云计算的分析与研究

陈晓琳 湖北大学，物理学与电子技术学院，湖北 武汉 430062

云计算的分析与研究

陈晓琳 湖北大学，物理学与电子技术学院，湖北 武汉 430062

阐述了云计算的定义。针对现代云计算的发展形势，通过剖析云计算的现有服务模式，论述了各个服务模式的核心技术和特点。结合现有的云技术，提出未来的发展和亟待解决的问题。

云计算；服务模式；核心；特点

1 云计算的概述

早在2006年亚马逊推出了弹性计算云服务，事隔5个月，Google首席执行官埃里克!施密特就在搜索引擎大会上首次提出“云计算”这个概念，畅想未来我们会从以桌面系统为中心转移以网络为中心。

云计算基于共享基础架构模式，依托互联网，将所有系统池连接在一起提供各种IT服务，并依据用户的需要，提供给用户软硬件资源和信息。未来的我们只需要一个宽带连接，一个账号和密码，依托电脑的CPU和显卡，就可在“云端”管理任何事务，而终端只需接受图像和声音。“云端”拥有规模庞大的服务器和前所唯有的计算能力。也就是把海量的服务器处理能力和储存能力通过网络汇集起来实现云计算。

2 云计算的组成

云计算的分类从部署方式来说，可分为：私有云、公共云和混合云。公共云是对Internet上所有的用户都可以使用。目前AWS和Rackspace是公共云最大的提供商。私有云则是一种专有的云环境，是针对一个组织单独构建的互联网服务，该组织拥有基础设施，可以在此基础设施上部署应用程序，并对数据、安全性和服务质量提供有效控制。混合云，也可称为虚拟私有云，它提供的服务运行在一个公共的云基础设施之上，但通过虚拟专用网（VPN）限制对它的访问。

从提供服务的模式来说，云计算包括三个层次的服务：基础设施服务IAAS（Infrastructure as a Service）、平台服务PAAS（Platform as a Service）和软件服务SAAS（Software as a Service）。本文将主要从服务模式来解析云计算。

3 云计算的服务

3.1 基础设施服务

基础设施服务即将各个基础设备，如IT系统，数据库等集合在一起，分隔成不同区域供企业或个人使用，这也是最低层级的服务。IAAS作为一种标准化服务在网上提供基本存储和计算能力。它通过互联网提供服务器、操作系统、磁盘存储、数据库和信息资源等基础架构硬件及软件资源。在IAAS中，服务提供商把硬件计算资源，网络，冗余，负载均衡等等基础设施打包成服务，用户直接购买这些的服务，而不需要自己去组建负载均衡来平衡客户端请求的压力，也不需要自己建立冗余服务器来保证无故障运行时间。

分布化和虚拟化是云计算基础设施服务的重要基础技术。

云计算无论在存储或计算，都是分布化的实现。云计算要处理的数据量在单机上无法完成，因此须将数据处理任务分布开，化整为零交给多台机器完成。其采用了分布式计算，或称为并行计算。所谓并行计算就是将大型的计算任务拆分，再派发到云中节点进行分布式的并行计算，最后将结果收集，统一排序或合并。云计算在此基础上进一步升华，将计算资源虚拟化。用虚拟机实现资源的虚拟化，把硬件机器攒到一起，其计算资源被量化到计算资源池中，并被动态分配，实现资源的动态调整（动态调整时不需要重新启动系统就可调整资源大小）这样就极大地节约了云中的计算资源。

在理论角度云计算并不一定需要虚拟化技术，但是云计算作为一个面向企业和个人的商用技术是离不开虚拟化的。（1）现在企业由于长期运营，必然会引入了不同厂商，不同配置，不同型号的机器，造成异构系统。虚拟技术就可以将异构系统的差异性屏蔽掉，使资源达到一视同仁。（2）企业的发展，数据量也不断扩大，需要多少资源，无法预知。将服务器部署在虚拟机上，扩容时迁移虚拟机即可，节约了成本，也提高了扩容的安全性和便捷性。（3）服务器的访问量在各个时段不同，固定的资源分配，会引发高负载或资源的浪费。通过虚拟化将物理机的资源进行切割，以实现资源的随需分配和自动增长，且其资源的自动分配和增减不会超过物理节点本身的物理上限。

3.2 平台服务

云平台即发动各大企业打造程序开发平台与操作系统平台，让开发人员可以通过网络撰写程序与服务，而一般消费者也可在其运行程序。从传统角度PAAS是云环境下的中间层服务，如图1所示：

