云计算从概念到应用的研究.docx

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1、 第 15期 总 第 217期 2010年 8月 内蒙古科技与经济 Inner Mongolia Science Technology & Economy No. 15, the 217th issue Aug. 2010 云计算从概念到应用的研宄 齐虎春 (内蒙古化工职业学院，内蒙古呼和浩特 010010) 摘要：文章通过介绍云计算的理念和特点，分析它的架构和平台，提出云计算将成为未来人们获 取服务和信息的主导方式 关键词：云计算；架构层次；应用平台 中图分类号： TP393. 4 文献标识码 ： A 文章编号： 1007- 6921( 2010) 15- 0059- 02 z?计算 （ C

2、loud Computing)是分布式、并彳丁处 理、虚拟化和网格计算的发展，是这些概念的商业实 现自 2006年亚马逊推出弹性计算云 （ EC2)服务让 中小型企业能够按照自己的需要购买亚马逊数据中 心的计算能力之后，云计算时代正式来临。 H前，在 云计算技术应用上领先的企业包括 Google IBM Amazon Microsoft Sun等。云计算是一种新型的商 业计算模式，在此模式之下，用户的数据存储在互联 网的后台服务器中，他们可以通过任何一台电脑或 终端设备来访问这些数据，同时通过网络来使用应 用软件，任何拥有合适的互联网连接和标准浏览器 的人都可以访问云应用。 1云计算的概念 云

3、计算是以网络为载体，以提供基础架构、平 台、软件等服务为形式，整合大规模可扩展的计算、 存储、数据、应用等分布式计算资源，进行协同工作 的一种动态易扩展的超级计算模式在云计算模式 下，用户不再需要购买复杂的硬件和软件，只需要支 付相应的费用给云计算服务提供商，通过网络就可 以方便地获取所需要的计算、存储等资源云计算的 一个重要价值是软硬件需求的扩展能力完全脱离本 地计算，具有整合资源按需扩展方面的特殊意义未 来软件安装在 “ 云 ” 端，数据存储在“ 云 ” 端，用户通过 浏览器来远程计算、处理数据，结果显示在客户端， 这样的计算模式就是云计算 虽然对 “ 云 ” 进行定义、分类是很有意义的事

4、情， 但理解云计算的价值则显得更为重要。云计算最关 键的特点是计算资源能够被动态的有效分配，消费 者能够最大限度地使用计算资源但又无需管理底层 复杂的技米 2云计算的架构层次 云计算是虚拟化、效用计算、 IaaS(基础设施即 服务 PaaS(平台即服务 SaaS(软件即服务 ） 等概 念混合演进并跃升的结果，也是分布式计算 （ distributed computingX 网格计算 （ grid computing) 手口 并 tr计算 （ parallel computing)的最新发展或者说是 这些计算机科学概念的商业实现云计算的架构层 次可以分为外部和内部两个方面。 2. 1外部架构 从

5、外部看，云计算只是将计算和存储资源从企 业迀出，并迀入到云中。它提供一种在虚拟环境中开 发应用程序的方法，通过虚拟化将物理机的资源进 行切割，从这个角度来实现资源的随需分配和自动 增长，并且 其资源的自动分配和增减不能超越物理 节点本身的物理上限在虚拟云计算环境中，可以开 发、部署和管理应用程序，并且能够根据不断变化的 业务需求调整应用程序。用户定义资源需求，云提供 者在它的基础设施中虚拟的装配这些组件。 这个框架中，云计算的商业价值可体现在：一方 面，云计算所提供的资源比企业自己所能提供和管 理的资源更廉价。企业心甘情愿地放弃对自己资源 的控制，而让它们虚拟地存在于云中的最重要原因 就是节约

6、了成本，包括了管理成本和应用成本企业 的数据资源存放在云端，由云计算服务提供商帮助 管理这些数据资源，并 且提供企业所需的应用软件， 为企业节省了大量的开销。另一方面，云计算具有更 大的灵活性和可伸缩性，它可以在不同的应用程序 之间虚拟化和共享资源，以提高服务器的利用氧 2. 2 内部架构 云计算的内部结构实际上是一个服务层次的集 合，这些层次定义了提供的服务级别（如图 U 图 1云计算内部层次结构 2. 2.1最底层是物理层。包括了最基本的硬件资 源，比如计算资源、存储资源和网络资源，其提供的 是 HaaS( Hardware- as- a- Service)服务。硬件资 源虚拟化、 IT技

7、术自动化和按使用资源的多少来定 价的结果是用户可以购买或者租用一个数据中心来 订购服务。 HaaS是按需分配的服务，灵活，可伸缩又 可管理，这就可以节约用户的成本，也减少了硬件资 源闲置和利用率低的问题 = 2. 2. 2统一资源层可以分解成两个小层次，即虚拟 收稿口期： 2010- 04- 15 总第 217期 内 蒙 古 科 技 与 经 济 层和基础设施层。虚拟层提供的服务是 dSaaS(data -Storage- as- a- Service)它是以计量服务的形 式提供存储，消费者按所使用的存储容量和对带宽 的利用率进行付费，并且，它还为互操作性和外部应 用程序编程接口 （ API)提

