淺談云計算與信息系統(tǒng)仿真

摘 要：本文主要對云計算相關知識進行了簡介，并從應用模式和關鍵技術(shù)兩個方面探討了云計算在信息系統(tǒng)仿真中的應用。

關鍵詞：云計算；信息系統(tǒng)仿真；關鍵技術(shù)

隨著云計算的不斷發(fā)展，已在很多領域取得卓越的成效。將云計算的理念和技術(shù)引入信息系統(tǒng)仿真領域，可以為信息系統(tǒng)仿真提供更加強大的基礎設施、仿真平臺及仿真軟件等的支持，更能進一步提高仿真的效率和降低成本。

1 云計算概述

1.1 什么是云計算

云計算仍處在發(fā)展階段，關于云計算（Cloud Computing）的定義可謂眾說紛紜，據(jù)ISO組織的調(diào)查，云計算的定義多達20多種。可以看下面幾種定義。從谷歌的角度來看，云計算是以用戶為中心的，是以任務為中心的，是強大的，是易于訪問的，是智能的，是可編程的。百度百科中的定義是這樣的，云計算是基于互聯(lián)網(wǎng)的相關服務的增加、使用和交付模式，通常涉及通過互聯(lián)網(wǎng)來提供動態(tài)易擴展且經(jīng)常是虛擬化的資源。美國國家標準與技術(shù)研究院（NIST）給出的定義，云計算是一種模式，能以泛在的、便利的、按需的方式通過網(wǎng)絡訪問可配置的計算資源（例如網(wǎng)絡、服務器、存儲器、應用和服務），這些資源可實現(xiàn)快速部署與發(fā)布，并且只需要極少的管理成本或服務提供商的干預。

云計算的三種服務模式：

⑴基礎設施即服務（IaaS）：為用戶提供按需的基礎設施服務。

⑵平臺即服務（PaaS）：提供用戶應用程序運行的軟件平臺，并作為一項服務提供給用戶，包括軟件開發(fā)測試、部署、運行環(huán)境以及應用程序托管服務。

⑶軟件及服務（SaaS）：“將軟件作為服務”是將某些特定應用軟件功能封裝成服務。該軟件的單個實例運行于云上，并為多個最終用戶或客戶機構(gòu)提供服務。

1.2 云計算的特點

⑴超大規(guī)模：云中具有成千上萬臺服務器，云能賦予用戶前所未有的計算能力。

⑵虛擬化：云支持用戶在任意位置，使用各種終端獲取應用服務，所請求的資源來自云而不是固定的有形的實體。應用在云中某處運行，實際上用戶無需了解，也不用擔心應用運行的具體位置，只需要一臺筆記本或者一個手機，就可以通過網(wǎng)絡服務來實現(xiàn)我們需一切，甚至包括超級計算這樣的任務。

⑶高可靠性：云使用了數(shù)據(jù)多副本容錯、計算節(jié)點同構(gòu)可互換等措施來保障服務的高可靠性，使用云計算比使用本地計算機更加可靠。

⑷通用性：云計算不針對特定的應用，在云的支撐下可以構(gòu)造出千變?nèi)f化的應用。

⑸高可擴展性：云的規(guī)模可以動態(tài)伸縮 ，滿足應用和用戶規(guī)模增長的需要。

⑹按需服務：云是一個龐大的資源池，你按需購買，云可以象自來水、電、煤氣那樣計費。

⑺極其廉價：云的自動化集中式管理使大量企業(yè)無需負擔日益高昂的數(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，經(jīng)常只要花費幾百美元、幾天時間就能完成以前需要數(shù)萬美元、數(shù)月時間才能完成的任務。《紐約時報》使用亞馬遜的云計算服務在不到24個小時的時間處理了1100萬篇文章，累計花費240美元，如使用自己的服務器，需要數(shù)月和多得多的費用。

