云計算原理及應(yīng)用

云計算原理及應(yīng)用

1云計算的應(yīng)用隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，信息和數(shù)據(jù)量的速度增長，計算機(jī)的計算能力和數(shù)據(jù)存儲能力無法滿足人們的需求，這顯著降低了成本。在這種情況下,云計算應(yīng)運而生。云計算將待處理的數(shù)據(jù)送到互聯(lián)網(wǎng)上的超級計算機(jī)集群中進(jìn)行計算和處理,把互聯(lián)網(wǎng)變成一種全新的計算平臺,能夠在網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)按需購買與按使用付費的業(yè)務(wù)模式。自從云計算的概念提出來以后,立刻引起業(yè)內(nèi)各方極大的關(guān)注,現(xiàn)在已成為信息領(lǐng)域的研究熱點之一。2云計算的概念云計算(CloudComputing)是由分布式計算(DistributedComputing)、并行處理(ParallelComputing)、網(wǎng)格計算(GridComputing)發(fā)展而來的,是一種新興的商業(yè)計算模型。目前,對于云計算的認(rèn)識在不斷地發(fā)展變化,云計算仍沒有普遍一致的定義。云計算是基于互聯(lián)網(wǎng)的超級計算模式,包含互聯(lián)網(wǎng)上的應(yīng)用服務(wù)及在數(shù)據(jù)中心提供這些服務(wù)的軟硬件設(shè)施,進(jìn)行統(tǒng)一的管理和協(xié)同合作。云計算將IT相關(guān)的能力以服務(wù)的方式提供給用戶,允許用戶在不了解提供服務(wù)的技術(shù)、沒有相關(guān)知識以及設(shè)備操作能力的情況下,通過Internet獲取需要的服務(wù)。通過對云計算的描述,可以看出云計算具有高可靠性、高擴(kuò)展性、高可用性、支持虛擬技術(shù)、廉價以及服務(wù)多樣性的特點。3云計算的數(shù)據(jù)存儲技術(shù)云計算是一種新興的計算模式,其發(fā)展離不開自身獨特的技術(shù)和所涉及的一系列其他傳統(tǒng)技術(shù)的支持,并借助SaaS/PaaS/IaaS等先進(jìn)的商業(yè)模式把這強(qiáng)大的計算能力分布到終端用戶手中。(1)虛擬化技術(shù)虛擬化是實現(xiàn)云計算的最重要的技術(shù)基礎(chǔ),虛擬化技術(shù)實現(xiàn)了物理資源的邏輯抽象和統(tǒng)一表示,它是指計算元件在虛擬的基礎(chǔ)上而不是真實硬件的基礎(chǔ)上運行。通過虛擬化技術(shù)可以提高資源的利用率,并能夠根據(jù)用戶業(yè)務(wù)需求的變化,快速、靈活地進(jìn)行資源部署,實現(xiàn)動態(tài)負(fù)載均衡;同時與硬件無關(guān)的特性帶來系統(tǒng)自愈功能,提升系統(tǒng)的可靠性。在云計算實現(xiàn)中,計算系統(tǒng)虛擬化是一切建立在“云”上的服務(wù)與應(yīng)用的基礎(chǔ)。虛擬化技術(shù)目前主要應(yīng)用在CPU、操作系統(tǒng)、服務(wù)器等多個方面,是提高服務(wù)效率的最佳解決方案。(2)數(shù)據(jù)存儲技術(shù)為保證高可用性、高可靠性和經(jīng)濟(jì)性,云計算采用分布式存儲的方式來存儲數(shù)據(jù),采用冗余存儲的方式來保證存儲數(shù)據(jù)的可靠性,即為同一份數(shù)據(jù)存儲多個副本。這樣用戶就無需考慮存儲容量、數(shù)據(jù)存儲位置以及數(shù)據(jù)的安全性和可靠性等問題。另外,云計算系統(tǒng)需要同時滿足大量用戶的需求,并行地為大量用戶提供服務(wù)。因此,云計算的數(shù)據(jù)存儲技術(shù)必須具有高吞吐率和高傳輸率的特點。云計算的數(shù)據(jù)存儲技術(shù)的主要代表有谷歌的GFS(GoogleFileSystem)。IBM的“藍(lán)云”采用的是HDFS(HadoopDistributedFileSystem)數(shù)據(jù)存儲技術(shù)。此外,一些IT公司也提出了一些數(shù)據(jù)存儲的解決方案。例如:微軟公司提出的Skydrive,惠普公司的Upline以及Sun公司的N。