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1、浙江财经大学东方学院学年论文云计算概念与技术学生姓名叶少炜 指导教师 金勤分 院 信息分院 专业名称 计算机科学与技术班级12 计算机 3 班 学号 12204103202015 年 4 月 25 日云计算概念与技术摘要：近两年，IT 领域最给力的词汇之一非“云计算”莫属。报刊媒体大量刊登文章报道云计算，专家、学者、企业家、官员对此也津津乐道，不少省市把云产业和云应用纳入“十二五”规划.本文从云计算概念入手，对其组成作了简要介绍。并在此基础上重点对云计算的关键技术与未来发展深入探讨。关键词：云计算；关键技术；未来发展一、引 言云计算（英文：Cloud computing），是一种基于互联网的计
2、算方式，是传统计算机技术和网络技术发展融合的产物,也是引领未来信息产业创新的关键战略性技术和手段。狭义云计算指 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资源；广义云计算指服务的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需服务。云计算是继 1980 年代大型计算机到客户端- 服务器的大转变之后的又一种巨变。用户不再需要了解“云”中基础设施细节，不必具有相应的专业知识，也无需直接进行控制。云计算的核心思想，是将大量用网络连接的计算资源统一管理和调度，构成一个计算资源池向用户按需服务。提供资源的网络被称为“云”。“云”中的资源在使用者看来是可以无限扩展的，并且
3、可以随时获取，按需使用，随时扩展，按使用付费。，云计算是一种方便的使用方式和服务模式，通过互联网按需访问资源池模型( 例如网络、服务器、存储、应用程序和服务) ，可以快速和最少的管理工作为用户提供服务。 云计算是并行计算( parallelcomputing) 、分布式计算( distributed computing) 和网格计算( grid computing) 等技术的发展。云计算又是虚拟化( virtualization) 、效用计算( utility computing)的商业计算模型，它由 3 种服务模式，4 种部署模式和 5 点基本特征组成。2、云计算的组成（一）三种服务模式云计
4、算的服务层次可分为将基础设施作为服务层、将平台作为服务层以及将软作为服务层，市场进入条件也从高到低 目前越来越多厂商可以提供不同层次的云计算服务，部分厂商还可以同时提供设备、平台、软件等多层次的云计算服6，8 图 1 为云计算服务类型 1基础设施即服务( Infrastructure as a Service，IaaS)通过网络作为标准化服务提供按需付费的弹性基础设施服务，其核心技术是虚拟化 可以通过廉价计算机达到昂贵高性能计算机的大规模集群运算能力 典型代表如亚马逊云计算 AWS( Amazon WebServices) 的弹性计算云 EC2 和简单存储服务 S3，IBM 蓝云等。2.平台即
5、服务( Platform as a Service，PaaS) 提供给客户的是将客户用供应商提供的开发语言和工具( 例如Java，python，.Net) 创建的应用程序部署到云计算基础设施上去 其核心技术是分布式并行计算 PasS 实际上指将软件研发的平台作为一种服务，以SaaS 的模式提交给用户 典型代表 Google AppEngine( GAE) 只允许使用Python 和 Java 语言，基于称为 Django 的 Web 应用框架调用 GAE 来开发在线应用服务3.软件即服务( Software as a Service，SaaS) 它是一种通过 Internet 提供软件的模式，
6、用户无需购买软件，而是租用服务商运行在云计算基础设施上的应用程序，客户不需要管理或控制底层的云计算基础设施，包括网络、服务器、操作系统、存储，甚至单个应用程序的功客户SaaS服务Paas服务LaaS 服务虚拟化平台网络设备层图 1云计算服务类型能。该软件系统各个模块可以由每个客户自己定制、配置、组装来得到满足自身需求的软件系统。典型代表如 Salesforce 公司提供的在线客户关系管理CRM( Client Relationshiz Management) 服务，Zoho Office，Webex，常见的还有 Email 等。（二）四种部署模式1.私有云( private cloud)云基础
7、设施是为一个客户单独使用而构建的，因而提供对数据、安全性和服务质量的最有效控制 私有云可部署在企业数据中心中，也可部署在一个主机托管场所，被一个单一的组织拥有或租用。2.社区云( community cloud)基础设施被一些组织共享，并为一个有共同关注点的社区服务( 例如任务、安全要求、政策和遵守的考虑)。3.公共云( public cloud)基础设施是被一个销售云计算服务的组织所拥有，该组织将云计算服务销售给一般大众或广泛的工业群体，公共云通常在远离客户建筑物的地方托管，而且它们通过提供一种像企业基础设施进行的灵活甚至临时的扩展，提供一种降低客户风险和成本的方法。4. 混合云( hybr
8、id cloud)基础设施是由 2 种或 2 种以上的云( 私有，社区或公共) 组成，每种云仍然保持独立，但用标准的或专有的技术将它们组合起来，具有数据和应用程序的可移植性( 例如，可以用来处理突发负载) ，混合云有助于提供按需和外部供应方面的扩展。（三）五个特征无论是广义云计算还是狭义云计算，对于最终用户而言，均具有如下特征1. 按需自助式服务( on-demand self-service)用户可以根据自身实际需求扩展和使用云计算资源，具有快速提供资源和服务的能力。能通过网络方便地进行计算能力的申请、配置和调用，服务商可以及时进行资源的分配和回收。2.广泛的网络访问( broad netw
