云计算架构分析及其应用研究

摘要：为了构建安全可靠的云计算平台环境，同时对其实际应用性能进行分析研究，本文对云计算的特点、架构关键技术及架构模式进行了阐述说明，并对云计算的应用进行分析研究，希望对云计算架构模型的研究具有一定的理论指导意义和实际应用价值。

关键词：云计算；架构模式；关键技术；应用分析

中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）05-0098-02

随着大数据时代的到来，人们对于互联网数据的需求量越来越大，数据的种类和服务的种类也越来越多，对海量数据的存储管理是大数据时代必须解决的瓶颈难题，云计算的概念顺势而生。简单来说，云计算是一种通过互联网媒介实现随时随地、便捷快速、按需地访问共享数据资源池（如计算机设施、存储设备或者应用程序等）的计算和数据访问模式[1-2]。

作为目前被广泛研究的全新课题，专家学者对云计算技术的理论和实践研究也越来越重视，目前针对云计算的研究主要围绕在对云计算相关硬件设施的构建、云计算分布式软件应用系统以及数据服务的构建三个层面上，详细描述为云计算平台基础设施模式和架构的设计、云计算环境下的并行计算模式、云计算环境下分布式存储模型的构建、云计算多样性数据服务以及云计算数据安全保护机制等[3]。

1 云环境概述

1.1 云计算定义

云计算的概念和定义种类繁多，但是其主体思想基本一致，云计算融合了服务器虚拟化技术、网络服务以及网格技术等全新计算应用技术，其能够根据用户行为和多样性需求对网络资源进行重新组织规划，以最优的方式传递到用户终端，从而提供高效的数据服务模式，因此，云计算必然使用目前最先进的数据通信技术和数据存储技术，云计算可以被认定为是网格计算的拓展；虚拟化技术作为云计算使用和发展的基石，可以重新规划云计算的基础设施，同时完成部署和管理工作，成本较低，而且资源利用率较高；Web Service网络服务涵盖了XML、SOAP、WSDL以及UDDI技术，在云计算环境下为用户提供安全可靠的基于互联网的技术服务[4-5]。

1.2 云计算的特点

云计算作为一种全新的数据计算模式和应用服务形式，其典型特点如下：

（1）可靠性高。云计算具备先进的分布式计算能力，同时能够利用服务器虚拟化技术提升计算效率和存储空间，可以对数据计算和存储可靠性进行有效地保障[6-7]。

（2）超大规模及其可扩展性。云计算通过构建基础硬件设施架构提供海量数据运算服务，其定义本身就决定了其超大规模的应用空间。云计算能够对多个大规模的计算集群进行整合和拓展，而且多个数据计算节点可以并发运行，实现多线程数据处理。从用户的角度而言，“云计算”的规模可以实现实时动态伸缩，其伸缩的依据是应用的类型和规模，因此可以较好地满足不同用户、不同规模的计算服务需求和数据存储空间。

（3）便捷性和通用性。云计算平台为用户提供的数据计算和存储服务不受任何时间、地点等制约条件，而且也不受访问平台和系统的制约，只要用户接入互联网，即可通过收费或免费的方式获取海量互联网数据信息。

1.3 基于云计算架构的关键技术

云计算作为目前被广泛研究的全新课题，其应用的关键技术种类繁多，总体而言，云计算本身所涉及的关键技术包括数据中心服务器串联技术、云数据存储技术、并行编程模型以及云数据管理技术等。

（1）数据中心服务器串联技术。数量繁多、规模巨大的服务器群需要依靠云计算数据中心进行串联，其中服务器集群的安装部署、集群整合串联方式、数据集群内动态迁移以及数据快照等技术均在串联的过程中被应用。同时，解决云计算基础设施功耗等问题的方法也是云计算架构中不可逃避的关键问题。

（2）云数据存储技术。为了能够同时多用户的海量数据服务请求，云计算平台必须具备大规模数据的存储能力，并且具备较高的数据传输速率和吞吐量。Google公司使用的GFS文件系统所串联的硬盘规模数量达到上万个，数据处理的规模按GB级来计算衡量。而且需要说明的是，为了保证数据的完全安全，通常情况下，至少需要三个数据信息备用。

