探析云計(jì)算體系架構(gòu)及其關(guān)鍵技術(shù)分析

摘 要：云計(jì)算是一種最新發(fā)展起來的計(jì)算方式，這種技術(shù)發(fā)展起來離不開互聯(lián)網(wǎng)，數(shù)據(jù)管理技術(shù)，以及分布式計(jì)算技術(shù)，這種計(jì)算方式是將信息放置在計(jì)算機(jī)或者其他的媒體設(shè)備上，使文件、信息以及資源得以共享。本文通過對(duì)云計(jì)算概念的描述，再讓大家了解云計(jì)算的條件下，并介紹了云計(jì)算的多種體系模式，就其中一種比較具有代表的體系將進(jìn)行了詳細(xì)的描述，并且指出了次架構(gòu)體系中的與計(jì)算的關(guān)鍵技術(shù)。

關(guān)鍵詞：云計(jì)算；體系架構(gòu)；關(guān)鍵技術(shù)；存儲(chǔ)

中圖分類號(hào)：TP3

隨著科學(xué)計(jì)算的發(fā)展，在最近幾年的時(shí)間里，多種互聯(lián)網(wǎng)工具以及多種網(wǎng)上應(yīng)用模式出現(xiàn)了，像網(wǎng)絡(luò)社交平臺(tái)，網(wǎng)上購(gòu)物銷售，各種播放媒體以及新興搜索方式等。這些新開發(fā)的應(yīng)用程序都具有很大的信息和數(shù)據(jù)，而且更新?lián)Q代的速度也比較快，因此便需要具有強(qiáng)大的存儲(chǔ)功能的程序。根據(jù)顯示的數(shù)據(jù)可知，在線視頻就優(yōu)酷網(wǎng)而言已經(jīng)具有了18PB的數(shù)據(jù)信息了，而且每天更新的數(shù)據(jù)也很多，社交平臺(tái)同樣也具有了很多的信息。目前，利用硬件進(jìn)行存儲(chǔ)需要的成本比較高，而且比較難以維護(hù)，一旦硬件出現(xiàn)問題，信息就會(huì)蕩然無存。根據(jù)數(shù)據(jù)得知，目前用于更新和開發(fā)軟硬件的費(fèi)用只占到了總費(fèi)用的20%，其中絕大部分都是用在了系統(tǒng)維護(hù)方面了。

為了改變現(xiàn)在的情況，在2006年時(shí)，多家信息技術(shù)公司提出了“云計(jì)算”。由于國(guó)際并沒有形成云計(jì)算的具體概念，因此各個(gè)國(guó)家對(duì)于云計(jì)算具有不同的解釋。本文主要引用的是美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）對(duì)云計(jì)算所下的定義：云計(jì)算是一種能夠按照自己的需求隨時(shí)隨地通過互聯(lián)網(wǎng)訪問或者獲取自己所需要的信息的計(jì)算模式。一個(gè)完整的云計(jì)算系統(tǒng)不僅能夠?qū)Y源進(jìn)行計(jì)算和分配，而且還能夠時(shí)刻的監(jiān)視著用戶對(duì)資源的使用情況。它是一個(gè)動(dòng)態(tài)的系統(tǒng)，因此可以實(shí)時(shí)的監(jiān)控用戶對(duì)資源進(jìn)行的操作，充分提高了資源以及信息的使用效率。

1 云計(jì)算體系架構(gòu)

用戶可以通過云計(jì)算獲取自己需要的信息和資源，根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外所掌握的云計(jì)算方面的知識(shí)，程序員對(duì)與計(jì)算的研究現(xiàn)狀以及CAS及NIST對(duì)云計(jì)算的了解得知云計(jì)算主要有四個(gè)方面的組成部分，分別是：基礎(chǔ)服務(wù)、服務(wù)管理、安全策略及用戶訪問接口。

