云計算的核心技術與應用實例

一、云計算的概念

云計算(Cloud Computing)是由分布式計算(Distributed Computing)、并行處理(Parallel Computing)、網格計算(Grid Computing)發展來的，是一種新興的商業計算模型。目前，對于云計算的認識在不斷的發展變化，云計算沒仍沒有普遍一致的定義。

中國網格計算、云計算專家劉鵬給出如下定義：“云計算將計算任務分布在大量計算機構成的資源池上，使各種應用系統能夠根據需要獲取計算力、存儲空間和各種軟件服務”。

狹義的云計算指的是廠商通過分布式計算和虛擬化技術搭建數據中心或超級計算機，以免費或按需租用方式向技術開發者或者企業客戶提供數據存儲、分析以及科學計算等服務，比如亞馬遜數據倉庫出租生意。

二、云計算的核心技術

云計算系統運用了許多技術，其中以編程模型、數據管理技術、數據存儲技術、虛擬化技術、云計算平臺管理技術最為關鍵。

(一)編程模型

MapReduce是Google開發的java、Python、C++編程模型，它是一種簡化的分布式編程模型和高效的任務調度模型，用于大規模數據集(大于1TB)的并行運算。嚴格的編程模型使云計算環境下的編程十分簡單。MapReduce模式的思想是將要執行的問題分解成Map(映射)和Reduce(化簡)的方式，先通過Map程序將數據切割成不相關的區塊，分配(調度)給大量計算機處理，達到分布式運算的效果，再通過Reduce程序將結果匯整輸出。

(二)海量數據分布存儲技術

云計算系統由大量服務器組成，同時為大量用戶服務，因此云計算系統采用分布式存儲的方式存儲數據，用冗余存儲的方式保證數據的可靠性。云計算系統中廣泛使用的數據存儲系統是Google的GFS和Hadoop團隊開發的GFS的開源實現HDFS。

GFS即Google文件系統(Google File System)，是一個可擴展的分布式文件系統，用于大型的、分布式的、對大量數據進行訪問的應用。GFS的設計思想不同于傳統的文件系統，是針對大規模數據處理和Google應用特性而設計的。它運行于廉價的普通硬件上，但可以提供容錯功能。它可以給大量的用戶提供總體性能較高的服務。

(三)海量數據管理技術

云計算需要對分布的、海量的數據進行處理、分析，因此，數據管理技術必需能夠高效的管理大量的數據。云計算系統中的數據管理技術主要是Google的BT(BigTable)數據管理技術和Hadoop團隊開發的開源數據管理模塊HBase。BT是建立在GFS，Scheduler，Lock Service和MapReduce之上的一個大型的分布式數據庫，與傳統的關系數據庫不同，它把所有數據都作為對象來處理，形成一個巨大的表格，用來分布存儲大規模結構化數據。

Google的很多項目使用BT來存儲數據，包括網頁查詢，Google earth和Google金融。這些應用程序對BT的要求各不相同：數據大小(從URL到網頁到衛星圖象)不同，反應速度不同(從后端的大批處理到實時數據服務)。對于不同的要求，BT都成功的提供了靈活高效的服務。

(四)虛擬化技術

通過虛擬化技術可實現軟件應用與底層硬件相隔離，它包括將單個資源劃分成多個虛擬資源的裂分模式，也包括將多個資源整合成一個虛擬資源的聚合模式。虛擬化技術根據對象可分成存儲虛擬化、計算虛擬化、網絡虛擬化等，計算虛擬化又分為系統級虛擬化、應用級虛擬化和桌面虛擬化。

(五)云計算平臺管理技術

云計算資源規模龐大，服務器數量眾多并分布在不同的地點，同時運行著數百種應用，如何有效的管理這些服務器，保證整個系統提供不間斷的服務是巨大的挑戰。

云計算系統的平臺管理技術能夠使大量的服務器協同工作，方便的進行業務部署和開通，快速發現和恢復系統故障，通過自動化、智能化的手段實現大規模系統的可靠運營。

三、云計算的主要服務形式和典型應用

云計算還處于萌芽階段，有龐雜的各類廠商在開發不同的云計算服務。云計算的表現形式多種多樣，簡單的云計算在人們日常網絡應用中隨處可見，比如騰訊QQ空間提供的在線制作Flash圖片，Google的搜索服務，Google Doc，Google Apps等。目前，云計算的主要服務形式有：SaaS(Software as a Service)，PaaS(Platform as a Service)，IaaS(Infrastructure as a Service)。

(一)軟件即服務(SaaS)

SaaS服務提供商將應用軟件統一部署在自己的服務器上，用戶根據需求通過互聯網向廠商訂購應用軟件服務，服務提供商根據客戶所定軟件的數量、時間的長短等因素收費，并且通過瀏覽器向客戶提供軟件的模式。這種服務模式的優勢是，由服務提供商維護和管理軟件、提供軟件運行的硬件設施，用戶只需擁有能夠接入互聯網的終端，即可隨時隨地使用軟件。這種模式下，客戶不再像傳統模式那樣花費大量資金在硬件、軟件、維護人員，只需要支出一定的租賃服務費用，通過互聯網就可以享受到相應的硬件、軟件和維護服務，這是網絡應用最具效益的營運模式。對于小型企業來說，SaaS是采用先進技術的最好途徑。

