云计算基础架构综述

return chan_num;} //返回值为新 信道的索引
在2.2.2中改变信道的函数change Channel(void)中将if语句段去掉，之后添 加一条语句sChannel=chan_ok();即可。
接下来进行测试比较，其测试条件 为：AP初始化时有4个信道，开始在信道0进 行通信，我们在信道0和信道1均产生噪声信 号，观察AP进行跳频的过程。改进前跳频过 程如图3所示，改进后跳频过程如图4所示。 从图中可以看出改进前AP是从信道0跳到信 道1，再跳到信道2（图中01和02表示），而 改进后AP是直接从信道0跳到信道2（图中02 表示）。这样就提高了AP的跳频效率。
2）虚拟层是指通过虚拟化技术解除实 现方式、地理位置或底层物理配置对计算机 资源的限制，打破上层与物力资源之间的耦 合关系，形成统一的虚拟资源。虚拟层的作 用是为上层提供可靠且能够灵活按需分配的 虚拟资源。虚拟层由虚拟计算资源、虚拟存 储资源和虚拟网络资源组成。
3）数据层是指对云基础架构内运行的 客户数据进行基本操作和管理的层次。数据 层主要包含两个部分，既数据处理与数据管 理。
3.4 云基础架构实现的主要技术 3.4.1 虚拟化技术 虚拟化是表示计算机资源的一种抽象 方法。通过虚拟化，可以简化基础设施、系 统和软件等计算机资源的表示、访问和管 理，并为这些资源提供标准的接口来接受 输入和提供输出[2]。通过虚拟化技术，可以 实现在一台服务器上运行多个虚拟机，从 而提供服务器的效率。由于绝大部分PC产 品均属于X86架构，所以本文论述的虚拟化 技术主要指X86架构的虚拟化技术。当前X86 虚拟化技术的主流产品是VMware的VMware vSphere。 vSphere主要用于服务器的虚拟化，即 在一台物理服务器上运行多台虚拟机，以次 达到服务器整合和优化的目的。vSphere的 核心是ESX架构，它可分为两部分：Service Console和VMKernel。其中前者提供管理服 务，后者提供虚拟化能力。 随着虚拟化技术在云计算中发展中的 作用越来越重要，对虚拟化技术的研究也 成为热点。对虚拟资源的管理便是热点之 一，[13]提出将VM模型集成到资源管理框架 里，利用两极调度将VM的管理集成至批调度 器里，以次为用户提供调度服务。 当前如Amazon EC2等云计算产品大多 是以虚拟机的形式为用户提供计算能力，但 对于虚拟机的具体配置，需要用户手动完
参考文献 [1]李文仲,段朝玉,等.短距离无线数据通信入门与实战 [M].北京:北京航空航天大学出版社,2006:196-197. [2]李立早,魏欣.基于CC2510的无线跳频通信系统的设 计[J].江苏科技信息,2010,10:41-43. [3]王军强.基于SimpliciTI的无线传感器网络关键技术 研究[D].重庆:重庆大学通信工程学院,2009:31-38. [4]宋继勋.无线小型自组织网络协议分析与实现[D].北 京:北京交通大学2009:47-49. [5]Texas Instruments.Application Note:SimpliciTI Frequency Agility[A].Texas Instruments,2007(1):4-13.