1.3 云計算的發(fā)展現(xiàn)狀

目前Google、亞馬遜、雅虎、微軟、Oracle、IBM、Dell、SUN等國際上知名的IT公司都在積極地研究和部署云計算，并已經(jīng)開始提供云計算商業(yè)服務。Google正在運營云計算商用平臺---在線應用服務托管平臺Google應用引擎（GAE），軟件開發(fā)者可以在此之上編寫應用程序，企業(yè)客戶可以使用定制化的網(wǎng)絡服務。典型的應用方式有Gmail、Google Picasa Web以及可收費的Google應用軟件套件Google Apps。云計算在軍事領域也已得到了高度的重視。美國國防信息系統(tǒng)局（DISA）從2008年開始著手云計算應用，為美國軍方和國防部開發(fā)一系列的云計算方案，并在2012年9月4日，發(fā)布了《2013-2018年戰(zhàn)略規(guī)劃》，將云計算列入了“戰(zhàn)略技術(shù)清單”。

國內(nèi)，云計算發(fā)展得也很快。中國電信在上海構(gòu)建了一個擁有2PB存儲空間的云存儲平臺e云；中國移動研究院已經(jīng)建立起1000臺機器的云計算試驗中心；瑞星、金山、360安全衛(wèi)士等均推出了云安全解決方案；華為、中興公司都做出了云計算戰(zhàn)略部署；2008年，IBM就在無錫和北京建立了兩個云計算中心。中國電子學會云計算專家委員會于2008年11月25日成立，目前已舉辦了四屆中國云計算大會。

2 云計算在信息系統(tǒng)仿真中的應用

2.1 應用模式

根據(jù)云計算的三種服務模式，其在信息系統(tǒng)仿真中的應用也可有三種模式：

⑴基礎設施即服務（IaaS）：服務機構(gòu)（運營商）提供基礎設施資源，如虛擬主機/存儲/網(wǎng)絡/數(shù)據(jù)庫管理等，用戶無需購買服務器、網(wǎng)絡設備和存儲設備，只需通過網(wǎng)絡（如軍網(wǎng)或民用互聯(lián)網(wǎng)）申請、審批、付費（或租賃），即可搭建自己的應用系統(tǒng)。服務機構(gòu)提供海量數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)計算、信息處理和查詢消息傳遞等可靠、低成本的服務。

對于信息系統(tǒng)仿真來說，該服務類型可以有效避免硬件建設的重復投資，降低資源使用成本和推廣應用門檻，從而促進信息系統(tǒng)仿真的普及。

⑵平臺即服務（PaaS）：提供用戶應用程序運行的軟件平臺，并作為一項服務提供給用戶，包括軟件開發(fā)測試、部署、運行環(huán)境以及應用程序托管服務。

對于信息系統(tǒng)仿真來說，該服務類型適宜搭建全軍參與的仿真系統(tǒng)。試想，如果上級機構(gòu)或技術(shù)實力很強的研究機構(gòu)能夠提供信息系統(tǒng)仿真系統(tǒng)平臺的數(shù)據(jù)服務引擎、模型構(gòu)建引擎、模型運行引擎、平臺管理服務引擎、系統(tǒng)集成架構(gòu)與接口等標準化、規(guī)范化，甚至一體化的解決方案和服務，那不僅會提高信息系統(tǒng)仿真系統(tǒng)的建設質(zhì)量和應用水平，而且會顯著提高全軍上下參與信息系統(tǒng)仿真建設的積極性，發(fā)揮更多人的聰明才智，且能從大大減少的重復研發(fā)中有效降低信息系統(tǒng)仿真成本。

⑶軟件及服務（SaaS）：“將軟件作為服務”是將某些特定應用軟件功能封裝成服務。該軟件的單個實例運行于云上，并為多個最終用戶或客戶機構(gòu)提供服務。

對于信息系統(tǒng)仿真來說，該服務類型是統(tǒng)一技術(shù)體制，提高信息共享程度的極佳途徑； 也是減少“煙囪”、“孤島”的有效手段。

2.2 關鍵技術(shù)