以企業管理軟件來說，SaaS模式的云計算ERP可以讓客戶根據并發用戶數量、所用功能多少、數據存儲容量、使用時間長短等因素不同組合按需支付服務費用，既不用支付軟件許可費用，也不需要支付采購服務器等硬件設備費用，也不需要支付購買操作系統、數據庫等平臺軟件費用，也不用承擔軟件項目定制、開發、實施費用，也不需要承擔IT維護部門開支費用，實際上云計算ERP正是繼承了開源ERP免許可費用只收服務費用的最重要特征，是突出了服務的ERP產品。

目前，Salesforce.com是提供這類服務最有名的公司，Google Doc，Google Apps和Zoho Office也屬于這類服務。

(二)平臺即服務(PaaS)

把開發環境作為一種服務來提供。這是一種分布式平臺服務，廠商提供開發環境、服務器平臺、硬件資源等服務給客戶，用戶在其平臺基礎上定制開發自己的應用程序并通過其服務器和互聯網傳遞給其他客戶。PaaS能夠給企業或個人提供研發的中間件平臺，提供應用程序開發、數據庫、應用服務器、試驗、托管及應用服務。

Google App Engine，Salesforce的force.com平臺，八百客的800APP是PaaS的代表產品。以Google App Engine為例，它是一個由python應用服務器群、BigTable數據庫及GFS組成的平臺，為開發者提供一體化主機服務器及可自動升級的在線應用服務。用戶編寫應用程序并在Google的基礎架構上運行就可以為互聯網用戶提供服務，Google提供應用運行及維護所需要的平臺資源。

(三)基礎設施服務(IaaS)

IaaS即把廠商的由多臺服務器組成的“云端”基礎設施，作為計量服務提供給客戶。它將內存、I/O設備、存儲和計算能力整合成一個虛擬的資源池為整個業界提供所需要的存儲資源和虛擬化服務器等服務。這是一種托管型硬件方式，用戶付費使用廠商的硬件設施。例如Amazon Web服務(AWS)，IBM的BlueCloud等均是將基礎設施作為服務出租。

IaaS的優點是用戶只需低成本硬件，按需租用相應計算能力和存儲能力，大大降低了用戶在硬件上的開銷。

目前，以Google云應用最具代表性，例如GoogleDocs、GoogleApps、Googlesites，云計算應用平臺GoogleApp Engine。

GoogleDocs是最早推出的云計算應用，是軟件即服務思想的典型應用。它是類似于微軟的Office的在線辦公軟件。它可以處理和搜索文檔、表格、幻燈片，并可以通過網絡和他人分享并設置共享權限。Google文件是基于網絡的文字處理和電子表格程序，可提高協作效率，多名用戶可同時在線更改文件，并可以實時看到其他成員所作的編輯。用戶只需一臺接入互聯網的計算機和可以使用Google文件的標準瀏覽器即可在線創建和管理、實時協作、權限管理、共享、搜索能力、修訂歷史記錄功能，以及隨時隨地訪問的特性，大大提高了文件操作的共享和協同能力。

GoogleAPPs是Google企業應用套件，使用戶能夠處理日漸龐大的信息量，隨時隨地保持聯系，并可與其他同事、客戶和合作伙伴進行溝通、共享和協作。它集成了Cmail、GoogleTalk、Google日歷、GoogleDocs、以及最新推出的云應用GoogleSites、API擴展以及一些管理功能，包含了通信、協作與發布、管理服務三方面的應用，并且擁有著云計算的特性，能夠更好的實現隨時隨地協同共享。另外，它還具有低成本的優勢和托管的便捷，用戶無需自己維護和管理搭建的協同共享平臺。

Googlesites是Google最新發布的云計算應用，作為GoogleApps的一個組件出現。它是一個側重于團隊協作的網站編輯工具，可利用它創建一個各種類型的團隊網站，通過Googlesites可將所有類型的文件包括文檔、視頻、相片、日歷及附件等與好友、團隊或整個網絡分享。

Google AppEngine是Google在2008年4月發布的一個平臺，使用戶可以在Google的基礎架構上開發和部署運行自己的應用程序。目前，Google AppEngine支持Python語言和Java語言，每個Google AppEngine應用程序可以使用達到500MB的持久存儲空間及可支持每月500萬綜合瀏覽量的帶寬和CPU。并且，Google AppEngine應用程序易于構建和維護，并可根據用戶的訪問量和數據存儲需要的增長輕松擴展。同時，用戶的應用可以和Google的應用程序集成，Google AppEngine還推出了軟件開發套件（SDK），包括可以在用戶本地計算機上模擬所有Google AppEngine服務的網絡服務器應用程序。

[1]雷萬云.云計算——技術、平臺及應用案例[M].清華大學出版社,2011.

[2]炙土.云計算技術的產生、概念、原理、應用和前景[OL].賽迪網,2010.

[3]云計算應用面臨的問題[OL].CIO時代網,2013.