云計算的核心技術(shù)與應(yīng)用實例

一、云計算的概念

云計算(Cloud Computing)是由分布式計算(Distributed Computing)、并行處理(Parallel Computing)、網(wǎng)格計算(Grid Computing)發(fā)展來的，是一種新興的商業(yè)計算模型。目前，對于云計算的認識在不斷的發(fā)展變化，云計算沒仍沒有普遍一致的定義。

中國網(wǎng)格計算、云計算專家劉鵬給出如下定義：“云計算將計算任務(wù)分布在大量計算機構(gòu)成的資源池上，使各種應(yīng)用系統(tǒng)能夠根據(jù)需要獲取計算力、存儲空間和各種軟件服務(wù)”。

狹義的云計算指的是廠商通過分布式計算和虛擬化技術(shù)搭建數(shù)據(jù)中心或超級計算機，以免費或按需租用方式向技術(shù)開發(fā)者或者企業(yè)客戶提供數(shù)據(jù)存儲、分析以及科學計算等服務(wù)，比如亞馬遜數(shù)據(jù)倉庫出租生意。

二、云計算的核心技術(shù)

云計算系統(tǒng)運用了許多技術(shù)，其中以編程模型、數(shù)據(jù)管理技術(shù)、數(shù)據(jù)存儲技術(shù)、虛擬化技術(shù)、云計算平臺管理技術(shù)最為關(guān)鍵。

(一)編程模型

MapReduce是Google開發(fā)的java、Python、C++編程模型，它是一種簡化的分布式編程模型和高效的任務(wù)調(diào)度模型，用于大規(guī)模數(shù)據(jù)集(大于1TB)的并行運算。嚴格的編程模型使云計算環(huán)境下的編程十分簡單。MapReduce模式的思想是將要執(zhí)行的問題分解成Map(映射)和Reduce(化簡)的方式，先通過Map程序?qū)?shù)據(jù)切割成不相關(guān)的區(qū)塊，分配(調(diào)度)給大量計算機處理，達到分布式運算的效果，再通過Reduce程序?qū)⒔Y(jié)果匯整輸出。

(二)海量數(shù)據(jù)分布存儲技術(shù)

云計算系統(tǒng)由大量服務(wù)器組成，同時為大量用戶服務(wù)，因此云計算系統(tǒng)采用分布式存儲的方式存儲數(shù)據(jù)，用冗余存儲的方式保證數(shù)據(jù)的可靠性。云計算系統(tǒng)中廣泛使用的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)是Google的GFS和Hadoop團隊開發(fā)的GFS的開源實現(xiàn)HDFS。

GFS即Google文件系統(tǒng)(Google File System)，是一個可擴展的分布式文件系統(tǒng)，用于大型的、分布式的、對大量數(shù)據(jù)進行訪問的應(yīng)用。GFS的設(shè)計思想不同于傳統(tǒng)的文件系統(tǒng)，是針對大規(guī)模數(shù)據(jù)處理和Google應(yīng)用特性而設(shè)計的。它運行于廉價的普通硬件上，但可以提供容錯功能。它可以給大量的用戶提供總體性能較高的服務(wù)。

(三)海量數(shù)據(jù)管理技術(shù)

云計算需要對分布的、海量的數(shù)據(jù)進行處理、分析，因此，數(shù)據(jù)管理技術(shù)必需能夠高效的管理大量的數(shù)據(jù)。云計算系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)管理技術(shù)主要是Google的BT(BigTable)數(shù)據(jù)管理技術(shù)和Hadoop團隊開發(fā)的開源數(shù)據(jù)管理模塊HBase。BT是建立在GFS，Scheduler，Lock Service和MapReduce之上的一個大型的分布式數(shù)據(jù)庫，與傳統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫不同，它把所有數(shù)據(jù)都作為對象來處理，形成一個巨大的表格，用來分布存儲大規(guī)模結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。

Google的很多項目使用BT來存儲數(shù)據(jù)，包括網(wǎng)頁查詢，Google earth和Google金融。這些應(yīng)用程序?qū)T的要求各不相同：數(shù)據(jù)大小(從URL到網(wǎng)頁到衛(wèi)星圖象)不同，反應(yīng)速度不同(從后端的大批處理到實時數(shù)據(jù)服務(wù))。對于不同的要求，BT都成功的提供了靈活高效的服務(wù)。

(四)虛擬化技術(shù)

