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云计算技术探讨

2020/6/11    来源:基层建设    作者:来昂      
关键字:云计算  服务模式  部署模型  网络架构  数据安全  
本文从云计算基础概念着手,针对云计算将面临的新技术、网络、应用和安全等方面挑战的问题,从网络架构和数据安全方面做了相关探讨。

引言

    当前,在众多流行的词语中,大家会经常听到“云”或者“云计算”这个词,或是说把什么什么放到“云端”。那么“云”到底是什么?它和我们有着什么样的关系?

    云,也叫云计算,美国国家标准与技术研究院(NIST)定义:“云计算是一种按使用量付费的模式,这种模式提供可用的、便捷的、按需的网络访问,进入可配置的计算资源共享池(资源包括网络、服务器存储、应用软件及服务),这些资源能够被快速提供,只需投入很少的管理工作,或与服务供应商进行很少的交互。”云计算是一种基于互联网的计算方式,通过这种方式,共享的软硬件资源和信息可以按需提供给计算机和其他设备。典型的云计算提供商往往提供通用的网络业务应用,可以通过浏览器等软件或者其他Web服务来访问,而软件和数据都存储在服务器上。云计算服务通常提供通用的通过浏览器访问的在线商业应用,软件和数据可存储在数据中心。

一、云计算定义及特点

    伴随着系统硬件、高速网络、网络编程技术、分布式计算和并行计算以及其他技术的快速发展,云计算作为一种技术和商业实现也浮出了水面。但是,对于云计算目前并没有统一的定义。该文选取两个比较典型的定义描述如下:

    2011年9月,美国国家标准与技术实验室发布了对云计算的定义,受到大家的普遍认可:云计算是一种通过互连网络实现无所不在、按需、便捷地访问共享资源池(包括网络、服务器、存储设备、应用程序和服务等)的计算模式。这些资源能够以最低的管理成本和最少的协助(服务提供商提供)快速部署并发布。

    中国电子学会云计算专家委员会主任委员、中国工程院院士李德毅给云计算下了一个较为科学的定义:云计算是一种基于互联网的、大众参与的计算模式,其计算资源(计算能力、存储能力、交互能力)是动态的、可伸缩且被虚拟化的、以服务的方式提供。

    从以上定义我们可以看到云计算具有如下一些特点:(1)按需自助服务,用户(通常是一些组织)可以自我完成计算资源的请求和管理而无需进行任何的人工干预;(2)广泛的网络接入,提供独立于用户终端设备的高效、高速网络(远端或者本地)接入服务;(3)超大的资源池,无论是确保数据存储的可靠性,还是利用虚拟化技术和多租户策略对不同(多)用户的资源支持;(4)快速灵活、弹性的资源分配和释放;(5)可度量的服务,根据用户使用的资源类型进行收费。

二、云计算的特点

    (一)大规模

    要想提供云计算服务,首先要搭建可用的云计算平台,这个“云”将是超大规模的、据2010年谷歌公司公布的数据显示仅在云计算中公司投入的服务器已经超过100万台,分布在50多个国家。可想而知云计算的规模及提供服务的能力。

    (二)虚拟化

    云计算的基础是虚拟化,它支持需要提供用户的用户在世界各地的任意地点、只要使用各种云客户端就能获取相应应用服务。

    所请求的服务不再是一个固定的实体,而是来自虚拟的云端。用户只需要能够有上网的条件,所需服务的对象、地点、提供的方式用户无需了解、也不用担心应用因距离、位置的中断。

    (三)可靠性

    云计算因其超大规模与虚拟化的优势,为服务提供了多处,异地的副本容错,提供了比城域服务器更加安全、可靠的服务。

    (四)通用性

    云计算没有指定的应用,所有应用都可以在云计算异构的平台下运行,每个“云”都能虚拟出多种应用,支持各种服务。

    (五)高可扩展性

    在虚拟基础上建立的“云”,其规模是可灵活、动态扩展的,根据服务器、存储数量的增加,其规模也在不断扩大,满足用户以及应用服务增长的要求。

    (六)廉价性

    由于云计算的虚拟特性决定了运行商提供的服务只关心基础硬件的性能,不依靠于品牌,所以大大减少了数据中心建设的费用,“云”的集中式管理也给日后的运行与维护提供了方便与廉价。

三、云计算分布式系统

    从云计算的定义中可以看出,云计算与网格计算、公共计算、服务计算、分布式计算等技术存在相互交叉的内容。云计算是从网格计算演化出来的,其框架体系在一定程度依赖网格计算的框架体系。公用计算仅仅是一个计算和存储的商业模式,其通常采用网格架构提供记帐和监控服务实现。

