陳曉琳 湖北大學，物理學與電子技術學院，湖北 武漢 430062

云計算的分析與研究

陳曉琳 湖北大學，物理學與電子技術學院，湖北 武漢 430062

闡述了云計算的定義。針對現(xiàn)代云計算的發(fā)展形勢，通過剖析云計算的現(xiàn)有服務模式，論述了各個服務模式的核心技術和特點。結合現(xiàn)有的云技術，提出未來的發(fā)展和亟待解決的問題。

云計算；服務模式；核心；特點

1 云計算的概述

早在2006年亞馬遜推出了彈性計算云服務，事隔5個月，Google首席執(zhí)行官埃里克!施密特就在搜索引擎大會上首次提出“云計算”這個概念，暢想未來我們會從以桌面系統(tǒng)為中心轉移以網(wǎng)絡為中心。

云計算基于共享基礎架構模式，依托互聯(lián)網(wǎng)，將所有系統(tǒng)池連接在一起提供各種IT服務，并依據(jù)用戶的需要，提供給用戶軟硬件資源和信息。未來的我們只需要一個寬帶連接，一個賬號和密碼，依托電腦的CPU和顯卡，就可在“云端”管理任何事務，而終端只需接受圖像和聲音。“云端”擁有規(guī)模龐大的服務器和前所唯有的計算能力。也就是把海量的服務器處理能力和儲存能力通過網(wǎng)絡匯集起來實現(xiàn)云計算。

2 云計算的組成

云計算的分類從部署方式來說，可分為：私有云、公共云和混合云。公共云是對Internet上所有的用戶都可以使用。目前AWS和Rackspace是公共云最大的提供商。私有云則是一種專有的云環(huán)境，是針對一個組織單獨構建的互聯(lián)網(wǎng)服務，該組織擁有基礎設施，可以在此基礎設施上部署應用程序，并對數(shù)據(jù)、安全性和服務質量提供有效控制?；旌显疲部煞Q為虛擬私有云，它提供的服務運行在一個公共的云基礎設施之上，但通過虛擬專用網(wǎng)（VPN）限制對它的訪問。

從提供服務的模式來說，云計算包括三個層次的服務：基礎設施服務IAAS（Infrastructure as a Service）、平臺服務PAAS（Platform as a Service）和軟件服務SAAS（Software as a Service）。本文將主要從服務模式來解析云計算。

3 云計算的服務

3.1 基礎設施服務

基礎設施服務即將各個基礎設備，如IT系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫等集合在一起，分隔成不同區(qū)域供企業(yè)或個人使用，這也是最低層級的服務。IAAS作為一種標準化服務在網(wǎng)上提供基本存儲和計算能力。它通過互聯(lián)網(wǎng)提供服務器、操作系統(tǒng)、磁盤存儲、數(shù)據(jù)庫和信息資源等基礎架構硬件及軟件資源。在IAAS中，服務提供商把硬件計算資源，網(wǎng)絡，冗余，負載均衡等等基礎設施打包成服務，用戶直接購買這些的服務，而不需要自己去組建負載均衡來平衡客戶端請求的壓力，也不需要自己建立冗余服務器來保證無故障運行時間。

分布化和虛擬化是云計算基礎設施服務的重要基礎技術。

云計算無論在存儲或計算，都是分布化的實現(xiàn)。云計算要處理的數(shù)據(jù)量在單機上無法完成，因此須將數(shù)據(jù)處理任務分布開，化整為零交給多臺機器完成。其采用了分布式計算，或稱為并行計算。所謂并行計算就是將大型的計算任務拆分，再派發(fā)到云中節(jié)點進行分布式的并行計算，最后將結果收集，統(tǒng)一排序或合并。云計算在此基礎上進一步升華，將計算資源虛擬化。用虛擬機實現(xiàn)資源的虛擬化，把硬件機器攢到一起，其計算資源被量化到計算資源池中，并被動態(tài)分配，實現(xiàn)資源的動態(tài)調(diào)整（動態(tài)調(diào)整時不需要重新啟動系統(tǒng)就可調(diào)整資源大?。┻@樣就極大地節(jié)約了云中的計算資源。

在理論角度云計算并不一定需要虛擬化技術，但是云計算作為一個面向企業(yè)和個人的商用技術是離不開虛擬化的。（1）現(xiàn)在企業(yè)由于長期運營，必然會引入了不同廠商，不同配置，不同型號的機器，造成異構系統(tǒng)。虛擬技術就可以將異構系統(tǒng)的差異性屏蔽掉，使資源達到一視同仁。（2）企業(yè)的發(fā)展，數(shù)據(jù)量也不斷擴大，需要多少資源，無法預知。將服務器部署在虛擬機上，擴容時遷移虛擬機即可，節(jié)約了成本，也提高了擴容的安全性和便捷性。（3）服務器的訪問量在各個時段不同，固定的資源分配，會引發(fā)高負載或資源的浪費。通過虛擬化將物理機的資源進行切割，以實現(xiàn)資源的隨需分配和自動增長，且其資源的自動分配和增減不會超過物理節(jié)點本身的物理上限。

