云計算技術研究

張 蕾 唐永中 何長林

（河西學院 甘肅 734000）

0 引言

云計算（c1oud computing）是基于互聯網的相關服務的增加、使用和交付模式，通常涉及通過互聯網來提供動態易擴展且經常是虛擬化的資源。云計算主要經歷了電廠模式、效用計算、網格計算和云計算四個階段才發展到現在這樣比較成熟的水平，其主要應用在云物聯、云安全、云存儲等幾個方面。本文就IaaS云計算為例，對云計算的實現機制進行初步探討。

1 云計算概述

1.1 云計算的定義

云計算是 2007 年第三季度才興起的新名詞，是并行計算（Para11e1 Computing）、分布式計算（Distributed Computing）和網格計算（Grid Computing）的發展，目前，對它的定義和內涵眾說紛紜，廣義的云計算是指任何與 IT、軟件、互聯網相關的服務，通常為一些大型服務器集群，包括計算服務器、存儲服務器、寬帶資源等等，狹義上的云計算是指IT 基礎設施的交付和使用模式，指通過網絡以按需、易擴展的方式獲得所需的硬件、平臺、軟件資源，其基本原理是通過使計算分布在大量的分布式計算機上，而非本地計算機或遠程服務器中，企業數據中心的運行將與互聯網更相似，這使得企業能夠將資源切換到需要的應用上，根據需求訪問計算機和存儲系統。

1.2 云計算的特點

結合云計算的發展及應用背景，可將云計算的特點歸納為以下幾點：

（1）超大規模

“云”具有相當的規模，Goog1e云計算已經擁有100多萬臺服務器，Amazon、IBM、微軟、Yahoo等的“云”均擁有幾十萬臺服務器，企業私有云一般擁有數百上千臺服務器，“云”可以賦予用戶超級強大的計算能力。

（2）虛擬化

云計算提供分布式、高安全性、高可靠性和可擴展的基礎存儲能力，可滿足高速事物處理、海量存儲、海量分析需求以支持用戶在任意位置，使用終端獲取應用服務。所請求的資源來自“云”，而不是固定有形的實體，應用在“云”中某處運行，但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，就可以通過網絡服務來實現用戶需要的超級計算。

（3）彈性服務

用戶使用的資源同業務的需求相一致，服務的規模可快速伸縮，以自動適應業務負載的動態變化，避免了因為服務器性能過載或冗余而導致的服務質量下降或者資源浪費。

（4）潛在的危險性

云計算服務除了提供計算服務外，還提供了存儲服務。但是云計算服務當前壟斷在私人機構手中，而他們僅僅能夠提供商業信用，一旦商業用戶大規模使用私人機構提供的云計算服務，無論其技術優勢有多強，都不可避免地讓私人機構以“數據”的重要性挾制整個社會。另一方面，云計算中的數據對于數據所有者以外的其他云計算用戶是保密的，但是對于提供云計算的商業機構而言確實毫無秘密可言。所有這些潛在的危險，是商業機構和政府機構選擇云計算服務、特別是國外機構提供的云計算服務時，不得不考慮的一個重要的前提。

2 云計算體系及技術

由于云計算分為IaaS、PaaS和SaaS三種類型，其體系結構如圖1所示，它概括了云計算不同解決方案的主要特征：

圖1 云計算技術體系結構

云計算體系結構分為4層：物理資源層、資源虛擬化層、管理中間件層和SOA構建層。物理資源層包括計算機、存儲器、網絡設施、數據庫和軟件等；資源虛擬化層是將大量相同類型的資源構成同構或接近同構的資源池，如計算資源池、數據資源池等。構建資源池更多是物理資源的集成和管理工作；管理中間件層負責對云計算的資源進行管理，并對眾多應用任務進行調度，使資源能夠高效、安全地為應用提供服務；SOA構建層將云計算能力封裝成標準的Web Services服務，并納入到SOA體系進行管理和使用，包括服務注冊、查找、訪問和構建服務工作流等。

管理中間件層和資源虛擬化層是云計算技術的最關鍵部分，SOA構建層的功能更多依靠外部設施提供。云計算的管理中間件負責資源管理、任務管理、用戶管理和安全管理等工作。資源管理負責均衡地使用云資源節點，檢測節點的故障并試圖恢復或屏蔽故障，并對資源的使用情況進行監視統計；任務管理負責執行用戶或應用提交的任務，包括完成用戶任務映象（Image）的部署和管理、任務調度、任務執行、任務生命期管理等等；用戶管理是實現云計算商業模式的一個必不可少的環節，包括提供用戶交互接口、管理和識別用戶身份、創建用戶程序的執行環境、對用戶的使用進行計費等；安全管理保障云計算設施的整體安全，包括身份認證、訪問授權、綜合防護和安全審計等。

3 云計算簡化實現機制

基于云計算技術的體系結構，以IaaS云計算為例，簡述云計算的實現機制，如圖2所示：

圖2 云計算簡化實現機制

用戶交互接口向各種應用以Web Services方式提供訪問接口，從而獲取用戶需求。服務目錄是用戶可以訪問的服務清單，從服務目錄中用戶可以查詢、調用服務種類及狀態。系統管理模塊負責管理和分配所有可用的資源，其核心是負載均衡。配置工具負責在分配的節點上準備任務運行環境，監視統計模塊負責監視節點的運行狀態，并完成用戶使用節點情況的統計。

整個計算執行過程并不復雜：首先，用戶交互接口允許用戶從目錄中選取并調用一個服務，該請求傳遞給系統管理模塊后，系統將為用戶分配恰當的資源，然后調用配置工具來為用戶準備運行環境。

4 總結

云計算不僅帶來了高性能、高可用方面的挑戰而且還提供了越來越多功能方面的變革，隨著云計算技術的不斷發展及進步，其必將引發IT 模式的變化及IT 服務的變革，服務將成為下一代IT 的核心內容。從云計算環境看，未來成熟穩健、高可用、易維護的云計算技術將是云計算發展的方向。

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