云計算架構分析及其應用研究

摘要：為了構建安全可靠的云計算平臺環境，同時對其實際應用性能進行分析研究，本文對云計算的特點、架構關鍵技術及架構模式進行了闡述說明，并對云計算的應用進行分析研究，希望對云計算架構模型的研究具有一定的理論指導意義和實際應用價值。

關鍵詞：云計算；架構模式；關鍵技術；應用分析

中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）05-0098-02

隨著大數據時代的到來，人們對于互聯網數據的需求量越來越大，數據的種類和服務的種類也越來越多，對海量數據的存儲管理是大數據時代必須解決的瓶頸難題，云計算的概念順勢而生。簡單來說，云計算是一種通過互聯網媒介實現隨時隨地、便捷快速、按需地訪問共享數據資源池（如計算機設施、存儲設備或者應用程序等）的計算和數據訪問模式[1-2]。

作為目前被廣泛研究的全新課題，專家學者對云計算技術的理論和實踐研究也越來越重視，目前針對云計算的研究主要圍繞在對云計算相關硬件設施的構建、云計算分布式軟件應用系統以及數據服務的構建三個層面上，詳細描述為云計算平臺基礎設施模式和架構的設計、云計算環境下的并行計算模式、云計算環境下分布式存儲模型的構建、云計算多樣性數據服務以及云計算數據安全保護機制等[3]。

1 云環境概述

1.1 云計算定義

云計算的概念和定義種類繁多，但是其主體思想基本一致，云計算融合了服務器虛擬化技術、網絡服務以及網格技術等全新計算應用技術，其能夠根據用戶行為和多樣性需求對網絡資源進行重新組織規劃，以最優的方式傳遞到用戶終端，從而提供高效的數據服務模式，因此，云計算必然使用目前最先進的數據通信技術和數據存儲技術，云計算可以被認定為是網格計算的拓展；虛擬化技術作為云計算使用和發展的基石，可以重新規劃云計算的基礎設施，同時完成部署和管理工作，成本較低，而且資源利用率較高；Web Service網絡服務涵蓋了XML、SOAP、WSDL以及UDDI技術，在云計算環境下為用戶提供安全可靠的基于互聯網的技術服務[4-5]。

1.2 云計算的特點

云計算作為一種全新的數據計算模式和應用服務形式，其典型特點如下：

（1）可靠性高。云計算具備先進的分布式計算能力，同時能夠利用服務器虛擬化技術提升計算效率和存儲空間，可以對數據計算和存儲可靠性進行有效地保障[6-7]。

（2）超大規模及其可擴展性。云計算通過構建基礎硬件設施架構提供海量數據運算服務，其定義本身就決定了其超大規模的應用空間。云計算能夠對多個大規模的計算集群進行整合和拓展，而且多個數據計算節點可以并發運行，實現多線程數據處理。從用戶的角度而言，“云計算”的規模可以實現實時動態伸縮，其伸縮的依據是應用的類型和規模，因此可以較好地滿足不同用戶、不同規模的計算服務需求和數據存儲空間。

（3）便捷性和通用性。云計算平臺為用戶提供的數據計算和存儲服務不受任何時間、地點等制約條件，而且也不受訪問平臺和系統的制約，只要用戶接入互聯網，即可通過收費或免費的方式獲取海量互聯網數據信息。

1.3 基于云計算架構的關鍵技術

云計算作為目前被廣泛研究的全新課題，其應用的關鍵技術種類繁多，總體而言，云計算本身所涉及的關鍵技術包括數據中心服務器串聯技術、云數據存儲技術、并行編程模型以及云數據管理技術等。

（1）數據中心服務器串聯技術。數量繁多、規模巨大的服務器群需要依靠云計算數據中心進行串聯，其中服務器集群的安裝部署、集群整合串聯方式、數據集群內動態遷移以及數據快照等技術均在串聯的過程中被應用。同時，解決云計算基礎設施功耗等問題的方法也是云計算架構中不可逃避的關鍵問題。

（2）云數據存儲技術。為了能夠同時多用戶的海量數據服務請求，云計算平臺必須具備大規模數據的存儲能力，并且具備較高的數據傳輸速率和吞吐量。Google公司使用的GFS文件系統所串聯的硬盤規模數量達到上萬個，數據處理的規模按GB級來計算衡量。而且需要說明的是，為了保證數據的完全安全，通常情況下，至少需要三個數據信息備用。