3.2 平臺服務

云平臺即發(fā)動各大企業(yè)打造程序開發(fā)平臺與操作系統(tǒng)平臺，讓開發(fā)人員可以通過網(wǎng)絡撰寫程序與服務，而一般消費者也可在其運行程序。從傳統(tǒng)角度PAAS是云環(huán)境下的中間層服務，如圖1所示：

圖1 云計算架構之PAAS

本文通過微軟公司開發(fā)的Windows Azure Platform來剖析PAAS。Windows Azure Platform既提供可靠的軟件平臺，也提供服務或開放的系統(tǒng)運營企業(yè)服務。Windows Azure Platform大致可分為三個層次：Windows Azure、SQL Azure、Windows Azure AppFabric。

Windows Azure 是微軟開發(fā)的一套云計算操作系統(tǒng)，先階段主要作為云聯(lián)機服務所需的操作系統(tǒng)和基礎存儲及管理的平臺，如圖2所示。Windows Azure包括三個部分：一是運營應用的計算服務，二是數(shù)據(jù)存儲服務，三是基于云平臺進行管理和動態(tài)分配資源的控制器( Fabric Controller）。SQL Azure是以SQL Server 2008為主，構建在Windows Azure之上，運行云計算的關系數(shù)據(jù)庫服務，是一種云存儲的實現(xiàn)，它提供網(wǎng)絡型的應用程序數(shù)據(jù)存儲服務。AppFabric作為中間件層，起到連接非云端程序與云端程序的橋梁功能，它讓開發(fā)人員可以把精力放在他們的應用邏輯上而不是在部署和管理云服務的基礎架構上。AppFabric也屬于云的基礎架構服務，基于Web的開放服務，它可把現(xiàn)有應用和服務與云平臺的連接和互操作變得更簡單，為本地應用和云中應用提供分布式的基礎架構服務。在云計算中存儲數(shù)據(jù)與運行應用都很重要，但我們還需要一個基于云的基礎架構服務。這個基礎架構服務應該既可以被客戶自有軟件應用，又能被云服務應用，AppFabric就是這樣一個基礎架構服務。AppFabric最常用的一個場景是Web Role和Worker Role之間的通信，而AppFabric最強大的地方在于能夠跨平臺。

圖2 windows azure platform的組成

3.3 軟件服務

軟件服務（SAAS）即供應商通過Web瀏覽器為成千上萬用戶提供軟件服務。SalesForce.com是目前最具代表的供應商，它的在線CRM服務（客戶關系管理系統(tǒng)）就是其中的主打產(chǎn)品?；谠朴嬎愕奶攸c，它所提供的軟件服務具有以下幾個特點：

互聯(lián)網(wǎng)特性：SAAS通過互聯(lián)網(wǎng)瀏覽器為用戶提供服務。例如hotmail就滿足了所有SAAS的基本標準：供應商提供所有程序邏輯和數(shù)據(jù)的主機服務，使用戶能通過web的用戶界面在Internet上存取數(shù)據(jù)。所以SAAS應用必須是互聯(lián)網(wǎng)的，并且這種網(wǎng)絡的應用可以靈活啟用和暫停，隨時隨地都可使用。正因為通過網(wǎng)絡訪問，SAAS對網(wǎng)絡的傳輸質量有更高的要求。

Multi-tenancy特性：SAAS通?；谝惶总浖槌汕先f個用戶提供服務，所以它必須要支持不同用戶之間數(shù)據(jù)和配置的隔離，從而保證用戶的安全和隱私，以及用戶對界面、業(yè)務邏輯、數(shù)據(jù)結構等的個性化需求。

可擴展(Scalable）特性：可擴展性意味著最大程度的提高系統(tǒng)并發(fā)性。比如說應用，優(yōu)化資源鎖的持久性，使用無狀態(tài)的進程，使用資源池來共享線和數(shù)據(jù)庫連接等關鍵資源，緩存參考數(shù)據(jù)，為大型數(shù)據(jù)庫分區(qū)。

可配置(Configurable）特性：傳統(tǒng)的本地安裝軟件的使用環(huán)境中談論可配置性時，直接修改部分代碼進行二次開發(fā)來適應當前用戶的需求是比較常見的解決方案。但在基于SAAS模式的使用環(huán)境中，如果業(yè)務應用的任何部分被修改了，則這一修改將可能同時影響所有當前客戶的使用環(huán)境。因此，一般而言在SaaS模式的使用環(huán)境中，客戶使用元數(shù)據(jù)(Metadata）來為其終端用戶配置系統(tǒng)的界面以及相關的交互行為。

4 結語

云計算提供可靠、安全的數(shù)據(jù)存儲中心，用戶不用擔心數(shù)據(jù)丟失、病毒入侵等麻煩；同時它對用戶端的設備要求低,電腦、手機、上網(wǎng)本等終端均可接入；此外，云計算可以輕松實現(xiàn)不同設備間的數(shù)據(jù)與應用共享。當然，云計算還面臨著很多問題，安全及成本就是云計算未來發(fā)展的最大阻礙，還有云計算標準不統(tǒng)一，在日后其大范圍推廣后，就會才出現(xiàn)類似兼容性之類的問題。但是不可否認,云計算成為主流技術的時代即將到來,假以時日，云計算將會為我們的網(wǎng)絡時代帶來翻天覆地的變化。

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