通過虛擬化技術(shù)可實現(xiàn)軟件應(yīng)用與底層硬件相隔離，它包括將單個資源劃分成多個虛擬資源的裂分模式，也包括將多個資源整合成一個虛擬資源的聚合模式。虛擬化技術(shù)根據(jù)對象可分成存儲虛擬化、計算虛擬化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化等，計算虛擬化又分為系統(tǒng)級虛擬化、應(yīng)用級虛擬化和桌面虛擬化。

(五)云計算平臺管理技術(shù)

云計算資源規(guī)模龐大，服務(wù)器數(shù)量眾多并分布在不同的地點，同時運行著數(shù)百種應(yīng)用，如何有效的管理這些服務(wù)器，保證整個系統(tǒng)提供不間斷的服務(wù)是巨大的挑戰(zhàn)。

云計算系統(tǒng)的平臺管理技術(shù)能夠使大量的服務(wù)器協(xié)同工作，方便的進行業(yè)務(wù)部署和開通，快速發(fā)現(xiàn)和恢復(fù)系統(tǒng)故障，通過自動化、智能化的手段實現(xiàn)大規(guī)模系統(tǒng)的可靠運營。

三、云計算的主要服務(wù)形式和典型應(yīng)用

云計算還處于萌芽階段，有龐雜的各類廠商在開發(fā)不同的云計算服務(wù)。云計算的表現(xiàn)形式多種多樣，簡單的云計算在人們?nèi)粘＞W(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中隨處可見，比如騰訊QQ空間提供的在線制作Flash圖片，Google的搜索服務(wù)，Google Doc，Google Apps等。目前，云計算的主要服務(wù)形式有：SaaS(Software as a Service)，PaaS(Platform as a Service)，IaaS(Infrastructure as a Service)。

(一)軟件即服務(wù)(SaaS)

SaaS服務(wù)提供商將應(yīng)用軟件統(tǒng)一部署在自己的服務(wù)器上，用戶根據(jù)需求通過互聯(lián)網(wǎng)向廠商訂購應(yīng)用軟件服務(wù)，服務(wù)提供商根據(jù)客戶所定軟件的數(shù)量、時間的長短等因素收費，并且通過瀏覽器向客戶提供軟件的模式。這種服務(wù)模式的優(yōu)勢是，由服務(wù)提供商維護和管理軟件、提供軟件運行的硬件設(shè)施，用戶只需擁有能夠接入互聯(lián)網(wǎng)的終端，即可隨時隨地使用軟件。這種模式下，客戶不再像傳統(tǒng)模式那樣花費大量資金在硬件、軟件、維護人員，只需要支出一定的租賃服務(wù)費用，通過互聯(lián)網(wǎng)就可以享受到相應(yīng)的硬件、軟件和維護服務(wù)，這是網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用最具效益的營運模式。對于小型企業(yè)來說，SaaS是采用先進技術(shù)的最好途徑。

以企業(yè)管理軟件來說，SaaS模式的云計算ERP可以讓客戶根據(jù)并發(fā)用戶數(shù)量、所用功能多少、數(shù)據(jù)存儲容量、使用時間長短等因素不同組合按需支付服務(wù)費用，既不用支付軟件許可費用，也不需要支付采購服務(wù)器等硬件設(shè)備費用，也不需要支付購買操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫等平臺軟件費用，也不用承擔軟件項目定制、開發(fā)、實施費用，也不需要承擔IT維護部門開支費用，實際上云計算ERP正是繼承了開源ERP免許可費用只收服務(wù)費用的最重要特征，是突出了服務(wù)的ERP產(chǎn)品。

目前，Salesforce.com是提供這類服務(wù)最有名的公司，Google Doc，Google Apps和Zoho Office也屬于這類服務(wù)。

(二)平臺即服務(wù)(PaaS)

把開發(fā)環(huán)境作為一種服務(wù)來提供。這是一種分布式平臺服務(wù)，廠商提供開發(fā)環(huán)境、服務(wù)器平臺、硬件資源等服務(wù)給客戶，用戶在其平臺基礎(chǔ)上定制開發(fā)自己的應(yīng)用程序并通過其服務(wù)器和互聯(lián)網(wǎng)傳遞給其他客戶。PaaS能夠給企業(yè)或個人提供研發(fā)的中間件平臺，提供應(yīng)用程序開發(fā)、數(shù)據(jù)庫、應(yīng)用服務(wù)器、試驗、托管及應(yīng)用服務(wù)。

