云計(jì)算架構(gòu)及其關(guān)鍵技術(shù)

作為信息時(shí)代下的產(chǎn)物，云計(jì)算隨著信息技術(shù)的發(fā)展逐漸深入到各個(gè)領(lǐng)域中，并取得十分顯著的應(yīng)用。本文在研究中主要以云計(jì)算為重點(diǎn)，探究云計(jì)算構(gòu)架及其關(guān)鍵技術(shù)，為相關(guān)研究人員提供一定的幫助。

【關(guān)鍵詞】云計(jì)算 構(gòu)架 關(guān)鍵技術(shù) 數(shù)據(jù)處理 優(yōu)化

云計(jì)算作為信息產(chǎn)業(yè)的重大革新，主要是依托于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)自由的資源池訪問的一種計(jì)算模式。以計(jì)算機(jī)資源服務(wù)為表現(xiàn)形式，用戶可以利用云計(jì)算進(jìn)行業(yè)務(wù)快速申請(qǐng)和資源釋放，并對(duì)其使用的資源進(jìn)行付費(fèi)，云計(jì)算模式可用于程序員進(jìn)行軟件開發(fā)、為企業(yè)提供計(jì)算服務(wù)，也可用于個(gè)人用戶的軟件使用甚至桌面租賃，“云端”化的“即”服務(wù)模式提高了資源服務(wù)質(zhì)量、降低了企業(yè)的IT擁有和運(yùn)行成本。在這樣的環(huán)境背景下，探究云計(jì)算構(gòu)架及其關(guān)鍵技術(shù)具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 云計(jì)算主要應(yīng)用特征

在云計(jì)算的實(shí)際應(yīng)用中，在傳統(tǒng)分布計(jì)算思維方式的基礎(chǔ)上，利用計(jì)算機(jī)集成數(shù)據(jù)中心，通過服務(wù)形式為用戶提供云計(jì)算購(gòu)買資源。在這一層面看，云計(jì)算和網(wǎng)格計(jì)算具有一定的相同之處，除此之外還具備以下幾點(diǎn)特征：

1.1 彈性服務(wù)

在云計(jì)算的實(shí)際應(yīng)用中， 其服務(wù)模式可以根據(jù)用戶的需求快速伸縮，呈現(xiàn)自動(dòng)業(yè)務(wù)負(fù)載變化，有效防止服務(wù)器性能荷載較大而影響服務(wù)質(zhì)量，造成信息資源的不必要浪費(fèi)。

1.2 資源池化

在云計(jì)算構(gòu)建中，資源的分享與利用主要是利用共享資源池的形式進(jìn)行資源管理，結(jié)合虛擬化技術(shù)，根據(jù)用戶的實(shí)際資源使用需求進(jìn)行資源分配，對(duì)于用戶來(lái)說，在提供資源服務(wù)的過程中，資源放置、分配以及管理等方面均為透明化，提高用戶體驗(yàn)。

1.3 按需服務(wù)

云計(jì)算具有按需服務(wù)的使用功能，主要涉及到應(yīng)用程序服務(wù)、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存服務(wù)以及信息基礎(chǔ)設(shè)施等服務(wù)內(nèi)容，用戶可以根據(jù)自身的實(shí)際使用需求進(jìn)行云計(jì)算服務(wù)選擇，系統(tǒng)會(huì)按照用戶的實(shí)際需求自動(dòng)分配資源，在此過程中不需要管理員的干預(yù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)資源自動(dòng)服務(wù)。

