.［1]
四、 云计算的服务和典型应用
（一） 云计算提供的服务
云计算分别提供基础设施即服务（IaaS）,平台即服务(PaaS）和软件即服务(SaaS）。其层结构如图1:
图5
1. 基础设施即服务IaaS
Iaas通过网络向用户提供计算机（物理机和虚拟机)、存储空间、网络连接、负载均衡和防火墙等基本计算资源；用户在此基础上部署和运行各种软件，包括操作系统和应用程序。[4］
这是一种托管型硬件方式，用户付费使用厂商的硬件设施。例如Amazon Web服务(AWS）, IBM的BlueCloud等均是将基础设施作为服务出租。目前，以Google云应用最具代表性，例如GoogleDocs、GoogleApps、Googlesites，云计算应用平台GoogleApp Engine。
2. 平台即服务PaaS
PaaS实际上是指将软件研发的平台作为一种服务,以SaaS的模式提交给用户.因此，PaaS也是SaaS模式的一种应用。但是，PaaS的出现可以加快SaaS的发展，尤其是加快SaaS应用的开发速度［4］。
这是一种分布式平台服务，厂商提供开发环境、服务器平台、硬件资源等服务给客户,用户在其平台基础上定制开发自己的应用程序并通过其服务器和互联网传递给其他客户。PaaS能够给企业或个人提供研发的中间件平台，提供应用程序开发、数据库、应用服务器、试验、托管及应用服务。例如，Google App Engine， Salesforce的force。com平台。［2］
3. 软件即服务SaaS
它是一种通过Internet提供软件的模式，用户无需购买软件，而是向提供商租用基于Web的软件，来管理企业经营活动[4].
SaaS服务提供商将应用软件统一部署在自己的服务器上，用户根据需求通过互联网向厂商订购应用软件服务，服务提供商根据客户所定软件的数量、时间的长短等因素收费，并且通过浏览器向客户提供软件的模式。这种模式下,客户不再像传统模式那样花费大量资金在硬件、软件、维护人员,只需要支出一定的租赁服务费用,通过互联网就可以享受到相应的硬件、软件和维护服务，这是网络应用最具效益的营运模式[2]。
（二） 云计算典型应用
1. Google云计算平台
Google的云计算主要由MapReduce、Google文件系统（GFS）、BigTable组成。它们是Google内部云计算基础平台的3个主要部分。Google 还构建其他云计算组件,包括一个领域描述语言以及分布式锁服务机制等。
例如GoogleApps，这是一个托管式的运用软件云服务，属于PaaS.开发者可以将自己开发的应用程序上传到云端，租用谷歌的服务器进行开发和托管。在首次申请GoogleApps账户时可以免费托管10个运用程序，如果还需要扩容，则需要付费购买.
再例如Google的IaaS云服务,用户将可以租用云端的服务器主机,在云端可以拥有自己的操作系统等资源,并且可以运行各种软件，也就意味着可以用于搭建自己的WEB服务器、文件服务器等。
2. IBM云计算平台
IBM云计算是致力于对于企业用户的云计算解决方案，帮助企业用户快速搭建云计算平台.
IBM 云解决方案充分利了IBM SmartCloud Foundation.IBM SmartCloud Foundation 集各种技术于一体，支持私有云、混合云、服务的虚拟化、自动化和管理。SmartCloud Foundation 使各大企业能够轻松地构建并快速地扩展私有云环境,并将其快速地投入市场、整合和管理。
其产品明星构架产品包括：System X易云构架、System Z高效云构架、IBM Storage云存储构架
3. Amazon云计算
亚马逊（Amazon）是全球最大的在线图书零售商，为了解决交易高峰带来的堵塞,其购买了大量的服务器,但是其中大量闲置被浪费.因此，亚马逊公司决定将服务器出租，并且研究发展云计算。
目前亚马逊云计算最新的服务是AMS（Amazon Web Services)，它 提供了一整套基础设施和应用程序服务，使您几乎能够在云中运行一切应用程序：从企业应用程序和大数据项目,到社交游戏和移动应用程序.
总结
云计算是目前IT界最新以及最有前途的一项新技术，其发展甚至会改变传统IT界的发展。其优势显而易见，硬件需求不高,用户广泛。需要的是业界的投入与发展.其发展的前景很好，用户面比较广。根据当前中国互联网的规模和需求,其存在并且发展的意义是十分巨大的。需求对企业用户，他们不必花费大量的资金去购买服务器,也不必花大量的人力去监管服务器,他们仅仅需要在云端租借一块服务器,并且免去了后期的升级和维护；对于个人用户,自己可以在云端付费租借服务器搭建自己的个人博客，托管自己的应用程序，存储各种的各种资料等。这意味着，云计算将会成为和水、煤气、电一样的基础物品，用户仅用花费少量的价钱就可以随时随地的享受服务。
参考文献
［1] Prince Wang 。解析：云计算发展进程中的六大关键技术[EB/OL］。 http：// 2012-04-06
［2］ 王峥. 云计算技术的产生、概念、原理、应用和前景［EB/OL]. 2010年08月09日
［3] 蔡英。 基于ASP.的云计算在校园网中的应用与研究［D].商丘:商丘师范学院,2012年5月
[4] 钟悦轩。云计算［EB/OL]。 http：// 2013年5月
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