基礎(chǔ)服務(wù)，這一部分是云計(jì)算體系中最底層的部分，這是整個(gè)云計(jì)算最為基礎(chǔ)的一部分，與計(jì)算的整個(gè)資源體系都存儲(chǔ)在基礎(chǔ)服務(wù)之中，包括物理性的資源以及虛擬化的資源。其服務(wù)主要是承載在虛擬平臺(tái)，即由一些專業(yè)化的技術(shù)形成的平臺(tái)，用戶如果想使用基礎(chǔ)服務(wù)的資源，信息等其他服務(wù)都必須進(jìn)行繳費(fèi)。利用這種方式，簡(jiǎn)化了基礎(chǔ)服務(wù)的程序，不再像以前一樣要從采購(gòu)，設(shè)置，安裝，運(yùn)行等一系列程序，這樣就節(jié)約了成本，提高了軟件的使用效率。在云計(jì)算的基礎(chǔ)上，用戶可以控制資源的安放，信息的傳遞，程序的安排以及存儲(chǔ)容量的限制，只不過無法去掌控這個(gè)最底層的設(shè)置。有一部分程序家覺得目前的云計(jì)算不好控制，為了更方便的使用云計(jì)算，其將這一服務(wù)分成三個(gè)相關(guān)的子層，包括計(jì)算資源子層、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)資源子層和通信資源子層。因?yàn)槟壳暗幕A(chǔ)服務(wù)主要是借助虛擬的平臺(tái)，因此在進(jìn)行資源整合和分配的時(shí)候同樣需要使用虛擬化技術(shù)，常用的虛擬化的工具主要有KVM、VMware等等。

平臺(tái)即服務(wù)存在于軟件的各個(gè)層次之中，不管是軟件進(jìn)行分析設(shè)計(jì)也好，對(duì)軟件資源進(jìn)行布置也好，平臺(tái)即服務(wù)存在于軟件開發(fā)的各個(gè)程序之中，平臺(tái)即服務(wù)的服務(wù)對(duì)象主要是軟件的開發(fā)人員以及測(cè)試軟件的人員，他們都需要應(yīng)用基礎(chǔ)服務(wù)。平臺(tái)即服務(wù)包括兩個(gè)獨(dú)立的層次：編程環(huán)境和執(zhí)行環(huán)境。編輯環(huán)境主要是編寫程序的工具，執(zhí)行環(huán)境即使對(duì)應(yīng)用程序的操作。平臺(tái)即服務(wù)目前使用比較多的平臺(tái)主要有Microsoft Azure Services Platform、GAE等。

軟件即服務(wù)，是一個(gè)很早被提出來的概念，各種應(yīng)用程序的最終實(shí)現(xiàn)都要要?dú)w結(jié)于軟件即服務(wù)的，很多應(yīng)用程序都是放在軟件即服務(wù)上的，通過共享，用戶在網(wǎng)絡(luò)暢通的情況下才能正常的使用這些應(yīng)用程序的。通過這種方式，用戶不再需要購(gòu)買和安裝應(yīng)用程序，直接通過共享即可使用，降低了用戶的成本，減少了繁瑣的程序，而且用戶主只需要購(gòu)買自己需要的服務(wù)，不用再被捆綁式的銷售所干擾。軟件即服務(wù)是與計(jì)算的上層構(gòu)架體系，在軟件即服務(wù)的程序里，用戶只能使用自己購(gòu)買的特定的服務(wù)。因此，用戶在使用方面沒有了自由，比較常用的軟件及服務(wù)有SuccessFactors、Salesforce等。

服務(wù)管理和安全策略，云計(jì)算是需要給大家提供比較可靠的，而且費(fèi)用又比較低的服務(wù)，但是基于云計(jì)算平臺(tái)系統(tǒng)比較大，而且其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，因此在提供的質(zhì)量方面很難能夠讓客戶滿意。為了讓用戶能夠安全地使用云計(jì)算提供的服務(wù)，云計(jì)算的供應(yīng)商通過各式各樣的方法來進(jìn)行保證，包括使用云計(jì)算安全技術(shù)，普及云計(jì)算安全法規(guī)，提供云計(jì)算安全審計(jì)等一系列措施。目前比較具有帶變形的保護(hù)云計(jì)算安全的組織有云計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)組織、云計(jì)算安全聯(lián)盟、開放云計(jì)算宣言等。

2 云計(jì)算關(guān)鍵技術(shù)

2.1 虛擬化技術(shù)