2 云計(jì)算系統(tǒng)構(gòu)架研究

2.1 核心服務(wù)層

云計(jì)算構(gòu)架在實(shí)際使用中主要涉及到核心服務(wù)、服務(wù)管理以及用戶訪問接口等三個(gè)層面，核心服務(wù)的主要功能是把硬件軟件設(shè)施以及應(yīng)用程序轉(zhuǎn)化為對(duì)用戶的服務(wù)，在實(shí)際運(yùn)行中包括laaS、PaaS、SaaS等三層。laaS層主要是向用戶提供硬基礎(chǔ)設(shè)置服務(wù)，根據(jù)用戶的實(shí)際使用需求選擇實(shí)際計(jì)算機(jī)、虛擬計(jì)算機(jī)、儲(chǔ)存與網(wǎng)絡(luò)等信息資源，在實(shí)際使用的過程中，用戶需要向云計(jì)算系統(tǒng)輸入硬件服務(wù)關(guān)鍵詞，以提高服務(wù)項(xiàng)目的準(zhǔn)確性。在近幾年的研究中，逐漸將虛擬化技術(shù)應(yīng)用到laaS層服務(wù)中，進(jìn)而有效提高laaS層服務(wù)的可靠性、規(guī)模性以及定制性。PaaS層作為應(yīng)用程序的主要運(yùn)行環(huán)境，為用戶提供應(yīng)用程序部署和資源管理等服務(wù)工作，利用軟件開發(fā)工具與開發(fā)語(yǔ)言，設(shè)計(jì)人員可以將程序代碼上傳，以實(shí)現(xiàn)服務(wù)功能。SaaS層主要依托于基礎(chǔ)平臺(tái)開發(fā)，在實(shí)際應(yīng)用的過程中更加傾向于企業(yè)資源服務(wù)，企業(yè)利用SaaS層對(duì)管理企業(yè)各類信息數(shù)據(jù)，如CRM、ERP、HRM等托管應(yīng)用管理，在線文檔處理、在線存儲(chǔ)、企業(yè)郵箱等應(yīng)用服務(wù)。

2.2 服務(wù)管理層

在云計(jì)算構(gòu)架的實(shí)際應(yīng)用中，服務(wù)管理對(duì)核心服務(wù)層具有非常重要的輔助作用，可以有效提高核心服務(wù)層的安全性與可靠性，并主要涉及到服務(wù)質(zhì)量保證與安全管理兩方面內(nèi)容。云計(jì)算服務(wù)系統(tǒng)資源龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在實(shí)際使用中無(wú)法達(dá)到用戶的服務(wù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)此，服務(wù)開發(fā)商可以與用戶簽訂服務(wù)水平協(xié)議，在服務(wù)質(zhì)量方面達(dá)到雙方要求，進(jìn)而保證云計(jì)算系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量。在安全管理方面，服務(wù)管理層利用資源集中處理方式，可以有效防止計(jì)算機(jī)服務(wù)平臺(tái)單點(diǎn)失效的現(xiàn)象，保證數(shù)據(jù)中心的運(yùn)行質(zhì)量與運(yùn)行效率，進(jìn)而保證云計(jì)算系統(tǒng)平臺(tái)綜合服務(wù)水平。

2.3 用戶訪問接口層

在云計(jì)算構(gòu)架中，用戶訪問接口層為用戶訪問云計(jì)算網(wǎng)頁(yè)提供的有效的渠道，主要涉及到命令行、Web門戶以及Web服務(wù)等內(nèi)容，命令行與Web服務(wù)在運(yùn)行中訪問模式主要可以為終端設(shè)備進(jìn)行應(yīng)用程序接口連接，實(shí)現(xiàn)多種服務(wù)的組合。而Web門戶是進(jìn)行云計(jì)算系統(tǒng)訪問的模式，利用Web門戶可以把用戶桌面應(yīng)用順利轉(zhuǎn)移到互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)中，提高用戶訪問網(wǎng)頁(yè)的便利性，使得用戶可以借助瀏覽器進(jìn)行數(shù)據(jù)程序的訪問，進(jìn)而有效提高云計(jì)算系統(tǒng)訪問效率。

3 云計(jì)算構(gòu)架關(guān)鍵技術(shù)

3.1 數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)

