云计算技术研究

张 蕾 唐永中 何长林

（河西学院 甘肃 734000）

0 引言

云计算（c1oud computing）是基于互联网的相关服务的增加、使用和交付模式，通常涉及通过互联网来提供动态易扩展且经常是虚拟化的资源。云计算主要经历了电厂模式、效用计算、网格计算和云计算四个阶段才发展到现在这样比较成熟的水平，其主要应用在云物联、云安全、云存储等几个方面。本文就IaaS云计算为例，对云计算的实现机制进行初步探讨。

1 云计算概述

1.1 云计算的定义

云计算是 2007 年第三季度才兴起的新名词，是并行计算（Para11e1 Computing）、分布式计算（Distributed Computing）和网格计算（Grid Computing）的发展，目前，对它的定义和内涵众说纷纭，广义的云计算是指任何与 IT、软件、互联网相关的服务，通常为一些大型服务器集群，包括计算服务器、存储服务器、宽带资源等等，狭义上的云计算是指IT 基础设施的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需的硬件、平台、软件资源，其基本原理是通过使计算分布在大量的分布式计算机上，而非本地计算机或远程服务器中，企业数据中心的运行将与互联网更相似，这使得企业能够将资源切换到需要的应用上，根据需求访问计算机和存储系统。

1.2 云计算的特点

结合云计算的发展及应用背景，可将云计算的特点归纳为以下几点：

（1）超大规模

“云”具有相当的规模，Goog1e云计算已经拥有100多万台服务器，Amazon、IBM、微软、Yahoo等的“云”均拥有几十万台服务器，企业私有云一般拥有数百上千台服务器，“云”可以赋予用户超级强大的计算能力。

（2）虚拟化

云计算提供分布式、高安全性、高可靠性和可扩展的基础存储能力，可满足高速事物处理、海量存储、海量分析需求以支持用户在任意位置，使用终端获取应用服务。所请求的资源来自“云”，而不是固定有形的实体，应用在“云”中某处运行，但实际上用户无需了解、也不用担心应用运行的具体位置，只需要一台笔记本或者一个手机，就可以通过网络服务来实现用户需要的超级计算。

（3）弹性服务

用户使用的资源同业务的需求相一致，服务的规模可快速伸缩，以自动适应业务负载的动态变化，避免了因为服务器性能过载或冗余而导致的服务质量下降或者资源浪费。

（4）潜在的危险性

云计算服务除了提供计算服务外，还提供了存储服务。但是云计算服务当前垄断在私人机构手中，而他们仅仅能够提供商业信用，一旦商业用户大规模使用私人机构提供的云计算服务，无论其技术优势有多强，都不可避免地让私人机构以“数据”的重要性挟制整个社会。另一方面，云计算中的数据对于数据所有者以外的其他云计算用户是保密的，但是对于提供云计算的商业机构而言确实毫无秘密可言。所有这些潜在的危险，是商业机构和政府机构选择云计算服务、特别是国外机构提供的云计算服务时，不得不考虑的一个重要的前提。

2 云计算体系及技术

由于云计算分为IaaS、PaaS和SaaS三种类型，其体系结构如图1所示，它概括了云计算不同解决方案的主要特征：

图1 云计算技术体系结构

云计算体系结构分为4层：物理资源层、资源虚拟化层、管理中间件层和SOA构建层。物理资源层包括计算机、存储器、网络设施、数据库和软件等；资源虚拟化层是将大量相同类型的资源构成同构或接近同构的资源池，如计算资源池、数据资源池等。构建资源池更多是物理资源的集成和管理工作；管理中间件层负责对云计算的资源进行管理，并对众多应用任务进行调度，使资源能够高效、安全地为应用提供服务；SOA构建层将云计算能力封装成标准的Web Services服务，并纳入到SOA体系进行管理和使用，包括服务注册、查找、访问和构建服务工作流等。

管理中间件层和资源虚拟化层是云计算技术的最关键部分，SOA构建层的功能更多依靠外部设施提供。云计算的管理中间件负责资源管理、任务管理、用户管理和安全管理等工作。资源管理负责均衡地使用云资源节点，检测节点的故障并试图恢复或屏蔽故障，并对资源的使用情况进行监视统计；任务管理负责执行用户或应用提交的任务，包括完成用户任务映象（Image）的部署和管理、任务调度、任务执行、任务生命期管理等等；用户管理是实现云计算商业模式的一个必不可少的环节，包括提供用户交互接口、管理和识别用户身份、创建用户程序的执行环境、对用户的使用进行计费等；安全管理保障云计算设施的整体安全，包括身份认证、访问授权、综合防护和安全审计等。

3 云计算简化实现机制

基于云计算技术的体系结构，以IaaS云计算为例，简述云计算的实现机制，如图2所示：

图2 云计算简化实现机制

用户交互接口向各种应用以Web Services方式提供访问接口，从而获取用户需求。服务目录是用户可以访问的服务清单，从服务目录中用户可以查询、调用服务种类及状态。系统管理模块负责管理和分配所有可用的资源，其核心是负载均衡。配置工具负责在分配的节点上准备任务运行环境，监视统计模块负责监视节点的运行状态，并完成用户使用节点情况的统计。

整个计算执行过程并不复杂：首先，用户交互接口允许用户从目录中选取并调用一个服务，该请求传递给系统管理模块后，系统将为用户分配恰当的资源，然后调用配置工具来为用户准备运行环境。

4 总结

云计算不仅带来了高性能、高可用方面的挑战而且还提供了越来越多功能方面的变革，随着云计算技术的不断发展及进步，其必将引发IT 模式的变化及IT 服务的变革，服务将成为下一代IT 的核心内容。从云计算环境看，未来成熟稳健、高可用、易维护的云计算技术将是云计算发展的方向。

[1]李晓伟,沈艳秋.云计算及其发展进程[J].科技信息.2011.

[2]张健.云计算概念和影响力解析[J].电信网技术.2009.

[3]胡晓容.云计算及其关键技术研究[J].科技信息.2012.

[4]Cloud computing WI Ki[EB/OL].http：//en.wikipedia.org/wi ki/cloud_computing/.25 March 2011.

[5]张为民,唐剑峰.云计算：深刻改变未来[M].北京：科学出版社.2 009.