一种新兴的服务计算模式——云计算.doc

一种新兴的服务计算模式云计算摘要:云计算是一种新兴的服务计算模式,已成为当下热门的研究方向。本文分析了云计算的特点及研究现状，并介绍了云计算在数据存储、云服务以及计算等方面的关键技术。此外，通过分析探讨云计算在实际应用中存在的风险，阐述了云计算在未来发展中应注意的问题,并对云计算的前景做出展望。关键词:云计算， 云服务，云计算技术Abstract: Cloud computing is an emergingservicecomputing model。 Ithas become apopularresearchdirection。This paper analyzesthe characteristics and the current situationof cloud computing,and introduces thecloud computing technology indata storage，cloudservices and computing。In addition，through the discussion of cloud computingriskexisting in the actual application,we proposethe problems that should be paid attention to inthe future development ofcloud computing，andwe believe cloud computinghave a bright future。Keywords： cloud computing，cloud services,cloud computing technology1 引言随着计算机和互联网技术的不断发展及应用的深入，网络已聚合了计算资源、数据资源、软件资源以及服务资源等各种资源,但存在总量丰富而资源利用率低的矛盾。因此，为了有效地满足面向互联网的复杂应用对大规模计算能力、海量数据处理和信息服务的需求，将广域分布的异构、自治的资源进行按需组织和管理,更加有效地整合分散的计算资源，为用户和应用提供一体化的服务环境已成为一个重要的研究方向。另外，很多企业已经走到数据中心整合的大中心、集成的时代，这样可以享受到数据中心整合的优势,比如集中控制、集中管理，总体成本不断下降,而带来这些优势的同时，数据中心的管理层面,包括组织结构、流程、技术不同层面都带来了很大挑战,如何进行有效的管理,以实现整个系统的高可靠、持续运转成为一个亟待解决的问题。现在已经具有高带宽和低成本的网络能力、开放的标准和资源软件，并且虚拟化软件和技术不断发展，用户对远程计算模型接受程度不断加深。以上这些背景共同促成了一种新型服务计算模型：云计算的产生.云计算是在分布式计算特别是网格计算的不断发展中产生的,它是能够提供动态资源池、虚拟化和高可用性的下一代计算平台的核心技术。云计算既描述了一种平台，又描述了一种应用程序类型,云计算平台可以根据需要动态地提供、配置、重新配置以及取消提供服务器,云计算应用程序指的是经过扩展后可通过因特网进行访问的应用程序，这些云计算应用程序使用大型数据中心和强劲的服务器来托管Web应用程序和Web Service。2 云计算介绍2。1 定义维基百科：是一种基于互联网的计算方式，通过这种方式，共享的软硬件资源和信息可以按需提供给计算机和其他设备 http:/zh.wikipedia.org。Google ：将所有的计算和应用放置在“云中，设备终端不需要安装任何东西，通过互联网络来分享程序和服务 .微软:认为云计算的应是“云+端的计算，将计算资源分散分布,部分资源放在云上，部分资源放在用户终端，部分资源放在合作伙伴处，最终由用户选择合理的计算资源分布。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 2014年云计算大会云计算标准化体系草案中国云计算 2014-03-05 2014-03-7。2。2 特点云计算是通过使计算分布在大量的分布式计算机上,而非本地计算机或远程服务器中，企业数据中心的运行将与互联网更相似.这使得企业能够将资源切换到需要的应用上，根据需求访问计算机和存储系统.被普遍接受的云计算特点 Lizhe Wang, Jie Tao. Scientific Cloud Computing: Early Definition and ExperienceJ. 2008如下:(1）超大规模“云具有相当的规模,Google云计算已经拥有100多万台服务器, Amazon、IBM、微软、Yahoo等的“云”均拥有几十万台服务器。企业私有云一般拥有数百上千台服务器。“云”能赋予用户前所未有的计算能力.（2）虚拟化云计算支持用户在任意位置、使用各种终端获取应用服务。所请求的资源来自“云”，而不是固定的有形的实体.应用在“云”中某处运行，但实际上用户无需了解、也不用担心应用运行的具体位置。