8、供了内部机制，例如 Web 服务。基础设施层提供的服务为 IaaS( Infrastructure -as- a- Service 它将诸如计算资源和存储等基 础设施作为服务进行出租，这意味着虚拟计算机不 仅具有有保证的处理能力，而且为存储和 Internet 访问预留了带宽 IaaS只提供虚拟硬件，而没有软 件株客户提供一个 VM镜像，该镜像在一个或多个 虚拟服务器上被调用。比较著名的商业 IaaS提供程 序是 Amazon的EC2这样，很大程度上减少了与云 计算资源相关的管理成本 2. 2. 3 平台层提供的是 PaaS( Platform- as- a- Service)服务。它可以预先

9、定义和选择或者提供一 个 VM镜像，该镜像包含所有的特定于用户的应用 程序。 PaaS类似于 IaaS,但是它包括操作系统和围 绕特定应用的必需的服务。例如，除了虚拟服务器和 存储外， PaaS还提供了一个用于给定应用的定制软 件株 PaaS可描述为一个完整的虚拟平台，它包括 一个或多个服务器操作系统以及特定的应用程序， 例如 Google App Engine 2. 2. 4顶部应用层是可以提供的最简单服务：应用 程序 这一 层被称作 SaaS( Software- as- a- Service), 它是从一个集中的系统部署软件 ，使之在 一 台本地计算机上或从云中远程地运行的一个模型， 它

10、是以服务的形式访问 Internet的软件。由于是计 量服务， SaaS允许出租一个应用程序并计时收费。 一种早期的 SaaS方法是 ASP, ASP提供对 Internet 上存放或交付的软件订阅，这样一来，用户就不必购 买软件，只需随需租用软件。另一种是在 Internet上 使用远程执行的软件，这种软件可以是本地应用程 序所使用的 Web服务，也可以是通过 Web浏览器看 到的远程应用程序。远程应用程序服务的一个例子 是 Google Apps,它通过一 个标准的 Web浏览器提 供企业应用。 3云计算主要应用平台 云计算目前在应用中己有不少成功的案例，包 括 Googls Micros

11、oft IBM Amazon Sun等公司提 出的云计算基础设施或平台，对于研宄云计算是比 较有参考价值的。同时，针对商业云计算解决方案存 在的种种问题，开源组织和学术界纷纷提出了许多 云计算系统或平台方案，并正在实践中寻找云计算 适合的网络协议及服务规氧下面介绍几个典型的 云计算平台。 3. 1 Google的云计算平台 Google的云计算平台是在最初为搜索应用提 供服务的基础上逐步扩展 的，主要由分布式文件系 统 GoogleFileSystem(GFS)大规模分布式数据库 Big Tabls程序设计模式 Map Reduce等几个相互独 立又紧密结合的系统组成 GFS是一个分布式文件

12、系统，它能够处理大规模的分布式数据（如图 系统中每个 GFS集群由一个主服务器和多个 块服务器组成，被多个客户端访问。主服务器负责管 理元数据、存储文件和块的名空间还有文件到块之 间的映射关系以及每一个块副本的存储位置；块服 务器存储块数据，文件被分割成为固定尺寸的块并 且作为 Linux文件保存在本地硬盘上，同时，为了 保证可靠性，每个块被缺省保存 3个备份。主服务器 通过客户端向块服务器发送数据请求，而块服务器 则将取得的数据直接返回给客户端。 图 2 GFS体系结构 3. 2微软的 Azure云平台 微软的 Azure云平台包括 4个层次，底层是微 软全球基础服务系统 （ globalf

13、oundation service, GFS)由遍布全球的第 4代数据中心构成，云基础设 施服务层以 WindowsAzure操作系统为核心，主要 从事虚拟化计算资源管理和智能化任务分配；Win- dowsAzure之上是一 个应用服务平台，它发挥着构 件的作用，为用户提供一系列的服务，如 NET服务、 SQL服务等；再往上是微软提供给开发者的 API 数据结构和程序库，最上层是微软为客户提供的完 全服务。 3.3 Amazon的弹性计算云 Amazon是最早提供云计算服务的公司之一， 该公司的弹性计算云 （ EC2)平台建立在公司内部的 大规模计算机、服务器集群上，平台为用户提供网络 界 面

14、 操 作 在 “ 云 ” 端 运 行的各个虚拟机实例 (instance 用户只需为自己所使用的计算平台实例 付费，运行结束后计费也随之结束 此外 ， IBlVf 蓝云 ” 计算平台、 Sun提出的云基础 设施还有开源云计算平台和学术领域提出的云平台 等都拥有了较为成熟和完整的体系结构 4 结束语 云计算的出现和快速发展 ，一 方面是虚拟化、数 据密集型计算等技术发展的结果；另一方面也是互 联网发展不断丰富其应用的必然趋势。目前，虽然云 计算在行业标准、数据安全、服务质量和应用软件等 方面面临着各种问题，缺乏统一的研宄框架体系，但 它己经对信息行业的发展产生了深远的影响。未来 的信息技术以云计算为后盾，结合物联网和智能网 实现资源一体化管理、服务跨域互联、智能交互等， 必将推动新技术全面深入的发展 渗考文献 1 蔡键，王树梅 .基于 Google的云计算实例分析 J.电脑知识与技术， 2009, 5( 25). 2 危烽 .浅谈云计算在互联网中的应用 J.电脑 知识与技术， 2009, 5( 3). 3 陈康，郑炜民 .云计算：系统实例与研宄现状 J.软件学报， 2009, 20( 5). 60。