云计算技术及其应用研究

云计算技术及其应用研究

摘要：云计算以虚拟化、高可靠性、高扩展性为主要特征，能够很好地满足复杂的互联网应用对大规模计算能力、海量数据处理和信息服务的需求。介绍了云计算的定义、基本特征、服务模型、部署模型及其关键技术，并从教育行业分析了云计算的应用。

关键词：云计算；数据处理；信息服务

0引言

随着互联网的不断发展，复杂应用对大规模计算能力的要求及海量信息的处理阻碍了企业的发展。为了有效满足复杂的互联网应用对大规模计算能力的需求及海量数据处理和信息服务的需求，云计算技术应运而生。之所以称作“云”，是因为云基础设施不在本地而是在网络中，用户一般无法控制或知道所提供资源的确切位置，所以就像画网络图那样，用“一朵云”来代替[1]。云计算（Cloud computing）是一种新的计算模式，它是网格计算、分布式计算、并行处理、网络存储等技术发展融合的产物[2]。云计算作为一种新的信息技术手段广泛应用于各行各业，目前已存在实际的应用案例。

1云计算概述

1.1云计算定义

云计算是一种模型，这种模型可以使无处不在、便捷、按需访问的网络共享可配置的计算机资源池（如网络、服务器、存储、应用程序和服务），并且以最少的管理工作和服务提供者之间的交互快速予

以配置和发布。这种云模型促进了可用性，由5个基本特征、3个服务模型和4个部署模型组成[3]。

1.2云计算的基本特征

（1）按需自助服务。消费者可以单方面提供计算能力，如服务器时间和网络存储，需要时自动开启，而无需人工与每一个服务提供者进行交互[4]。

（2）广泛的网络访问。广泛的网络访问是可以借助网络，通过标准机制访问的能力，促进使用各种瘦或胖客户端平台进行访问。

（3）资源池。提供商的计算资源汇集到使用多租户模型为多个消费者提供服务，根据消费者的需求动态地分配和重新分配不同的物理和虚拟资源。资源有一个独立的位置信息，客户一般无法控制或知道所提供资源的确切位置，但能够在更高层次上抽象出特定的位置（如国家、州、数据中心）。资源包括存储、处理、内存、网络带宽和虚拟机[4]。

（4）快速弹性。资源具有可以快速、弹性供应的能力。在某些情况下资源池可以自动、快速地向外扩展，并迅速释放、迅速扩展。

（5）测量服务。云系统利用计量能力在一定程度上适当抽象的服务类型（例如：存储、处理、带宽和活跃用户账户），自动控制和优化资源的使用，并对资源的使用情况进行监控、控制和报告，透明地提供消费者和提供者所使用的服务。

1.3云计算服务模型

云计算的服务模型有3类：软件即服务（SaaS，Software as a

Service）、平台即服务（PaaS，Platform as a Service）、基础设施即服务（IaaS，Infrastructure as a Service）[5]。

云软件作为服务（SaaS）。提供给用户的能力是使用提供商运行在云基础设施上的应用程序所提供的服务。应用程序可通过一个客户端交互接口访问各种客户端设备，诸如Web浏览器（例如基于Web 的电子邮件）。用户并不管理和控制底层的云基础设施，包括网络、服务器、操作系统、存储，甚至是个别应用程序，可能的例外是限制对特定用户应用程序的配置进行设置[4]。

云平台即服务（PaaS）。提供给用户的能力是消费者建立或收购使用供应商提供的编程语言和工具创建的应用程序部署到云计算基础设施。用户并不管理或控制底层的云基础设施，包括网络、服务器、操作系统及存储，但是控制部署的应用程序和应用程序托管环境的配置[4]。

云基础设施即服务（IaaS）。提供给用户的能力是分配了处

理、存储、网络和其它基本的计算资源，用户能够部署和运行任意软件，它可以包括操作系统和应用程序。用户并不管理或控制底层的云基础设施，但控制操作系统、储存和部署的应用程序，并可能对网络组件进行限制性控制（例如主机防火墙）[4]。IaaS允许用户动态申请或释放节点并按使用量计费。

1.4云计算的部署模型

私有云。只为一个机构服务的云基础设施，它可以由该机构或某个第三方进行管理。

社区云。云基础设施由一些机构和支持一个有共同关注的特定社区所共享，它可以由机构或第三方进行管理[4]。

公共云。将云基础设施提供给一般公众或某个很大的业界群组，并且由出售云计算服务的机构所拥有。

混合云。云基础设施由两个或多个云（私有、社区或公共）组成，每个云都仍然是唯一的实体[4]，各个云之间由标准的或专有技术联系起来，使数据和应用程序都具有可移植性（例如云云之间的负载平衡爆破）。

2云计算关键技术

云计算是一种新型的超级计算方式，以数据为中心，是一种数据密集型的超级计算。云计算在虚拟化、数据存储、数据管理、编程模式等方面具有其自身独特的技术[6]。云计算的关键技术主要有虚拟化技术、数据存储技术、数据管理技术、分布式编程与计算、虚拟资源的管理与调度、云计算的业务接口及云计算相关的安全技术等[7]。

2.1虚拟化技术

虚拟化技术在云计算中的作用发挥得淋漓尽致，是云计算的底层结构[8]。云计算把各个层次的功能封装成为抽象实体，对用户提供各层次的云服务，这些服务通过虚拟化技术实现。用户使用各种终端在任意位置都可以享受到相应的云服务，而云端的计算存储过程对于用户来说是透明的。通过虚拟化技术可由两种模式实现软件应用与底层硬件的隔离，一种是将单个资源划分成多个虚拟资源的分裂模式，一种是将多个资源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[8]。目前普遍使用的虚拟化技术有3种，即VMware Infranstructure、Xen和KVM[7]。

2.2数据存储技术

云计算采用分布式存储及冗余存储的方式来存储数据，以保证高可用性、高可靠性和经济性。并且，云计算系统需要同时满足大量用户的需求，并行地为大量用户提供服务。因此，云计算的数据存储技术必须具有分布式、高吞吐率和高传输率的特点[6]。

2.3数据管理技术

云计算的特点是对海量的数据进行存储、读取后做大量分析，如何提高数据的更新速度并进一步提高随机读速率是未来数据管理技术必须解决的问题。因此，采用数据库领域中列存储的数据管理模式，将表中按列划分后存储的读进行数据管理优化，以实现数据的读操作频率远大于数据的更新频率[6]。

2.4分布式编程与计算

云计算上的编程模型必须十分简单，以利于用户编写简单的程序来实现特定的功能，但必须向用户和编程人员说明后台复杂的并行执行及任务调度，更方便用户使用云计算提供的服务[7]。因此，云计算采用类似Map-Reduce的编程模式。

2.5虚拟资源的管理与调度

云计算融合了物理资源形成资源池，并由资源管理层对资源池中的虚拟资源进行调度，这是区别于单机虚拟化技术最主要的特征。云计算的资源管理需要对资源、任务、用户、安全等进行管理，以实现