在計算機仿真領域云計算的應用與實現(xiàn)

吳炬華

新鄉(xiāng)學院

隨著計算機、互聯(lián)網(wǎng)技術的不斷發(fā)展，云計算應運而生，并且日漸成熟，逐漸的運用到軍事、制造、醫(yī)療等行業(yè)范圍內。傳統(tǒng)的計算機通過性能高的CPU、仿真軟件、內存等設備為用戶提供相應的仿真計算服務，但是對于仿真前后的處理結果無法進行及時的提供，計算也容易出現(xiàn)錯誤。云計算在計算機仿真領域的應用極大的提高了計算的準確性，并且可以把計算結果通過網(wǎng)絡的遠程控制及時的傳遞給客戶，提高了工作效率。

一、云計算的概念及特征

（一）云計算的概念

云計算就是將硬件和軟件當作資源并以服務的方式提供，用戶通過網(wǎng)絡按需使用這些服務。具體來說，云計算是依賴于網(wǎng)絡的一種運算方法，通過這種方式，把一些共享的信息、軟硬件資源按照各自的需要提供給計算機或者其他的設施設備。云計算供應商一般是把一些數(shù)據(jù)、信息和軟件儲存在服務器上，為客戶提供可以通用的網(wǎng)絡業(yè)務，使客戶通過瀏覽器或者其他的Web服務來實現(xiàn)訪問，獲取需要的信息。

（二）云計算的特征

云計算是通過Internet接入的，不需要自身具有IT技術來實施；第三方提供，按需分配；資源共享；沒有多余功能的開發(fā)；沒有多余的費用支出；系統(tǒng)的延續(xù)性好；面向服務----XaaS。

目前為止，國際上許多知名的IT公司，例如微軟、IBM、亞馬遜等都在積極的進行云計算的研究和部署，也已經(jīng)開展了云計算的商業(yè)服務。微軟公司不斷擴大自身的數(shù)據(jù)中心，通過增加服務器來組建自己的云計算平臺；IBM公司在全球建立多家云計算中心，實施“蘭云計劃”為客戶搭建一個分布式的可利用互聯(lián)網(wǎng)進行訪問的云計算體系；亞馬遜公司提供的是利用虛擬技術使客戶通過互聯(lián)網(wǎng)來訪問的租用服務。此外，其他的公司也提供相應的云計算服務。

二、云計算在計算機仿真領域的應用

云計算在工程仿真領域的一個重要應用實踐就是仿真云計算技術，它是將多個學科的仿真應用、三維應用虛擬化、并行編程技術、分布式資源管理技術、管理門戶等相關的IT技術進行的一個高度融合，它極大的滿足了企業(yè)以及科研機構對于研發(fā)高端計算資源的需求。

（一）應用模式

云計算的應用模式分為三類：

1、軟件即服務（SaaS）:用戶可以通過標準的瀏覽器來使用內網(wǎng)或外網(wǎng)上的軟件，客戶端軟件通過標準的Web服務來使用網(wǎng)上的服務，用戶也可不必購買軟件，只需要按照需要來租用軟件即可。

2、平臺即服務（PaaS）：為客戶提供服務的引擎，例如應用編程接口、運行測試平臺、并行計算、數(shù)據(jù)中心等等，用戶基于該應用服務引擎可以構建該類應用。

3、基礎設施即服務（IaaS）：是以服務的形式提供虛擬的硬件資源，例如虛擬主機、存儲、網(wǎng)絡、安全等資源。用戶不需要購買服務器、網(wǎng)絡設備、存儲設備等硬件設施，僅僅需要通過互聯(lián)網(wǎng)的租賃就可以搭建屬于自己的應用系統(tǒng)。相應的服務機構或者運營商提供數(shù)據(jù)的存儲、計算和信息的查詢、處理、傳遞等服務，這些服務的成本低，真實可靠。對于計算機仿真領域來說，這種類型的服務模式可以避免硬件設施的浪費，降低信息、數(shù)據(jù)這些資源的使用成本或推廣成本。

（二）關鍵技術

1、虛擬技術

云計算的虛擬技術涵蓋整個IT的架構，不是單一的虛擬化，是資源、網(wǎng)絡、應用等全部在內的全系統(tǒng)的虛擬化，它把所有的硬件設備、軟件的應用、數(shù)據(jù)分隔開來，打破了它們之間的界限，把原來靜態(tài)的IT架構變?yōu)閯討B(tài)，有利于實現(xiàn)資源的集中管理，可以動態(tài)的使用虛擬的資源、物理資源，提高了計算機仿真系統(tǒng)的環(huán)境適應性，滿足了發(fā)展的需求。