通过对现有云基础架构以及对相关文 献资料的研究，本文认为云计算基础架构是 指由硬件资源（PC服务器、磁盘阵列、路由 器、交换机及相关配套设备）组成，通过虚 拟化技术、分布式并行技术整合形成的用以 直接对外提供存储、计算服务或作为基础设 施为上层云计算应用提供存储、计算能力支 撑的一种高效、可靠并且具有良好扩展性的 底层分布式系统。
3.2 云计算基础架构的分类 通过分析研究现有云计算系统及相 关[8-12]，本文认为云基础架构按照服务的 对象可分为基础型云基础架构和外向型云基 础架构：基础型云基础架构指主要向运系 统上层提供计算、存储资源服务的云基础 架构，基础型云基础架构的代表系统有： TFS、GFS、Cassandra、KIDC；外向型云基 础架构指直接向用户提供计算、存储资源服 务的云基础架构，外向型云基础架构的代 表系统有：IBM Ensembles、Amazon EC2、 Amazon S3、HyperCloud、Megastore。 3.3 云基础架构的结构体系 通过对当前业界主流云基础架构系统 的分析和对相关学术成果的研究，可以看出 云基础架构的作用是通过将物理资源转化为 虚拟资源池，实现对资源的监控、调度和管 理以达到为上层应用和用户提供弹性的计算 和存储资源的目的。云基础架构结构框架如 图2。
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探索与观察
云计算基础架构综述
武警工程大学 冯 昊 邹 涛 张龙军 陕西省警卫局 王 伟
【摘要】云计算基础架构是云计算系统的重要组成部分。它通过资源虚拟化、分布式计算等技术为云计算系统搭建基础运营环境并为上层云计算应用提供存储和计算能 力。本文通过归纳分析对当前国内外相关研究成果进行了综述。定义了云计算基础架构，指出了云基础架构的特点，重点对云基础架构进行了理论抽象，得到了云基础 架构结构模型，并对云计算基础架构的主要实现技术进行了研究和分析，指出了其优点及不足。最后对现云计算基础架构的未来发展趋势进行了展望。 【关键词】云计算；云基础架构；虚拟化技术；分布式存储系统；并行编程模型
码如下： update_chan(void) {for(uint8_t i=0;i<NWK_FREQ_TBL_
SIZE;i++)//NWK_FREQ_TBL_SIZE为最大信道 数
{freq.logicalChan=0; SMPL_Ioctl(IOCTL_OBJ_FREQ，IOCTL_ ACT_SET，&freq);NWK_DELAY(1); SMPL_Ioctl(IOCTL_OBJ_RADIO， IOCTL_ACT_RADIO_RSSI，(void *)&dbm); chanrssi[i]=dbm;}} 搜索噪声信号强度最弱的信道的函数 chan_ok(void)关键代码如下： uint8_t chan_ok(void) {uint8_t chan_num=0; for(uint8_t i=0;i<NWK_FREQ_TBL_ SIZE;i++) if(chanrssi[i]<chanrssi[chan_ num]) chan_num=i;
5.结束语 经测试改进后的跳频通信系统在相同噪 声干扰条件下的跳频次数明显减少，从而节 约了整个网络能量消耗。随着无线频谱资源 的日益紧张，采取跳频通信技术实现抗干扰 通信将会显得越来越重要，跳频通信技术的
应用提高了无线通信数据传输的可靠性[2]。 而利用低功耗MSP430单片机和CC1100E射频 芯片设计实现无线跳频系统是一种廉价、方 便的解决方案，所以必将在民用市场受到越 来越多的关注和应用。
成，因此虚拟化技术在自适应方面还需要进 一步研究。
3.4.2 分布式存储系统 随着IT业的发展，网上交易、网上检 索等系统所要处理的数据量越来越大。如何 利用最低的资源成本创造最高的运行效率成 为各大运营商考虑的首要问题。因此研发人 员开发完成了一系列分布式存储系统，为云 计算提供了强有力的后盾。 分布式存储系统研发目的是为云基础 架构提供高效、海量的数据存储能力。各大 运营商在搭建自己的云基础架构前都会开发 自己的分布式存储系统如Google的GFS分布 式文件系统。Google的GFS（Google File System）[14]是Google研发完成的作用于底 层的分布式文件系统。GFS的作用是为大规 模分布式应用系统提供强大的数据存储服 务。GFS的核心设计思路是将系统故障当作 一种常态来处理，实现这一思路的技术主 要是提供多个副本进行操作。在接口方面 GFS除提供基本的Creat、Delete、Open、 Close、Read、Write外还提供Snapshot和记 录追加两项操作。Snapshot以最低的开销创 建一个文件或目录副本，记录追加则保证多 客户同时对文件进行数据追加时的原子性和 正确性。 GFS含有一个主控服务器（Master）和 多个块服务器（Chunk Server）。一份文件 由外围设备经接口，会被分为有限个数据块 （每个数据块64MB）。此外，每个数据块都 会产生一个元数据（<64MB），元数据包含 文件和块的命名空间、文件到块的映射信 息、块副本的位置信息[1]。