    Web2.0几乎涵盖了面向服务应用,云计算在Web2.0中占据重要地位。超级计算和集群计算更多的侧重于传统的应用计算。

    3.1 商业模式

    传统的商业模式是软件(通常在一台计算机上运行)一次支付终身使用。在以云计算为基础的商业模式中,用户采用租用模式,由于规模效益,云计算提供的产品价格将大大降低。例如,亚马逊在线主要提供一个计算云和数据云,计算云的收费方式是根据每个应用实例消耗的计算小时数,数据云是根据每GB/月来收费的,数据传输是按照TB/月来计算的。

    3.2 体系结构

    云计算用于解决因特网规模的计算问题,这与网格所解决的问题是完全不同的。云计算采用标准的协议和接口实现一个巨大的计算和存储资源的共享。云计算构建在一系列已存在的协议之上,例如Web Service协议(WSDL,SOAP),一些Web2.0技术例如REST、RSS、AJAX等等。

    云计算的体系结构同样有很多种,这里给出最常见的四层架构定义。基础层、架构层、平台层和应用层。基础层包含了原始的硬件资源,例如计算资源、存储资源和网络资源。架构层通常采用虚拟化技术将基础层的资源进行抽象和封装,对上层提供一个集成的资源环境,例如,虚拟的计算机和集群,一个逻辑上的文件系统,逻辑上的数据库系统等等。平台层在统一资源层的基础上添加一些特殊的工具、中间件和服务来作为开发平台环境。应用层则在平台层的基础上提供面向服务的应用。

    在云计算的商业实现种,云通常在三个层次上提供服务,IaaS(Infrastructure as a Service)架构即服务、PaaS(Platform as a Service)平台即服务、SaaS(Software as a Service)软件即服务。

    IaaS提供硬件、软件以及应用程序运行环境。云的架构可以根据应用程序使用资源需求动态伸缩。典型的例子是Amazon的EC2(弹性云计算)服务和S3(简单存储服务),其提供开放的计算和存储服务。Eucalyptus是其开放源码实现,提供类似Amazon的EC2接口,允许用户建立一个云架构的试验环境。

    PaaS提供一个更高层次的集成环境,以便用户建立、测试和部署定制的应用程序。为了获得程序的可扩展性,开发者需要遵守软件开发上的一些限制,否则程序无法提交到云上运行。典型的平台即服务是Google的App Engine,它提供终端用户在可伸缩环境下开发Web应用程序的能力。

    SaaS采用计费模式提供一些特定的软件允许用户远程使用。Sale force是在线客户关系管理的业界领先厂商。微软提供的Live Mesh服务允许多台设备的文件和目录同步共享。

    虽然云提供了三层模型架构,但是三层模型之间没有标准接口协议。因此,云间互操作几乎不太可能。目前云提供商重点是提供更好的云服务,一旦云计算技术成熟后,各种云之间的互联、互通和互操作有可能发展起来形成一个新的商业环境。

    3.3 资源管理

    虚拟化:虚拟化技术已经成为云计算中最不可或缺的要素之一。对于使用的用户而言,虚拟化给用户造成云中所有的资源均被用户独占的假象。虚拟化同时对于基础层(计算、存储、网络资源)提供统一的资源描述。虚拟化同时提供每个程序封闭的运行环境,提供例如配置、部署、启动、迁移、暂停、恢复和停止的统一机制以实现更好的安全、管理和隔离。

    云计算采用虚拟化技术还有以下原因:

    1.服务器上应用程序聚合,将多个应用程序运行在同一台服务器上可以使资源得到最佳利用;

    2.由于每个程序对资源需求不同,例如有的需要大规模计算,有的需要更多的存储。采用虚拟化技术可以针对

    不同的应用程序需求提供不同的资源;

    3.增强了应用的可用性,虚拟化允许快速的恢复一个虚拟环境而不会中断服务,便于新旧程序的切换;

    4.提高了响应能力,资源供应、监视和维护可以是自动的,常用资源可以被缓冲和重用。

结束语

    本文从云计算基础概念着手,针对云计算将面临的新技术、网络、应用和安全等方面挑战的问题,从网络架构和数据安全方面做了相关探讨,尽管我们不知道云计算将来会发展成什么样,但就目前云发展的良好大环境而言,我们希望看到它发展越来越稳健,能更好地服务我们的生活和生产方式,发展我们事业。为了云计算今后能发展地越来越好,下一步考虑将对云计算架构的开放性问题展开探讨,以期进一步整合云计算服务。

责任编辑:程玥
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