（3）云數據管理技術。云計算數據庫主要負責存儲各種用戶產生的分布式數據，其需要處理的結構化數據規模通常是PB量級，而且不同用途的云數據庫系統必須使用特定的數據庫查詢語言。例如Google公司提供云計算服務過程中使用的是Bigtable數據庫，需要通過特定的GQL（Google Query Language）數據庫查詢語言進行數據檢索。

（4）云編程模型。云編程模型主要完成云計算平臺提供大量的計算服務，為用戶提供可以進行并發數據處理的應用程序編程系統。Google公司將MapReduce關鍵技術作為云編程模型的基本框架，而且MapReduce技術也是云計算供應商首選的編程模型。

2 云計算架構模式

2.1 云計算硬件基礎設計架構

云計算首先具備的功能是實現大規模應用服務器和數據服務器集群的串聯融合。在硬件方面，其通常需要首先克服大規模服務器集群的硬件散熱問題。一般情況下，云計算數據中心內部將服務器安裝“貨柜式”的方式進行安置部署。為了提升云計算平臺的整體運行效率和運行環境，超大規模的服務器集群融合過程中所采用的串聯技術必須具備大規模性、可伸縮性以及數據可重復性等特點，同時具備容錯和平衡負載能力。

同時，云計算架構必須具備較高的網絡帶寬支持。云計算屬于基于互聯網的數據存儲和計算模式，通過服務器集群和超大容量數據存儲空間在進行信息交互的性能要求較高，因此，對網絡帶寬和訪問速率的要求極高。

2.2 云計算架構模型

云計算架構模型的組成元素主要包括云計算基礎硬件設施和應用軟件平臺兩部分內容，如圖1所示，該模型作為NIST層次型體系架構的典型代表，可以同時對Saas模型、Paas模型以及Iaas模型的層次模型進行匹配。endprint

2.3 云計算應用分析

云計算為我國的信息化建設和智能化建設帶來了新的發展機遇，而且在很多領域取得了廣泛的應用。具體應用體現在以下行業。

（1）制造業：通過云計算技術，能夠實時獲取和了解零件供應商的基本情況、庫存信息以及市場行情，便于動態調整產品組裝和備料方案。

（2）物流業：云計算可以通過共享的信息資源和通信技術，實現物流信息的高效管理和數據的即時發布，便于用戶實時查看物流信息。

（3）電信業：在電信運營商的業務范疇內，云計算能夠在企業內部IT管理系統進行系統增值服務的測試，云計算構造的數據運行環境和互聯網數據中心具備創造價值的機會和降低成本的優勢。

（4）教育科研：“教育云”能夠將不同區域、不同時間的教育資源進行整合、管理、傳播和應用，從而提升我國教育產業的投入效率，促進教育資源整合和合理化分布，提升邊遠地區的教育水平。

（5）國防工業：未來的戰爭必將是信息戰，云計算能夠完成信息轉化成智能和決策的過程中所需的大量的實時計算過程。

3 結語

云計算是伴隨著用戶的海量數據和計算服務需求誕生的，其作為一種創新探究，科技發展和社會演化對其發展起到了驅動作用。為了構建安全可靠的云計算平臺環境，同時對其實際應用性能進行分析研究，本文對云計算的特點、架構關鍵技術及架構模式進行了闡述說明，并對云計算的應用進行分析研究，希望對云計算架構模型的研究具有一定的理論指導意義和實際應用價值。

參考文獻

[1]劉建東.云計算下數據挖掘平臺架構及其關鍵技術的探索[J].科技與創新，2017（6）：128.

[2]黃承寧.大數據和云計算架構應用技術研究[J].福建電腦，2017，33（2）：16-17.

[3]喬海庚.云計算環境下軟件開發架構應用與設計[J].電子技術與軟件工程，2016（7）：54.

[4]楊揚，賈君君，李晨.面向服務架構的云計算平臺[J].計算機應用，2015（S1）：35-36+46.

[5]顧繼安，萬曉鋒，陳玉梅，等.IT基礎架構虛擬化技術與云計算研究應用[J].船舶與海洋工程，2016，32（3）：72-77.

[6]管震宇，董強.基于云算平臺的軟件架構應用[J].環球市場信息導報，2016（5）：112.endprint