在计算机仿真领域云计算的应用与实现

吴炬华

新乡学院

随着计算机、互联网技术的不断发展，云计算应运而生，并且日渐成熟，逐渐的运用到军事、制造、医疗等行业范围内。传统的计算机通过性能高的CPU、仿真软件、内存等设备为用户提供相应的仿真计算服务，但是对于仿真前后的处理结果无法进行及时的提供，计算也容易出现错误。云计算在计算机仿真领域的应用极大的提高了计算的准确性，并且可以把计算结果通过网络的远程控制及时的传递给客户，提高了工作效率。

一、云计算的概念及特征

（一）云计算的概念

云计算就是将硬件和软件当作资源并以服务的方式提供，用户通过网络按需使用这些服务。具体来说，云计算是依赖于网络的一种运算方法，通过这种方式，把一些共享的信息、软硬件资源按照各自的需要提供给计算机或者其他的设施设备。云计算供应商一般是把一些数据、信息和软件储存在服务器上，为客户提供可以通用的网络业务，使客户通过浏览器或者其他的Web服务来实现访问，获取需要的信息。

（二）云计算的特征

云计算是通过Internet接入的，不需要自身具有IT技术来实施；第三方提供，按需分配；资源共享；没有多余功能的开发；没有多余的费用支出；系统的延续性好；面向服务----XaaS。

目前为止，国际上许多知名的IT公司，例如微软、IBM、亚马逊等都在积极的进行云计算的研究和部署，也已经开展了云计算的商业服务。微软公司不断扩大自身的数据中心，通过增加服务器来组建自己的云计算平台；IBM公司在全球建立多家云计算中心，实施“兰云计划”为客户搭建一个分布式的可利用互联网进行访问的云计算体系；亚马逊公司提供的是利用虚拟技术使客户通过互联网来访问的租用服务。此外，其他的公司也提供相应的云计算服务。

二、云计算在计算机仿真领域的应用

云计算在工程仿真领域的一个重要应用实践就是仿真云计算技术，它是将多个学科的仿真应用、三维应用虚拟化、并行编程技术、分布式资源管理技术、管理门户等相关的IT技术进行的一个高度融合，它极大的满足了企业以及科研机构对于研发高端计算资源的需求。

（一）应用模式

云计算的应用模式分为三类：

1、软件即服务（SaaS）:用户可以通过标准的浏览器来使用内网或外网上的软件，客户端软件通过标准的Web服务来使用网上的服务，用户也可不必购买软件，只需要按照需要来租用软件即可。

2、平台即服务（PaaS）：为客户提供服务的引擎，例如应用编程接口、运行测试平台、并行计算、数据中心等等，用户基于该应用服务引擎可以构建该类应用。

3、基础设施即服务（IaaS）：是以服务的形式提供虚拟的硬件资源，例如虚拟主机、存储、网络、安全等资源。用户不需要购买服务器、网络设备、存储设备等硬件设施，仅仅需要通过互联网的租赁就可以搭建属于自己的应用系统。相应的服务机构或者运营商提供数据的存储、计算和信息的查询、处理、传递等服务，这些服务的成本低，真实可靠。对于计算机仿真领域来说，这种类型的服务模式可以避免硬件设施的浪费，降低信息、数据这些资源的使用成本或推广成本。

（二）关键技术

1、虚拟技术

云计算的虚拟技术涵盖整个IT的架构，不是单一的虚拟化，是资源、网络、应用等全部在内的全系统的虚拟化，它把所有的硬件设备、软件的应用、数据分隔开来，打破了它们之间的界限，把原来静态的IT架构变为动态，有利于实现资源的集中管理，可以动态的使用虚拟的资源、物理资源，提高了计算机仿真系统的环境适应性，满足了发展的需求。

2、分布式资源管理技术

计算机仿真系统复杂多样，又有许多的子系统作支撑，很多时候会发生多节点并发执行的情况，这时候，只有保证分布数据的统一，才能保证整个系统的正确运行。云计算出现以前，是依靠计算机领域的研究人员、开发公司提出的各种协议来实现分布数据的一致性。但是，对于一些大规模、超大规模的系统来说，很难保证各个子系统都能够遵行统一的协议来执行，这也就无法很好的解决分布一致性的问题。云计算的分布式资源管理技术及时、圆满的解决了这个难题。

3、并行编程技术

云计算采用的是并行编程模式，在这个模式下，把数据的分布、负载均衡、并发处理等等细节全部抽象到一个函数库，通过一个统一的接口把一个具体的任务分布到各个子系统中，同时处理这些数据。

三、云计算在计算机仿真领域的实现

（一）仿真云计算的平台整体框架

仿真云计算的平台是由计算云、应用云、存储云通过千兆以太网连接至机房网络组成的。用户可以通过PC的客户端网络连至机房网络来要求计算机仿真服务的。

（二）实现机制

1、虚拟化机制

虚拟化机制是云计算的一项基础核心技术，通过抽象、映射、展现等技术把实际的物理资源隐藏，为上层的系统提供一个统一的设备使用形式，减少了因为复杂多样的物理设备而带来的差异，有利于实现计算虚拟化、存储虚拟化、网络虚拟化、应用虚拟化和桌面虚拟化，提高了设备的利用率。

2、海量数据分布式存储管理机制

云计算系统离不开大量服务器的支持，通过这些服务器为用户提供相应的服务，提高了服务的可靠性、经济性。云计算采用的是分布式存储数据的方式，确保了数据的可靠性。

3、分布式计算机制

分布式计算机制是把一个庞大的计算分解成许多小的部分，让许多的独立计算机同时处理来实现元计算，然后对得到的结果进行组合，得出数据的结论。

4、Web2.0界面交互机制

在Web2.0网站中，免费提供版权开放、软件代码等，用户既可以浏览网站的内容，也可以对网站的内容进行制造，Web2.0是云计算应用层的核心技术，很好地实现了SaaS界面层的功能。

（三）功能组件

1、门户

门户系统：为仿真云计算提供登陆的平台和界面展示。

数据库：为云计算的运营管理和资源的调度提供数据支撑。

2、计算中心内部

计算云：提供仿真求解的计算服务。

应用云：提供软硬件的监控分析、求解过程的远程监控，计算前后的处理。

存储云：为计算的数据提供储存服务。

通信服务：在运营的过程中，提供及时的通信。

安全认证：对于用户的认证登录和数据库的安全进行管理控制。

3、计算中心外部

外部主要包括用户的客户端和管理员的客户端。管理员的客户端主要进行及时的监控和维修活动；用户客户端是提供云计算的任务，连接计算平台来实现云计算。

（四）设备要求

云计算的应用对于计算机设备、网络空间都有既为严格的要求，这样才能更好的实现云计算的快捷服务。因此，在实施的过程中要注意CPU、本地磁盘、显卡、内存、网络、操作系统等软硬件设施设备的选择，只有优质坚固的基础设施作支撑，才能更好的提供服务。

科学技术的飞速发展已经极大的改革了原有的生产生活方式，朝着高效、便捷的方向发展。云计算已逐渐融入我们的生活、工作之中，云计算在资源共享、资源管理、资源配置、并行计算、协同工作、容错服务、信息服务等等方面都提供出了一个无限大的发展空间，它的这些特征和优势，为计算机仿真领域的发展带来了新的发展契机。尽管云计算在计算机仿真领域的应用还不成熟，但随着社会各界对云计算的重视和需求，云计算的应用空间会更加扩大。云计算在计算机仿真领域的应用和实现，极大地提高了计算的效率，推动了计算机仿真技术的发展。

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