云計算的數(shù)據(jù)存儲技術(shù)未來的發(fā)展將集中在超大規(guī)模的數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)加密和安全性保證以及繼續(xù)提高I/O速率等方面。(3)數(shù)據(jù)管理技術(shù)云計算系統(tǒng)對大數(shù)據(jù)集進(jìn)行處理、分析,并向用戶提供高效的服務(wù),因此,數(shù)據(jù)管理技術(shù)必須能夠高效地管理大量的數(shù)據(jù)。另外,如何在規(guī)模巨大的數(shù)據(jù)中找到特定的數(shù)據(jù),也是云計算數(shù)據(jù)管理技術(shù)所必須解決的問題。云計算系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)管理技術(shù)主要是Google的BT(BigTable)數(shù)據(jù)管理技術(shù)和Hadoop團(tuán)隊開發(fā)的開源數(shù)據(jù)管理模塊HBase。由于管理形式的不同造成傳統(tǒng)的SQL數(shù)據(jù)庫接口無法直接移植到云管理系統(tǒng)中來,目前一些研究在關(guān)注為云數(shù)據(jù)管理提供RDBMS和SQL的接口,如基于Hadoop子項目HBase和Hive等。(4)編程模型為了使用戶能更輕松地享受云計算帶來的服務(wù),讓用戶能利用該編程模型編寫簡單的程序來實現(xiàn)特定的目的,云計算上的編程模型必須十分簡單,必須保證后臺復(fù)雜的并行執(zhí)行和任務(wù)調(diào)度向用戶和編程人員透明。當(dāng)前比較有代表性的是Google和Hadoop項目。Google開發(fā)了java、Python、C++編程工具M(jìn)ap/Reduce,它不僅僅是一種編程模型,同時也是一種高效的任務(wù)調(diào)度模型,主要用于數(shù)據(jù)集的并行運算和并行任務(wù)的調(diào)度處理。這種編程模型并不僅適用于云計算,在多核和多處理器、cellprocessor以及異構(gòu)機(jī)群上同樣有良好的性能。(5)云安全云計算是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的計算模式,提供服務(wù)的時候也就不可避免地出現(xiàn)像安全漏洞、信息泄露、惡意攻擊和病毒侵害等普遍存在于既有信息系統(tǒng)中的共性安全問題。云安全經(jīng)過樣本收集和MD5端匹配技術(shù)發(fā)展階段,目前已發(fā)展到了第三代的可信云安全?？尚旁瓢踩奶攸c是網(wǎng)上自動安全檢測和防御,客戶端可以優(yōu)化到很小,以提高性能、減少資源消耗。4微控制器以及其他廠商云計算作為業(yè)界熱點,近年來世界各國對于它的研究和應(yīng)用方興未艾,許多政府部門和著名公司在研發(fā)與應(yīng)用云計算的過程中作出了大量的工作和努力。(1)云計算在國外的發(fā)展云計算與網(wǎng)絡(luò)密不可分。云計算的原始含義是通過互聯(lián)網(wǎng)提供計算能力。云計算的起源與亞馬遜和Google兩個公司有十分密切的關(guān)系,它們最早使用到了“CloudComputing”的表述方式。目前美國公開宣布進(jìn)入或支持云計算技術(shù)開發(fā)的業(yè)界巨頭包括微軟、谷歌、IBM、亞馬遜、Netsuite、NetApp、Adobe等。Google是云計算的提出者。2006年,Google啟動了“Google101”計劃,引導(dǎo)大學(xué)生們進(jìn)行“云”系統(tǒng)的編程開發(fā)。多年的搜索引擎技術(shù)的積累成果使Google在云計算技術(shù)上處于領(lǐng)先的地位,不僅提供在線應(yīng)用,還希望發(fā)揮自身的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)優(yōu)勢,成為在線應(yīng)用的統(tǒng)一平臺。Google以發(fā)表學(xué)術(shù)論文的形式公開了其云計算三大法寶:GFS、Map/Reduce和BigTable,并在美國、中國等高校開設(shè)云計算編程課程。微軟于2008年10月推出了WindowsAzure操作系統(tǒng),這個系統(tǒng)作為微軟云計算計劃的服務(wù)器端操作系統(tǒng)(CloudOS)為廣大開發(fā)者提供服務(wù)。