在計算機仿真領域云計算的應用與實現

吳炬華

新鄉學院

隨著計算機、互聯網技術的不斷發展，云計算應運而生，并且日漸成熟，逐漸的運用到軍事、制造、醫療等行業范圍內。傳統的計算機通過性能高的CPU、仿真軟件、內存等設備為用戶提供相應的仿真計算服務，但是對于仿真前后的處理結果無法進行及時的提供，計算也容易出現錯誤。云計算在計算機仿真領域的應用極大的提高了計算的準確性，并且可以把計算結果通過網絡的遠程控制及時的傳遞給客戶，提高了工作效率。

一、云計算的概念及特征

（一）云計算的概念

云計算就是將硬件和軟件當作資源并以服務的方式提供，用戶通過網絡按需使用這些服務。具體來說，云計算是依賴于網絡的一種運算方法，通過這種方式，把一些共享的信息、軟硬件資源按照各自的需要提供給計算機或者其他的設施設備。云計算供應商一般是把一些數據、信息和軟件儲存在服務器上，為客戶提供可以通用的網絡業務，使客戶通過瀏覽器或者其他的Web服務來實現訪問，獲取需要的信息。

（二）云計算的特征

云計算是通過Internet接入的，不需要自身具有IT技術來實施；第三方提供，按需分配；資源共享；沒有多余功能的開發；沒有多余的費用支出；系統的延續性好；面向服務----XaaS。

目前為止，國際上許多知名的IT公司，例如微軟、IBM、亞馬遜等都在積極的進行云計算的研究和部署，也已經開展了云計算的商業服務。微軟公司不斷擴大自身的數據中心，通過增加服務器來組建自己的云計算平臺；IBM公司在全球建立多家云計算中心，實施“蘭云計劃”為客戶搭建一個分布式的可利用互聯網進行訪問的云計算體系；亞馬遜公司提供的是利用虛擬技術使客戶通過互聯網來訪問的租用服務。此外，其他的公司也提供相應的云計算服務。

二、云計算在計算機仿真領域的應用

云計算在工程仿真領域的一個重要應用實踐就是仿真云計算技術，它是將多個學科的仿真應用、三維應用虛擬化、并行編程技術、分布式資源管理技術、管理門戶等相關的IT技術進行的一個高度融合，它極大的滿足了企業以及科研機構對于研發高端計算資源的需求。

（一）應用模式

云計算的應用模式分為三類：

1、軟件即服務（SaaS）:用戶可以通過標準的瀏覽器來使用內網或外網上的軟件，客戶端軟件通過標準的Web服務來使用網上的服務，用戶也可不必購買軟件，只需要按照需要來租用軟件即可。

2、平臺即服務（PaaS）：為客戶提供服務的引擎，例如應用編程接口、運行測試平臺、并行計算、數據中心等等，用戶基于該應用服務引擎可以構建該類應用。

3、基礎設施即服務（IaaS）：是以服務的形式提供虛擬的硬件資源，例如虛擬主機、存儲、網絡、安全等資源。用戶不需要購買服務器、網絡設備、存儲設備等硬件設施，僅僅需要通過互聯網的租賃就可以搭建屬于自己的應用系統。相應的服務機構或者運營商提供數據的存儲、計算和信息的查詢、處理、傳遞等服務，這些服務的成本低，真實可靠。對于計算機仿真領域來說，這種類型的服務模式可以避免硬件設施的浪費，降低信息、數據這些資源的使用成本或推廣成本。

（二）關鍵技術

1、虛擬技術

云計算的虛擬技術涵蓋整個IT的架構，不是單一的虛擬化，是資源、網絡、應用等全部在內的全系統的虛擬化，它把所有的硬件設備、軟件的應用、數據分隔開來，打破了它們之間的界限，把原來靜態的IT架構變為動態，有利于實現資源的集中管理，可以動態的使用虛擬的資源、物理資源，提高了計算機仿真系統的環境適應性，滿足了發展的需求。