主控服务器主要 负责存储、管理和维护各数据块的元数据， 并负责管理、调度个块服务器。块服务器 （Chunk Server）存储数据块并且负责数据 块的维护、管理及更新。此外每个数据块拥 有3个副本（任意一个由契约[16]自动设置为 主副本，主副本负责带领剩余两个副本快速 完成数据修改。）分别存储在不同的节点以 应付突发事件。当外围设备调用文件时可将 文件名及文件所属数据块传发给主控服务器 进行检索，主控服务器根据元数据检索找到 数据块的地址，而后将块控制权限和块地址 发给外围设备。外围设备收到信息后直接与 块所属的块服务器进行交互完成数据的读 取。 当前分布式存储系统已成为云基础架 构重要组成之一。在学术界，对分布式存 储系统的研究逐渐成为热点。[11]提出并实 现了一种对等结构分布式存储系统NDSS， 该系统取消了类似GFS中主控服务器的中心 节点，而是利用分布式共享内存（DSM， Distributed Shared Memory）实现了数据 一致性模块，利用分布式共享位图（DSB， Distributed Shared Bitmap）限制了多个 节点对信息的同时访问，解决了同步访问控 制问题。以此在对等节点中完成了中心节点 的主要功能。从测试结果看，NDSS系统的整 体性能优于有中心节点的YNS系统[10]。
1.引言 自新千年IT业引入云计算概念以来， 通过广大的市场需求及雄厚的技术支持，大 规模云计算系统已成为当今IT业发展的主 流。实现云计算的基础是实现云计算系统基 础架构。一个云计算系统的优秀与否，关键 在于其基础架构是否能够稳定、高效地完成 各项任务。本文试图结合相关资料，对云基 础架构及其效能进行分析、定义及具体阐 述，为下一步研究提供有力参考。 2.云计算简介 云计算的迅猛发展与广大的市场需求 和强大的技术支撑密切相关。首先，随着IT 业的迅猛发展，各IT运营商都形成了各自庞 大的服务器集群。如何实现现有集群的重新 整合以降低运维成本，提高效率成为运营商 考虑的首要问题；另外，IT市场的迅猛发展 也要求各运营商提供更加稳定、快捷的服 务。其次，分布式系统、虚拟化技术的不断 发展完善，使得服务集群性能的快速提升成 为可能。所以，在上述两方面原因的相互作 用下，云计算得到了前所未有的发展。 目前，不同公司对云计算有着不同的 理解和实现方式。通过对现有云计算系统 的分析及对相关资料的研究[1-5]，本文认 为云计算是以商业需要为出发点，将数量 庞大的服务器集群整合成为分布式的资源 池，通过虚拟化技术、Web2.0技术将资源池 强大的计算能力、存储能力和构建在其基
作者简介：毛海明（1987—），男，浙江上虞人，杭 州电子科技大学电子信息学院2010级硕士研究生，研 究方向：电路与系统。
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》》 探索与观察
由此本文将云基础架构分为以下Hale Waihona Puke Baidu个 层次：
1）物理层是指搭建、部署云基础架构 所需的物理设备和配套环境。起作用时为云 基础架构提供基本的物力资源，并保持物理 设备的可靠性。
4）管理层是整个云基础架构中的一个 抽象层次。它对云基础架构的各类资源进行 监控，根据实际负载状况对资源进行管理和 调度并且根据上层需求对资源进行快速部 署，以保证云基础架构高效运行。云基础架 构管理层主要由资源监控、负载管理、资源 部署和安全管理四个部分组成。
5）服务层是指为上层云计算应用调用 云基础架构计算、存储资源预留的接口和对 用户使用云基础架构计算、存储资源提供的 交互界面。服务层对云基础架构效能的影响 体现在服务层各类接口的通用性上。因为服 务层接口与上层的松耦合性能够减小底层云 基础架构对上层应用的限制，从而提高云基 础架构自身的可用性。
础之上的各类应用以按需计费的形式从不 同的层次（Infrastructure、Platform、 Application）租赁给用户的一种新型网络 运营模式。
由上述定义可得到云计算体系结构如 图1。
由图可知，云计算基础架构位于云计 算系统的底层，它为云计算系统的出色运营 提供了有力的支持。
3.云计算基础架构 3.1 云计算基础架构的定义 目前，业界及学术界对云计算基础架构 还没有一个统一的定义利标准。各IT运营商 均根据自身的实际情况，以各自的理解定义 和实现云计算基础架构的部署。解放军理工 大学教授刘鹏在其著作《云计算》中提出： 云基础架构及管理层由数据中心与云基础架 构、安全产品、基础架构和运营管理三大部 分组成[3]。作为虚拟化技术的龙头，Vmware公 司在谈到其云基础架构层产品时说道：云计 算基础架构是指通过虚拟化技术将传统数据 中心转变为云基础架构并在其之上创建云， 将IT基础架构作为服务交付给客户使用[6]。 Lenk等人在其文章谈及云计算基础设施层时 也指出：云基础架构可划分为基础设施服务 和资源集两大部分，其中资源集可分为虚拟 资源集和物力资源集；而基础设施服务又分 为高级基础设施服务、基本基础设施服务、 计算服务、存储服务和网络服务[7]。