只需要一台笔记本或者一个手机,就可以通过网络服务来实现我们需要的一切，甚至包括超级计算这样的任务.（3）高可靠性“云使用了数据多副本容错、计算节点同构可互换等措施来保障服务的高可靠性，使用云计算比使用本地计算机可靠。（4)通用性云计算不针对特定的应用,在“云”的支撑下可以构造出千变万化的应用，同一个“云可以同时支撑不同的应用运行.（5）高可扩展性“云”的规模可以动态伸缩，满足应用和用户规模增长的需要。(6)按需服务“云”是一个庞大的资源池，你按需购买；云可以像自来水，电，煤气那样计费。（7）极其廉价由于“云”的特殊容错措施可以采用极其廉价的节点来构成云，“云”的自动化集中式管理使大量企业无需负担日益高昂的数据中心管理成本,“云的通用性使资源的利用率较之传统系统大幅提升，因此用户可以充分享受“云”的低成本优势，经常只要花费几百美元、几天时间就能完成以前需要数万美元、数月时间才能完成的任务.（8）潜在的危险性云计算服务除了提供计算服务外，还必然提供了存储服务。但是云计算服务当前垄断在私人机构（企业）手中，而他们仅仅能够提供商业信用。对于政府机构、商业机构（特别象银行这样持有敏感数据的商业机构）对于选择云计算服务应保持足够的警惕.一旦商业用户大规模使用私人机构提供的云计算服务，无论其技术优势有多强，都不可避免地让这些私人机构以“数据（信息)”的重要性挟制整个社会。对于信息社会而言,“信息”是至关重要的.另一方面，云计算中的数据对于数据所有者以外的其他用户云计算用户是保密的，但是对于提供云计算的商业机构而言确实毫无秘密可言.所有这些潜在的危险，是商业机构和政府机构选择云计算服务、特别是国外机构提供的云计算服务时,不得不考虑的一个重要的前提.2。3 研究现状2.3.1 国际云计算现状Google是云计算的提出者，多年的搜索引擎技术的积累成果使Google在云计算技术上处于领先的地位，不仅提供在线应用，还希望发挥自身的数据库系统优势，成为在线应用的统一平台。Google是典型的无“端系统,这迫使微软推出了保卫“端的策略。鉴于此,微软于2008年10月推出了Windows Azure操作系统.微软拥有全世界数以亿计的Windows用户桌面和浏览器，Azure（蓝天)试图通过在互联网架构上打造新云计算平台，让Windows由PC延伸到“蓝天”上.IBM从企业内部需求的逐渐上升出发，分析企业对于未来互联网及公众需求的应对策略，面对Google低端服务器战略的冲击，推出了从高端走向通用的云计算方案。依托IBM在服务器领域的传统优势，IBM成为目前唯一一个提供从硬件、软件到服务全部自主生产的厂商.从云计算的定义看,用户和企业对网络的依赖更为严重，这对思科等网络设备商带来了契机。思科将云计算定义为：云计算是基于整合的架构下、利用虚拟化2。3。2 国内云计算现状 国内云计算发展非常迅猛.2008年IBM在无锡建立了中国第一个云计算中心，在北京IBM中国创新中心建立了第二个云计算中心IBM大中华区云计算中心。2009年初在南京建立国内首个“电子商务云计算中心”。世纪互联推出了Cloud Ex产品线,包括完整的互联网主机服务“Cloud Ex Computing Service、基于在线存储虚拟化的“Cloud Ex Storage Service等云计算服务。中国移动推出了Big Cloud计划，中国移动研究院也完成了云计算中心试验.我国企业创造了“云安全”概念，通过网状的大量客户端对网络中软件行为的异常监测，获取互联网中木马、恶意程序的最新信息,在服务端进行自动分析和处理，再把解决方案分发到客户端。云安全的策略是:用户越多，越安全,用户群覆盖互联网的每个角落时，只要某个病毒出现，3 云计算服务及相关技术3。1 云计算服务模式美国国家标准和技术研究院在云计算的定义中明确了三种服务模式美国国家标准与技术研究院对云计算的定义. 美国国家标准和技术研究院. 2011年9月.：软体即服务（SaaS）：这是一种软体交付模式.在这种交付模式下，用户通常通过浏览器就可以访问相应的应用程序，而不需要了解背后运作的操作系统、硬件或者运作的网络基础架构.软体服务供应商通过租赁而非购买向用户提供服务，比较常见的是为用户提供一组账号和密码.正因为以上特点，用户可以通过“月租的方式而非一次性投资,可以缓解用户的资金紧张,同时还无需考虑折旧，以最小的成本获取不断更新的服务。平台即服务（PaaS)：这种服务模式实际上是把软件研发的平台作为一种服务，以软体即服务(SaaS）的模式交付给用户。这种模式中，消费者掌握着应用程序的运作环境同时也拥有部分主机掌握权,但是同样不掌握操作系统、硬件或者运作的网络基础架构。可以认为平台即服务（PaaS）是继软体即服务后兴起的一种新的软体应用模式或基础架构，常见的平台即服务如：GoogleAppEngine。基础设施即服务（IaaS）：这种服务可以很好的将硬件和软件进行整合,根据用户需求合理配置资源，为用户提供网站的服务和基础设施的服务.