9、ork access)通过互联网提供自助式服务，使用者不需要部署相关的复杂硬件设施和应用软件，也不需要了解所使用资源的物理位置和配置等信息，可以直接通过互联网或企业内部网透明访问即可获取云中的计算资源。高性能计算能力可以通过网络访问。3. 资源池( resource pooling)供应商的计算资源汇集在一起，通过使用多租户模式将不同的物理和虚拟资源动态分配多个消费者，并根据消费者的需求重新分配资源。各个客户分配有专门独立的资源，客户通常不需要任何控制或知道所提供资源的确切位置，就可以使用一个更高级别抽象的云计算资源。4.快速弹性使用( rapid elasticity)。快速部署资源或获得服
10、务。 服务商的计算能力根据用户需求变化能够快速而弹性地实现资源供应。 云计算平台可以按客户需求快速部署和提供资源。通常情况下资源和服务可以是无限的，可以是任何购买数量或在任何时候。云计算业务使用则按资源的使用量计费。5.可度量的服务( measured service)。云服务系统可以根据服务类型提供相应的计量方式，云自动控制系统通过利用一些适当的抽象服务( 如存储、处理、带宽和活动用户帐户) 的计量能力来优化资源利用率，还可以监测、控制和管理资源使用过程。 同时，能为供应者和服务消费者之间提供透明服务。三、云计算的关键技术云计算作为一种新的超级计算方式和服务模式，以数据为中心，是一种数据密集
11、型的超级计算9 它运用了多种计算机技术，其中以编程模型、数据管理、数据存储、虚拟化和云计算平台管理等技术最为关键 下面分别介绍云计算的一些关键技术1.编程模型 MapReduce 。作为 Google 开发的 Java、Python、C + + 编程模型，是一种简化的分布式编程和高效的任务调度模型，应用程序编写人员只需将精力放在应用程序本身，使云计算环境下的编程十分简单 而关于集群的处理问题，包括可靠性和可扩展性，则交由平台来处理。 MapReduce 模式的思想是通过“Map( 映射) ”和“Reduce( 化简) ”这样 2 个简单的概念来构成运算基本单元，先通过Map 程序将数据切割成不
12、相关的区块，分配( 调度) 给大量计算机处理，达到分布式运算的效果，再通过 Reduce 程序将结果汇整输出，即可并行处理海量数据。2.海量数据分布存储技术。云计算系统采用分布式存储的方式存储数据，用冗余存储的方式保证数据的可靠性。 云计算系统中广泛使用的数据存储系统是 Google 的 GFS 和Hadoop 团队开发的 GFS 的开源实现 HDFS。GFS 即 Google 文件系统( Google File System) ，是一个可扩展的分布式文件系统，用于大型的、分布式的、对大量数据进行访问的应用。GFS 的设计思想不同于传统的文件系统，是针对大规模数据处理和 Google 应用特性
13、而设计的。它虽然运行于廉价的普通硬件上，但可以提供容错功能。它可以给大量的用户提供总体性能较高的服务。一个GFS 集群由一个主服务器( master) 和大量的块服务器(chunkserver)构成，并被许多客户( client) 访问。主服务器存储文件系统所有的元数据，包括名字空间、访问控制信息、从文件到块的映射以及块的当前位置。它还控制系统活动范围，如块租约( lease) 管理，孤立块的垃圾收集，块服务器间的块迁移。主服务器定期通过心跳( HeartBeat) 消息与每一个块服务器通信，并收集它们的状态信息。3.海量数据管理技术。海量数据管理是指对大规模数据的计算、分析和处理，如各种搜索
14、引擎。 以互联网为计算平台的云计算能够对分布的、海量的数据进行有效可靠地处理和分析。因此，数据管理技术必需能够高效地管理大量的数据，通常数据规模达 TB 甚至 PB 级。云计算系统中的数据管理技术主要是 Google 的 BT( BigTable) 数据管理技术，以及 Hadoop 团队开发的开源数据管理模块 HBase 和 Hive，作为基于 Hadoop的开源数据工具，主要用于存储和处理海量结构化数据。BT 是建立在 GFS，Scheduler，Lock Service 和 MapReduce之上的一个大型的分布式数据库，与传统的关系数据库不同，它把所有数据都作为对象来处 Google 的
15、很多项目使用 BT 来存储数据，包括网页查询，Google Earth 和Google 金融。 这些应用程序对 BT 的要求各不相同 : 数据大小( 从 URL 到网页到卫星图像) 不同，反应速度不同( 从后端的大批处理到实时数据服务) 。对于不同的要求，BT 都成功地提供了灵活高效的服务。4. 虚拟化技术虚拟化( virtualization) 技术是云计算系统的核心组成部分之一，是将各种计算及存储资源充分整合和高效利用的关键技术。云计算的特征主要体现在虚拟化、分布式和动态可扩展，而虚拟化作为云计算最主要的特点，为云计算环境搭建起着决定性作用。虚拟化技术是伴随着计算机技术的产生而出现的，作为
16、云计算的核心技术，扮演着十分重要的角色，提供了全新的数据中心部署和管理方式，为数据中心管理员带来了高效和可靠的管理体验，还可以提高数据中心的资源利用率，低功能绿色环保。 通过虚拟化技术，云计算中每一个应用部署的环境和物理平台是没有关系的，通过虚拟平台进行管理、扩展、迁移、备份，种种操作都通过虚拟化层次完成。虚拟化技术实质是实现软件应用与底层硬件相隔离，把物理资源转变为逻辑可管理资源。 目前云计算中虚拟化技术主要包括将单个资源划分成多个虚拟资源的裂分模式，也包括将多个资源整合成一个虚拟资源的聚合模式 虚拟化技术根据对象可分成存储虚拟化、计算虚拟化、网络虚拟化等，计算虚拟化又分为系统级虚拟化、应用级虚拟化和桌面虚拟化。3、云计算的运用与发展互联网服务商是云概念的引领者。以 Google为代表的互联网服务商的业务发展战略可以概括为平台+服务的商业模式，即通过免费或低成本的业务平台（云平台）聚众，扩大白有服务应用范围。作为互联网