微軟擁有全世界數(shù)以億計的Windows用戶桌面和瀏覽器,Azure(藍(lán)天)試圖通過在互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)上打造新云計算平臺,讓W(xué)indows由PC延伸到“藍(lán)天”上。IBM從企業(yè)內(nèi)部需求的逐漸上升出發(fā),在2007年11月提出了“藍(lán)云”計劃,推出共有云和私有云的概念。IBM提出私有云解決方案是為減少諸如數(shù)據(jù)、信息安全等共有云現(xiàn)存的問題,從而搶占企業(yè)云計算市場。依托IBM在服務(wù)器領(lǐng)域的傳統(tǒng)優(yōu)勢,IBM成為目前唯一一個提供從硬件、軟件到服務(wù)全部自主生產(chǎn)的廠商。2008年7月,雅虎、惠普和英特爾聯(lián)合宣布將建立全球性的開源云計算研究測試床,稱為OpenCirrus,鼓勵開展云計算、服務(wù)和數(shù)據(jù)中心管理等領(lǐng)域中各方面的研究。Apple是云計算領(lǐng)域的一位積極參與者。從近年來推出的iTunes服務(wù),到MobileMe服務(wù),到收購在線音樂服務(wù)商Lala,再到最近在美國北卡萊羅納州投資10億美元建立新數(shù)據(jù)中心的計劃,無不顯示其進(jìn)軍云計算領(lǐng)域的巨大決心。這些國際知名大公司在全世界建造了龐大的云計算中心。譬如:Google的搜索引擎分布于200多個站點、超過100萬臺服務(wù)器的支撐,而且設(shè)施數(shù)量正在迅猛增長。(2)云計算在國內(nèi)的發(fā)展目前中國云計算的討論多數(shù)集中在早期云計算的概念、技術(shù)和模式上。早期的云計算是一種動態(tài)的、易擴(kuò)展的、通過互聯(lián)網(wǎng)提供虛擬化IT資源和應(yīng)用的一種計算模式。用戶不需要了解云技術(shù)內(nèi)部的細(xì)節(jié),也不必具有云內(nèi)部的專業(yè)知識,更不需要直接參與、投入、建設(shè)、維護(hù)和控制就能直接按需使用并按用量付費。2008年,IBM在無錫建立了中國第一個云計算中心,在北京IBM中國創(chuàng)新中心建立了第二個云計算中心———IBM大中華區(qū)云計算中心。2009年初,在南京建立國內(nèi)首個“電子商務(wù)云計算中心”。世紀(jì)互聯(lián)推出“CloudEx”產(chǎn)品線,包括完整的互聯(lián)網(wǎng)主機(jī)服務(wù)“CloudExComputingService”、基于在線存儲虛擬化的“CloudExStorageService”等云計算服務(wù)。隨著云計算的升溫,國內(nèi)的電信運營商也都積極投入到云計算的研究中,以期通過云計算技術(shù)促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和整合,尋找到新的贏利機(jī)會和利潤增長點,以實現(xiàn)向信息服務(wù)企業(yè)的轉(zhuǎn)型。中國移動推出了“大云”(BigCloud)云計算基礎(chǔ)服務(wù)平臺,中國電信推出了“e云”云計算平臺,中國聯(lián)通則是推出了“互聯(lián)云”平臺。我國企業(yè)創(chuàng)造了“云安全”概念,通過網(wǎng)狀的大量客戶端對網(wǎng)絡(luò)中軟件行為的異常監(jiān)測,獲取互聯(lián)網(wǎng)中木馬、惡意程序的最新信息,在服務(wù)端進(jìn)行自動分析和處理,再把解決方案分發(fā)到客戶端。瑞星、趨勢等企業(yè)都推出了云安全解決方案。隨著云計算的發(fā)展,互聯(lián)網(wǎng)的功能越來越強(qiáng)大,用戶可以通過云計算在互聯(lián)網(wǎng)上處理龐大的數(shù)據(jù)和獲取所需的信息。從云計算的發(fā)展現(xiàn)狀來看,未來云計算的發(fā)展會向構(gòu)建大規(guī)模的能夠與應(yīng)用程序密切結(jié)合的底層基礎(chǔ)設(shè)施的方向發(fā)展。不斷創(chuàng)建新的云計算應(yīng)用程序,為用戶提供更多更完善的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)也可作