用户可以掌握操作系统、存储空间、相应的应用软件和包括防火墙在内的网络元件,但不能掌控包括服务器、路由器、交换机等在内的基础架构资产。具体三层服务体系架构如下图所示:图 1 云计算三层服务体系架构3.2 云计算核心技术云计算系统运用了许多技术，其中以编程模型、数据管理技术、数据存储技术、虚拟化技术、云计算平台管理技术最为关键.（1)编程模型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。严格的编程模型使云计算环境下的编程十分简单。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） 海量数据分布存储技术云计算系统由大量服务器组成，同时为大量用户服务,因此云计算系统采用分布式存储的方式存储数据，用冗余存储的方式保证数据的可靠性。云计算系统中广泛使用的数据存储系统是Google的GFS和Hadoop团队开发的GFS的开源实现HDFS.GFS即Google文件系统（Google File System），是一个可扩展的分布式文件系统，用于大型的、分布式的、对大量数据进行访问的应用。GFS的设计思想不同于传统的文件系统，是针对大规模数据处理和Google应用特性而设计的。它运行于廉价的普通硬件上,但可以提供容错功能。它可以给大量的用户提供总体性能较高的服务。一个GFS集群由一个主服务器（master）和大量的块服务器（chunkserver）构成，并被许多客户（Client）访问。主服务器存储文件系统所以的元数据，包括名字空间、访问控制信息、从文件到块的映射以及块的当前位置。它也控制系统范围的活动,如块租约（lease）管理，孤儿块的垃圾收集，块服务器间的块迁移.主服务器定期通过HeartBeat消息与每一个块服务器通信，给块服务器传递指令并收集它的状态。GFS中的文件被切分为64MB的块并以冗余存储，每份数据在系统中保存3个以上备份.客户与主服务器的交换只限于对元数据的操作，所有数据方面的通信都直接和块服务器联系，这大大提高了系统的效率，防止主服务器负载过重.（3） 海量数据管理技术云计算需要对分布的、海量的数据进行处理、分析，因此,数据管理技术必需能够高效的管理大量的数据.云计算系统中的数据管理技术主要是Google的BT（BigTable)数据管理技术和Hadoop团队开发的开源数据管理模块HBase。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。Google的很多项目使用BT来存储数据,包括网页查询,Google earth和Google金融。这些应用程序对BT的要求各不相同:数据大小（从URL到网页到卫星图象）不同，反应速度不同(从后端的大批处理到实时数据服务).对于不同的要求,BT都成功的提供了灵活高效的服务。（4)虚拟化技术 通过虚拟化技术可实现软件应用与底层硬件相隔离，它包括将单个资源划分成多个虚拟资源的裂分模式,也包括将多个资源整合成一个虚拟资源的聚合模式。虚拟化技术根据对象可分成存储虚拟化、计算虚拟化、网络虚拟化等，计算虚拟化又分为系统级虚拟化、应用级虚拟化和桌面虚拟化。（5）云计算平台管理技术云计算资源规模庞大，服务器数量众多并分布在不同的地点，同时运行着数百种应用,如何有效的管理这些服务器,保证整个系统提供不间断的服务是巨大的挑战.云计算系统的平台管理技术能够使大量的服务器协同工作,方便的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规模系统的可靠运营。4 发展及相关问题云计算的发展是一个实践指导理论的过程，目前各个不同国家和地区的云计算产业发展程度各有差异，与计算标准化进程由于缺乏主导企业的参与而进展缓慢，这使得各个不同云计算系统之间交互混乱，与此同时云计算发展还面临一些亟待解决的问题.（1）数据隐私问题：如何保证存放在云服务提供商的数据隐私，不被非法利用,不仅需要技术的改进，也需要法律的进一步完善。(2)数据安全性：有些数据是企业的商业机密,数据的安全性关系到企业的生存和发展。云计算数据的安全性问题解决不了会影响云计算在企业中的应用.(3）用户使用习惯：如何改变用户的使用习惯，使用户适应网络化的软硬件应用是长期而艰巨的挑战。（3) 网络传输问题：云计算服务依赖网络,目前网速低且不稳定,使云应用的性能不高。云计算的普及依赖网络技术的发展。5 结束语近年来,云计算技术得到了快速发展。随着它对人们日常生活的影响越来越深入，云计算最终使得计算和存储成为一种公共资源，像水、电一样渗透到人们生活的各个方面.作为一种能体现互联网精神的计算模式，云计算必将在不远的将来展示出强大的生命力,并将从多个方面改变我们的学习、工作和生活.与此同时，新的应用需求不断出现，比如实时搜索，在线推荐系统，社交网络分析等应用，将给云计算技术带来新的挑战。另外，在进行云计算研究与设计时，要针对云计算存在的风险,制定相应的制度与规范，以使云计算得到广泛的应用，并在科研、商业等方面发挥其显著的作用。参考文献