云計(jì)算的優(yōu)勢(shì)就是可以進(jìn)行資源共享以及虛擬不同的應(yīng)用程序，從而盡可能發(fā)揮應(yīng)用程序的功效，如果不是在云計(jì)算的情況下，不用的應(yīng)用程序要在不同的平臺(tái)上進(jìn)行使用，而在云計(jì)算的條件下，可以將三種程序進(jìn)行共享，這樣就可以在一種平臺(tái)上使用三種程序，利用虛擬化的方法，來使用應(yīng)用程序，使用的這種虛擬化的方法就叫做虛擬技術(shù)，其包括兩種，這種事虛擬機(jī)技術(shù)，另一種是虛擬網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。前者使用較多的產(chǎn)品主要有VMware，后者使用較多的則是VPN技術(shù)。虛擬機(jī)技術(shù)的功能主要可以將基礎(chǔ)設(shè)施虛擬化，這樣用戶就可以按需使用，虛擬網(wǎng)絡(luò)技術(shù)則是通過設(shè)定特殊的網(wǎng)絡(luò)模式對(duì)云計(jì)算進(jìn)行訪問。

2.2 分布式海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)

云計(jì)算采用分布式的存儲(chǔ)技術(shù)來存儲(chǔ)資源，主要是為了使其具有更高的安全性能，可靠性能以及經(jīng)濟(jì)性能。而且為了保證數(shù)據(jù)具體可靠性，云計(jì)算給每份數(shù)據(jù)都賦予了多個(gè)副本來保證數(shù)據(jù)不丟失。云計(jì)算中主要使用采用GFS以及GFS的開源實(shí)現(xiàn)HDFS這兩種存數(shù)數(shù)據(jù)的方式。HDFS對(duì)于數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)思路如下：數(shù)據(jù)一次就寫入進(jìn)去，然后可以多次進(jìn)行讀取這種高效的模式。數(shù)據(jù)集的形成主要包括兩個(gè)方面，第一就是直接有數(shù)據(jù)源形成，另一種就是從數(shù)據(jù)源中復(fù)制下來的，然后就對(duì)此數(shù)據(jù)集進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的分析，而且每次分析都會(huì)比較全面。

2.3 海量數(shù)據(jù)處理技術(shù)與編程模型

云計(jì)算設(shè)計(jì)的編輯模型比較簡(jiǎn)單，主要是為了能夠讓用戶更方便的使用云計(jì)算提供的服務(wù)，而且也可以讓用戶利用簡(jiǎn)單的編輯模型自己編輯一些比較簡(jiǎn)單的程序來實(shí)現(xiàn)按自己的特殊需求。雖然編輯模型進(jìn)行了簡(jiǎn)化，但是后臺(tái)的程序卻不會(huì)變的復(fù)雜，這樣就能保證使用者前臺(tái)調(diào)用程序是比較簡(jiǎn)單，到后臺(tái)就無法使用，這也保證了程序的安全與可靠。前文已說明云計(jì)算采用的分布式存儲(chǔ)程序，從這方面來說用戶是可以直接享受服務(wù)的，但是，為了開發(fā)人員充分使用云計(jì)算，必須設(shè)計(jì)出是和云計(jì)算的編輯模式。目前，比較有名的編輯模型是MapReduce。

3 結(jié)束語(yǔ)

云計(jì)算屬于一種新興的技術(shù)，這種技術(shù)具有很好的發(fā)展，而云計(jì)算的各項(xiàng)指標(biāo)，體系以及技術(shù)都趨于完善，而且現(xiàn)在全球化越來越嚴(yán)重，網(wǎng)絡(luò)化成為了今后的發(fā)展趨勢(shì)，現(xiàn)在的應(yīng)用程序也在不斷地進(jìn)行發(fā)展，這都為云計(jì)算提供很大的使用市場(chǎng)。云計(jì)算機(jī)有的價(jià)格便宜，使用方便，安全性能高，能夠按需使用等特點(diǎn)，都使其今后發(fā)展的有利因素，隨著近幾年云計(jì)算的普及，其使用范圍也越來越廣泛。云計(jì)算的高存儲(chǔ)和資源共享的模式，給信息技術(shù)帶來了新的變化，這將給軟件服務(wù)業(yè)帶來巨大的影響。

參考文獻(xiàn)：

[1]周啟玄.云計(jì)算及虛擬化架構(gòu)測(cè)試[J].電信網(wǎng)技術(shù)，2010（09）.

作者簡(jiǎn)介：張鵬飛（1982.05-），本科，工學(xué)學(xué)士，研究方向：軟件工程。

作者單位：中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)內(nèi)蒙古有限公司，呼和浩特 010011