图1 云计算架构之PAAS

本文通过微软公司开发的Windows Azure Platform来剖析PAAS。Windows Azure Platform既提供可靠的软件平台，也提供服务或开放的系统运营企业服务。Windows Azure Platform大致可分为三个层次：Windows Azure、SQL Azure、Windows Azure AppFabric。

Windows Azure 是微软开发的一套云计算操作系统，先阶段主要作为云联机服务所需的操作系统和基础存储及管理的平台，如图2所示。Windows Azure包括三个部分：一是运营应用的计算服务，二是数据存储服务，三是基于云平台进行管理和动态分配资源的控制器( Fabric Controller）。SQL Azure是以SQL Server 2008为主，构建在Windows Azure之上，运行云计算的关系数据库服务，是一种云存储的实现，它提供网络型的应用程序数据存储服务。AppFabric作为中间件层，起到连接非云端程序与云端程序的桥梁功能，它让开发人员可以把精力放在他们的应用逻辑上而不是在部署和管理云服务的基础架构上。AppFabric也属于云的基础架构服务，基于Web的开放服务，它可把现有应用和服务与云平台的连接和互操作变得更简单，为本地应用和云中应用提供分布式的基础架构服务。在云计算中存储数据与运行应用都很重要，但我们还需要一个基于云的基础架构服务。这个基础架构服务应该既可以被客户自有软件应用，又能被云服务应用，AppFabric就是这样一个基础架构服务。AppFabric最常用的一个场景是Web Role和Worker Role之间的通信，而AppFabric最强大的地方在于能够跨平台。

图2 windows azure platform的组成

3.3 软件服务

软件服务（SAAS）即供应商通过Web浏览器为成千上万用户提供软件服务。SalesForce.com是目前最具代表的供应商，它的在线CRM服务（客户关系管理系统）就是其中的主打产品。基于云计算的特点，它所提供的软件服务具有以下几个特点：

互联网特性：SAAS通过互联网浏览器为用户提供服务。例如hotmail就满足了所有SAAS的基本标准：供应商提供所有程序逻辑和数据的主机服务，使用户能通过web的用户界面在Internet上存取数据。所以SAAS应用必须是互联网的，并且这种网络的应用可以灵活启用和暂停，随时随地都可使用。正因为通过网络访问，SAAS对网络的传输质量有更高的要求。

Multi-tenancy特性：SAAS通常基于一套软件为成千上万个用户提供服务，所以它必须要支持不同用户之间数据和配置的隔离，从而保证用户的安全和隐私，以及用户对界面、业务逻辑、数据结构等的个性化需求。

可扩展(Scalable）特性：可扩展性意味着最大程度的提高系统并发性。比如说应用，优化资源锁的持久性，使用无状态的进程，使用资源池来共享线和数据库连接等关键资源，缓存参考数据，为大型数据库分区。

可配置(Configurable）特性：传统的本地安装软件的使用环境中谈论可配置性时，直接修改部分代码进行二次开发来适应当前用户的需求是比较常见的解决方案。但在基于SAAS模式的使用环境中，如果业务应用的任何部分被修改了，则这一修改将可能同时影响所有当前客户的使用环境。因此，一般而言在SaaS模式的使用环境中，客户使用元数据(Metadata）来为其终端用户配置系统的界面以及相关的交互行为。

4 结语

云计算提供可靠、安全的数据存储中心，用户不用担心数据丢失、病毒入侵等麻烦；同时它对用户端的设备要求低,电脑、手机、上网本等终端均可接入；此外，云计算可以轻松实现不同设备间的数据与应用共享。当然，云计算还面临着很多问题，安全及成本就是云计算未来发展的最大阻碍，还有云计算标准不统一，在日后其大范围推广后，就会才出现类似兼容性之类的问题。但是不可否认,云计算成为主流技术的时代即将到来,假以时日，云计算将会为我们的网络时代带来翻天覆地的变化。

[1] 陈康，郑玮民. 云计算：系统实例与研究现状. JOURNAL OF SOFTWARE,2009,20(5）

[3] 陈全，邓倩妮. 云计算及其关键技术. Journal of Computer Applications,Vol 29No.9Sep.2009

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[5] Sriram I. SPECI: a simulation tool exploring cloudscale data-centers[C]//Proceedings of the 1st. International Conference on Cloud Computing(CloudCom ‘09）,2009:1-1

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1009～3044,（2010）06-1350-03