2、分布式資源管理技術

計算機仿真系統復雜多樣，又有許多的子系統作支撐，很多時候會發生多節點并發執行的情況，這時候，只有保證分布數據的統一，才能保證整個系統的正確運行。云計算出現以前，是依靠計算機領域的研究人員、開發公司提出的各種協議來實現分布數據的一致性。但是，對于一些大規模、超大規模的系統來說，很難保證各個子系統都能夠遵行統一的協議來執行，這也就無法很好的解決分布一致性的問題。云計算的分布式資源管理技術及時、圓滿的解決了這個難題。

3、并行編程技術

云計算采用的是并行編程模式，在這個模式下，把數據的分布、負載均衡、并發處理等等細節全部抽象到一個函數庫，通過一個統一的接口把一個具體的任務分布到各個子系統中，同時處理這些數據。

三、云計算在計算機仿真領域的實現

（一）仿真云計算的平臺整體框架

仿真云計算的平臺是由計算云、應用云、存儲云通過千兆以太網連接至機房網絡組成的。用戶可以通過PC的客戶端網絡連至機房網絡來要求計算機仿真服務的。

（二）實現機制

1、虛擬化機制

虛擬化機制是云計算的一項基礎核心技術，通過抽象、映射、展現等技術把實際的物理資源隱藏，為上層的系統提供一個統一的設備使用形式，減少了因為復雜多樣的物理設備而帶來的差異，有利于實現計算虛擬化、存儲虛擬化、網絡虛擬化、應用虛擬化和桌面虛擬化，提高了設備的利用率。

2、海量數據分布式存儲管理機制

云計算系統離不開大量服務器的支持，通過這些服務器為用戶提供相應的服務，提高了服務的可靠性、經濟性。云計算采用的是分布式存儲數據的方式，確保了數據的可靠性。

3、分布式計算機制

分布式計算機制是把一個龐大的計算分解成許多小的部分，讓許多的獨立計算機同時處理來實現元計算，然后對得到的結果進行組合，得出數據的結論。

4、Web2.0界面交互機制

在Web2.0網站中，免費提供版權開放、軟件代碼等，用戶既可以瀏覽網站的內容，也可以對網站的內容進行制造，Web2.0是云計算應用層的核心技術，很好地實現了SaaS界面層的功能。

（三）功能組件

1、門戶

門戶系統：為仿真云計算提供登陸的平臺和界面展示。

數據庫：為云計算的運營管理和資源的調度提供數據支撐。

2、計算中心內部

計算云：提供仿真求解的計算服務。

應用云：提供軟硬件的監控分析、求解過程的遠程監控，計算前后的處理。

存儲云：為計算的數據提供儲存服務。

通信服務：在運營的過程中，提供及時的通信。

安全認證：對于用戶的認證登錄和數據庫的安全進行管理控制。

3、計算中心外部

外部主要包括用戶的客戶端和管理員的客戶端。管理員的客戶端主要進行及時的監控和維修活動；用戶客戶端是提供云計算的任務，連接計算平臺來實現云計算。

（四）設備要求

云計算的應用對于計算機設備、網絡空間都有既為嚴格的要求，這樣才能更好的實現云計算的快捷服務。因此，在實施的過程中要注意CPU、本地磁盤、顯卡、內存、網絡、操作系統等軟硬件設施設備的選擇，只有優質堅固的基礎設施作支撐，才能更好的提供服務。

科學技術的飛速發展已經極大的改革了原有的生產生活方式，朝著高效、便捷的方向發展。云計算已逐漸融入我們的生活、工作之中，云計算在資源共享、資源管理、資源配置、并行計算、協同工作、容錯服務、信息服務等等方面都提供出了一個無限大的發展空間，它的這些特征和優勢，為計算機仿真領域的發展帶來了新的發展契機。盡管云計算在計算機仿真領域的應用還不成熟，但隨著社會各界對云計算的重視和需求，云計算的應用空間會更加擴大。云計算在計算機仿真領域的應用和實現，極大地提高了計算的效率，推動了計算機仿真技術的發展。

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