Google App Engine，Salesforce的force.com平臺，八百客的800APP是PaaS的代表產(chǎn)品。以Google App Engine為例，它是一個由python應(yīng)用服務(wù)器群、BigTable數(shù)據(jù)庫及GFS組成的平臺，為開發(fā)者提供一體化主機服務(wù)器及可自動升級的在線應(yīng)用服務(wù)。用戶編寫應(yīng)用程序并在Google的基礎(chǔ)架構(gòu)上運行就可以為互聯(lián)網(wǎng)用戶提供服務(wù)，Google提供應(yīng)用運行及維護所需要的平臺資源。

(三)基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)(IaaS)

IaaS即把廠商的由多臺服務(wù)器組成的“云端”基礎(chǔ)設(shè)施，作為計量服務(wù)提供給客戶。它將內(nèi)存、I/O設(shè)備、存儲和計算能力整合成一個虛擬的資源池為整個業(yè)界提供所需要的存儲資源和虛擬化服務(wù)器等服務(wù)。這是一種托管型硬件方式，用戶付費使用廠商的硬件設(shè)施。例如Amazon Web服務(wù)(AWS)，IBM的BlueCloud等均是將基礎(chǔ)設(shè)施作為服務(wù)出租。

IaaS的優(yōu)點是用戶只需低成本硬件，按需租用相應(yīng)計算能力和存儲能力，大大降低了用戶在硬件上的開銷。

目前，以Google云應(yīng)用最具代表性，例如GoogleDocs、GoogleApps、Googlesites，云計算應(yīng)用平臺GoogleApp Engine。

GoogleDocs是最早推出的云計算應(yīng)用，是軟件即服務(wù)思想的典型應(yīng)用。它是類似于微軟的Office的在線辦公軟件。它可以處理和搜索文檔、表格、幻燈片，并可以通過網(wǎng)絡(luò)和他人分享并設(shè)置共享權(quán)限。Google文件是基于網(wǎng)絡(luò)的文字處理和電子表格程序，可提高協(xié)作效率，多名用戶可同時在線更改文件，并可以實時看到其他成員所作的編輯。用戶只需一臺接入互聯(lián)網(wǎng)的計算機和可以使用Google文件的標準瀏覽器即可在線創(chuàng)建和管理、實時協(xié)作、權(quán)限管理、共享、搜索能力、修訂歷史記錄功能，以及隨時隨地訪問的特性，大大提高了文件操作的共享和協(xié)同能力。

GoogleAPPs是Google企業(yè)應(yīng)用套件，使用戶能夠處理日漸龐大的信息量，隨時隨地保持聯(lián)系，并可與其他同事、客戶和合作伙伴進行溝通、共享和協(xié)作。它集成了Cmail、GoogleTalk、Google日歷、GoogleDocs、以及最新推出的云應(yīng)用GoogleSites、API擴展以及一些管理功能，包含了通信、協(xié)作與發(fā)布、管理服務(wù)三方面的應(yīng)用，并且擁有著云計算的特性，能夠更好的實現(xiàn)隨時隨地協(xié)同共享。另外，它還具有低成本的優(yōu)勢和托管的便捷，用戶無需自己維護和管理搭建的協(xié)同共享平臺。

Googlesites是Google最新發(fā)布的云計算應(yīng)用，作為GoogleApps的一個組件出現(xiàn)。它是一個側(cè)重于團隊協(xié)作的網(wǎng)站編輯工具，可利用它創(chuàng)建一個各種類型的團隊網(wǎng)站，通過Googlesites可將所有類型的文件包括文檔、視頻、相片、日歷及附件等與好友、團隊或整個網(wǎng)絡(luò)分享。

Google AppEngine是Google在2008年4月發(fā)布的一個平臺，使用戶可以在Google的基礎(chǔ)架構(gòu)上開發(fā)和部署運行自己的應(yīng)用程序。目前，Google AppEngine支持Python語言和Java語言，每個Google AppEngine應(yīng)用程序可以使用達到500MB的持久存儲空間及可支持每月500萬綜合瀏覽量的帶寬和CPU。并且，Google AppEngine應(yīng)用程序易于構(gòu)建和維護，并可根據(jù)用戶的訪問量和數(shù)據(jù)存儲需要的增長輕松擴展。同時，用戶的應(yīng)用可以和Google的應(yīng)用程序集成，Google AppEngine還推出了軟件開發(fā)套件（SDK），包括可以在用戶本地計算機上模擬所有Google AppEngine服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器應(yīng)用程序。

[1]雷萬云.云計算——技術(shù)、平臺及應(yīng)用案例[M].清華大學出版社,2011.

[2]炙土.云計算技術(shù)的產(chǎn)生、概念、原理、應(yīng)用和前景[OL].賽迪網(wǎng),2010.

[3]云計算應(yīng)用面臨的問題[OL].CIO時代網(wǎng),2013.