2、分布式資源管理技術

計算機仿真系統(tǒng)復雜多樣，又有許多的子系統(tǒng)作支撐，很多時候會發(fā)生多節(jié)點并發(fā)執(zhí)行的情況，這時候，只有保證分布數(shù)據(jù)的統(tǒng)一，才能保證整個系統(tǒng)的正確運行。云計算出現(xiàn)以前，是依靠計算機領域的研究人員、開發(fā)公司提出的各種協(xié)議來實現(xiàn)分布數(shù)據(jù)的一致性。但是，對于一些大規(guī)模、超大規(guī)模的系統(tǒng)來說，很難保證各個子系統(tǒng)都能夠遵行統(tǒng)一的協(xié)議來執(zhí)行，這也就無法很好的解決分布一致性的問題。云計算的分布式資源管理技術及時、圓滿的解決了這個難題。

3、并行編程技術

云計算采用的是并行編程模式，在這個模式下，把數(shù)據(jù)的分布、負載均衡、并發(fā)處理等等細節(jié)全部抽象到一個函數(shù)庫，通過一個統(tǒng)一的接口把一個具體的任務分布到各個子系統(tǒng)中，同時處理這些數(shù)據(jù)。

三、云計算在計算機仿真領域的實現(xiàn)

（一）仿真云計算的平臺整體框架

仿真云計算的平臺是由計算云、應用云、存儲云通過千兆以太網(wǎng)連接至機房網(wǎng)絡組成的。用戶可以通過PC的客戶端網(wǎng)絡連至機房網(wǎng)絡來要求計算機仿真服務的。

（二）實現(xiàn)機制

1、虛擬化機制

虛擬化機制是云計算的一項基礎核心技術，通過抽象、映射、展現(xiàn)等技術把實際的物理資源隱藏，為上層的系統(tǒng)提供一個統(tǒng)一的設備使用形式，減少了因為復雜多樣的物理設備而帶來的差異，有利于實現(xiàn)計算虛擬化、存儲虛擬化、網(wǎng)絡虛擬化、應用虛擬化和桌面虛擬化，提高了設備的利用率。

2、海量數(shù)據(jù)分布式存儲管理機制

云計算系統(tǒng)離不開大量服務器的支持，通過這些服務器為用戶提供相應的服務，提高了服務的可靠性、經(jīng)濟性。云計算采用的是分布式存儲數(shù)據(jù)的方式，確保了數(shù)據(jù)的可靠性。

3、分布式計算機制

分布式計算機制是把一個龐大的計算分解成許多小的部分，讓許多的獨立計算機同時處理來實現(xiàn)元計算，然后對得到的結果進行組合，得出數(shù)據(jù)的結論。

4、Web2.0界面交互機制

在Web2.0網(wǎng)站中，免費提供版權開放、軟件代碼等，用戶既可以瀏覽網(wǎng)站的內容，也可以對網(wǎng)站的內容進行制造，Web2.0是云計算應用層的核心技術，很好地實現(xiàn)了SaaS界面層的功能。

（三）功能組件

1、門戶

門戶系統(tǒng)：為仿真云計算提供登陸的平臺和界面展示。

數(shù)據(jù)庫：為云計算的運營管理和資源的調度提供數(shù)據(jù)支撐。

2、計算中心內部

計算云：提供仿真求解的計算服務。

應用云：提供軟硬件的監(jiān)控分析、求解過程的遠程監(jiān)控，計算前后的處理。

存儲云：為計算的數(shù)據(jù)提供儲存服務。

通信服務：在運營的過程中，提供及時的通信。

安全認證：對于用戶的認證登錄和數(shù)據(jù)庫的安全進行管理控制。

3、計算中心外部

外部主要包括用戶的客戶端和管理員的客戶端。管理員的客戶端主要進行及時的監(jiān)控和維修活動；用戶客戶端是提供云計算的任務，連接計算平臺來實現(xiàn)云計算。

（四）設備要求

云計算的應用對于計算機設備、網(wǎng)絡空間都有既為嚴格的要求，這樣才能更好的實現(xiàn)云計算的快捷服務。因此，在實施的過程中要注意CPU、本地磁盤、顯卡、內存、網(wǎng)絡、操作系統(tǒng)等軟硬件設施設備的選擇，只有優(yōu)質堅固的基礎設施作支撐，才能更好的提供服務。

科學技術的飛速發(fā)展已經(jīng)極大的改革了原有的生產生活方式，朝著高效、便捷的方向發(fā)展。云計算已逐漸融入我們的生活、工作之中，云計算在資源共享、資源管理、資源配置、并行計算、協(xié)同工作、容錯服務、信息服務等等方面都提供出了一個無限大的發(fā)展空間，它的這些特征和優(yōu)勢，為計算機仿真領域的發(fā)展帶來了新的發(fā)展契機。盡管云計算在計算機仿真領域的應用還不成熟，但隨著社會各界對云計算的重視和需求，云計算的應用空間會更加擴大。云計算在計算機仿真領域的應用和實現(xiàn)，極大地提高了計算的效率，推動了計算機仿真技術的發(fā)展。

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