（3）云数据管理技术。云计算数据库主要负责存储各种用户产生的分布式数据，其需要处理的结构化数据规模通常是PB量级，而且不同用途的云數据库系统必须使用特定的数据库查询语言。例如Google公司提供云计算服务过程中使用的是Bigtable数据库，需要通过特定的GQL（Google Query Language）数据库查询语言进行数据检索。

（4）云编程模型。云编程模型主要完成云计算平台提供大量的计算服务，为用户提供可以进行并发数据处理的应用程序编程系统。Google公司将MapReduce关键技术作为云编程模型的基本框架，而且MapReduce技术也是云计算供应商首选的编程模型。

2 云计算架构模式

2.1 云计算硬件基础设计架构

云计算首先具备的功能是实现大规模应用服务器和数据服务器集群的串联融合。在硬件方面，其通常需要首先克服大规模服务器集群的硬件散热问题。一般情况下，云计算数据中心内部将服务器安装“货柜式”的方式进行安置部署。为了提升云计算平台的整体运行效率和运行环境，超大规模的服务器集群融合过程中所采用的串联技术必须具备大规模性、可伸缩性以及数据可重复性等特点，同时具备容错和平衡负载能力。

同时，云计算架构必须具备较高的网络带宽支持。云计算属于基于互联网的数据存储和计算模式，通过服务器集群和超大容量数据存储空间在进行信息交互的性能要求较高，因此，对网络带宽和访问速率的要求极高。

2.2 云计算架构模型

云计算架构模型的组成元素主要包括云计算基础硬件设施和应用软件平台两部分内容，如图1所示，该模型作为NIST层次型体系架构的典型代表，可以同时对Saas模型、Paas模型以及Iaas模型的层次模型进行匹配。endprint

2.3 云计算应用分析

云计算为我国的信息化建设和智能化建设带来了新的发展机遇，而且在很多领域取得了广泛的应用。具体应用体现在以下行业。

（1）制造業：通过云计算技术，能够实时获取和了解零件供应商的基本情况、库存信息以及市场行情，便于动态调整产品组装和备料方案。

（2）物流业：云计算可以通过共享的信息资源和通信技术，实现物流信息的高效管理和数据的即时发布，便于用户实时查看物流信息。

（3）电信业：在电信运营商的业务范畴内，云计算能够在企业内部IT管理系统进行系统增值服务的测试，云计算构造的数据运行环境和互联网数据中心具备创造价值的机会和降低成本的优势。

（4）教育科研：“教育云”能够将不同区域、不同时间的教育资源进行整合、管理、传播和应用，从而提升我国教育产业的投入效率，促进教育资源整合和合理化分布，提升边远地区的教育水平。

（5）国防工业：未来的战争必将是信息战，云计算能够完成信息转化成智能和决策的过程中所需的大量的实时计算过程。

3 结语

云计算是伴随着用户的海量数据和计算服务需求诞生的，其作为一种创新探究，科技发展和社会演化对其发展起到了驱动作用。为了构建安全可靠的云计算平台环境，同时对其实际应用性能进行分析研究，本文对云计算的特点、架构关键技术及架构模式进行了阐述说明，并对云计算的应用进行分析研究，希望对云计算架构模型的研究具有一定的理论指导意义和实际应用价值。

参考文献

[1]刘建东.云计算下数据挖掘平台架构及其关键技术的探索[J].科技与创新，2017（6）：128.

[2]黄承宁.大数据和云计算架构应用技术研究[J].福建电脑，2017，33（2）：16-17.

[3]乔海庚.云计算环境下软件开发架构应用与设计[J].电子技术与软件工程，2016（7）：54.

[4]杨扬，贾君君，李晨.面向服务架构的云计算平台[J].计算机应用，2015（S1）：35-36+46.

[5]顾继安，万晓锋，陈玉梅，等.IT基础架构虚拟化技术与云计算研究应用[J].船舶与海洋工程，2016，32（3）：72-77.

[6]管震宇，董强.基于云算平台的软件架构应用[J].环球市场信息导报，2016（5）：112.endprint