⑴虛擬化技術(shù)：云計算的虛擬化技術(shù)不同于傳統(tǒng)的單一虛擬化，它是涵蓋整個IT架構(gòu)的，包括資源、網(wǎng)絡、應用和桌面在內(nèi)的全系統(tǒng)虛擬化，它的優(yōu)勢在于能夠把所有硬件設備、軟件應用和數(shù)據(jù)隔離開來，打破硬件配置、軟件部署和數(shù)據(jù)分布的界限，實現(xiàn)IT架構(gòu)的動態(tài)化，實現(xiàn)資源集中管理，使應用能夠動態(tài)地使用虛擬資源和物理資源，提高系統(tǒng)適應需求和環(huán)境的能力。

對于信息系統(tǒng)仿真，云計算虛擬化技術(shù)的應用意義并不僅僅在于提高資源利用率并降低 成本，更大的意義是提供強大的計算能力。眾所周知，信息系統(tǒng)仿真系統(tǒng)是一種具有超大計算量的復雜系統(tǒng)，計算能力對于系統(tǒng)運行效率、精度和可靠性影響很大，而虛擬化技術(shù)可以將大量分散的、沒有得到充分利用的計算能力，整合到計算高負荷的計算機或服務器上，實現(xiàn)全網(wǎng)資源統(tǒng)一調(diào)度使用，從而在存儲、傳輸、運算等多個計算方面達到高效。

⑵分布式資源管理技術(shù)：信息系統(tǒng)仿真系統(tǒng)在大多數(shù)情況下會處在多節(jié)點并發(fā)執(zhí)行環(huán)境中，要保證系統(tǒng)狀態(tài)的正確性，必須保證分布數(shù)據(jù)的一致性。為了分布的一致性問題，計算機界的很多公司和研究人員提出了各種各樣的協(xié)議，這些協(xié)議即是一些需要遵循的規(guī)則，也就是說，在云計算出現(xiàn)之前，解決分布的一致性問題是靠眾多協(xié)議的。但對于大規(guī)模，甚至超大規(guī)模的分布式系統(tǒng)來說，無法保證各個分系統(tǒng)、子系統(tǒng)都使用同樣的協(xié)議，也就無法保證分布的一致性問題得到解決。云計算中的分布式資源管理技術(shù)圓滿解決了這一問題。

Google公司的Chubby是最著名的分布式資源管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)實現(xiàn)了Chubby服務鎖機制，使得解決分布一致性問題的不再僅僅依賴一個協(xié)議或者是一個算法，而是有了一個統(tǒng)一的服務（service）。

⑶并行編程技術(shù)：云計算采用并行編程模式。在并行編程模式下，并發(fā)處理、容錯、數(shù)據(jù)分布、負載均衡等細節(jié)都被抽象到一個函數(shù)庫中，通過統(tǒng)一接口，用戶大尺度的計算任務被自動并發(fā)和分布執(zhí)行，即將一個任務自動分成多個子任務，并行地處理海量數(shù)據(jù)。

對于信息系統(tǒng)仿真這種復雜系統(tǒng)的編程來說，并行編程模式是一種顛覆性的革命，它是在網(wǎng)絡計算等一系列優(yōu)秀成果上發(fā)展而來的，所以更加淋漓盡致地體現(xiàn)了面向服務的體系架構(gòu)（ SOA）技術(shù)。可以預見，如果將這一并行編程模式引入信息系統(tǒng)仿真領域，定會帶來信息系統(tǒng)仿真軟件建設的跨越式進步。

3 結(jié)論與展望

本文主要對云計算相關知識進行了簡介，并從應用模式和關鍵技術(shù)兩個方面探討了云計算在信息系統(tǒng)仿真中的應用。云計算在資源共享、資源管理、資源配置、并行計算、協(xié)同工作、容錯服務、信息服務等方面提供了無限大的發(fā)展空間，它的這些優(yōu)點為信息系統(tǒng)仿真帶來了新的發(fā)展契機。雖然云計算在信息系統(tǒng)仿真中的應用還處于探索階段，但隨著云計算技術(shù)的日趨成熟以及各個領域?qū)υ朴嬎愕牟粩嚓P注，相信云計算在信息系統(tǒng)仿真中會得到更多的應用。