在進(jìn)行l(wèi)aaS層設(shè)計(jì)的過程中，由于云計(jì)算數(shù)據(jù)中心規(guī)模龐大，在設(shè)備實(shí)際運(yùn)行的過程中會(huì)消耗大量電量，因此，建設(shè)綠色節(jié)能數(shù)據(jù)中心是云計(jì)算的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)。通常應(yīng)在IT設(shè)備、電源系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行節(jié)能。技術(shù)人員先要對(duì)IT設(shè)備的能耗量進(jìn)行分析與研究，不斷優(yōu)化其數(shù)據(jù)總量，爭(zhēng)取在電能消耗和性能使用方面達(dá)到最佳平衡。對(duì)于制冷系統(tǒng)電能消耗問題，設(shè)計(jì)人員要對(duì)空間大小、風(fēng)扇以及機(jī)架擺放、空氣流動(dòng)方向等影響因素進(jìn)行有效控制，制定多層次數(shù)據(jù)中心設(shè)備設(shè)計(jì)方案，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行空氣流與熱交換的構(gòu)建，模擬真實(shí)的系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境，進(jìn)而為數(shù)據(jù)中心的規(guī)劃與布局提供有利的理論依據(jù)。

3.2 虛擬化技術(shù)

虛擬化技術(shù)主要應(yīng)用在laaS層，可以為云計(jì)算構(gòu)件運(yùn)行提供計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源和網(wǎng)絡(luò)資源，作為云計(jì)算系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)進(jìn)行按需分配，滿足用戶在云計(jì)算系統(tǒng)使用中的的個(gè)性化需求。服務(wù)器虛擬化通過把多個(gè)操作系統(tǒng)整合到一臺(tái)物理服務(wù)器上，從而實(shí)現(xiàn)多用戶通過各自的操作系統(tǒng)共享物理服務(wù)器的同一CPU、磁盤、內(nèi)存、網(wǎng)卡等資源，還可以通過資源自動(dòng)分配技術(shù)提高資源利用率、簡(jiǎn)化IT架構(gòu)、降低管理資源的難度；客戶虛擬機(jī)的真正硬件無(wú)關(guān)性還可以實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)的運(yùn)行時(shí)遷移，可以實(shí)現(xiàn)真正的不間斷運(yùn)行，從而最大化保持業(yè)務(wù)的持續(xù)性。存儲(chǔ)虛擬化通過條帶化異構(gòu)存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)資源的池化，實(shí)現(xiàn)SAN、NAS及FCOE、CIFS、NFS的全協(xié)議支持，最新的超融合架構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)多設(shè)備分布式存儲(chǔ)，從而提高存儲(chǔ)的IO性能和可靠性。網(wǎng)絡(luò)虛擬化就是在一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)上模擬出多個(gè)邏輯網(wǎng)絡(luò)，可以通過基于設(shè)備或基于路由器實(shí)現(xiàn)同一物理網(wǎng)絡(luò)的多條邏輯隧道，從而實(shí)現(xiàn)多業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的物理復(fù)用；通過openflow等技術(shù)可以將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備控制面與數(shù)據(jù)面分離開來(lái)，實(shí)現(xiàn)“軟件定義網(wǎng)絡(luò)”，從而實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)流量的靈活控制，使網(wǎng)絡(luò)作為管道變得更加智能。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文通過對(duì)云計(jì)算構(gòu)架及其關(guān)鍵技術(shù)的研究，介紹了云計(jì)算通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提供用戶進(jìn)行資源池訪問的多種途徑，尤其是從系統(tǒng)架構(gòu)的層次和IDC節(jié)能技術(shù)、虛擬化技術(shù)有深入淺出的描述，并對(duì)前沿發(fā)展應(yīng)用進(jìn)行了跟蹤，有助于進(jìn)而進(jìn)一步推進(jìn)云計(jì)算的優(yōu)化與發(fā)展應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介

陳仁太（1976-），男，四川省中江市人。大學(xué)本科學(xué)歷。現(xiàn)為成都師范學(xué)院信息中心講師。主要研究方向?yàn)榻逃畔⒒⒂?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、云計(jì)算。

作者單位

成都師范學(xué)院信息中心 四川省成都市 611130