云计算基础技术例1

中图分类号：TP393.08 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）06-0241-02

云计算技术被认为是继个人电脑 、互联网之后的“第三次互联网革命”，诞生伊始就得到广泛关注和重视。下面我们从云计算的概念、类型和基础架构三个方面来进行探讨。

1 云计算的概念

云计算是利用本地或远程服务器（集群）的分布式计算机为互联网用户提供服务（包括计算、存储、软硬件等服务），它是对分布式处理、并行处理和网格计算及分布式数据库的改进处理、融合和发展。

通俗的讲，云计算是一种全新的网络服务方式，将传统的以桌面为核心的任务处理转变为以网络为核心的任务处理，利用互联网实现自己想要完成的一切任务处理，使网络成为传递服务、计算力和信息的综合媒介，真正实现按需计算，多人协作。通过云计算的大规模应用，未来计算资源或许像电和水那样可随时获取，并按使用量进行计费。

2 云计算的类型

从部署方式来说，云计算可以分为私有云、公有云和混合云。公有云是互联网上所有用户都可以使用。私有云则是一种专有的云环境，是针对一个组织单独构建的互联网服务，该组织拥有基础设施，可以在此基础设施上部署应用程序，并对数据、安全性和服务质量提供有效控制。混合云，也可称为虚拟私有云，它提供的服务运行在一个公共的云基础设施之上，但通过虚拟专用网（VPN）限制对它的访问。

IaaS，指的是将硬件设备等基础资源封装成服务供用户使用，在此环境中，硬件及网络资源可以被划分成一个个的逻辑计算单元，IaaS管理工具可以保证多个逻辑单元协同工作起来。

PaaS，是对资源的抽象层次更进一层，它提供用户应用程序的运行环境。

SaaS，是将某些特定应用软件功能封装成服务。

3 云计算的基础架构

云计算充分利用网络和计算机技术实现资源的共享和服务，解决云进化、云控制、云推理和软计算等复杂问题，其基础构架可以用云计算体系结构、服务层次则和技术层次来描述。

3.1 云计算体系结构

云计算平台是一个强大的“云”网络，连接了大量并发的网络计算和服务，可利用虚拟化技术扩展每一个服务器的能力，将各自的资源通过云计算平台结合起来，提供超级计算和储存能力。云计算体系结构如图：（见图1）

云用户端：提供云用户请求服务的交互界面，也是用户使用云的入口，用户通过WEB浏览器可以注册、登录及定制服务、配置和管理用户。

服务目录：云用户在取得相应权限（付费或其他限制）后可以选择或定制的服务列表，也可以对已有服务进行退订的操作，在云用户端界面生成相应的图标或列表的形式展示相关的服务。

管理系统和部署工具：提供管理和服务，能管理云用户，能对用户授权、认证、登录进行管理，并可以管理可用计算机资源和服务，接收用户发送的请求，根据用户请求并转发到相应的应用程序，调度资源智能地部署资源和应用，动态的部署、配置和回收资源。

资源监控：监控和计量云系统资源的使用情况，以便做出迅速反应，完成节点同步配置、负载均衡配置和资源监控，确保资源能顺利分配给合适用户。

服务器集群：虚拟的或物理的服务器，由管理系统管理，负责高并量的用户请求处理、大计算量处理、用户WEB应用服务，云数据存储时采用相应数据切割算法，采用并行方式上传和下载大容量数据。

用户可通过云用户端从列表中选择所需的服务，其请求通过管理系统调度相应的资源，并通过部署工具分发请求、配置WE应用。

3.2 云计算服务层次

云计算的服务层次是根据服务类型即服务集合来划分，体系结构中的层次是可以分割的，即某一层次可以单独完成一项用户的请求而不需要其他层次为其提供必要的服务和支持。

3.3 云计算技术层次

服务接口：统一规定了在云计算时代使用计算机的各种规范、云计算服务的各种标准等，用户端与云端交互操作入口，可以完成用户或服务注册，对服务的定制和使用。

服务管理中间件：在云计算技术中，中间件位于服务和服务器集群之间，提供管理和服务即云计算体系结构中的管理系统。对标识、认证、授权、目录、安全性等服务进行标准化和操作，为应用提供统一的标准化程序接口和协议，隐藏底层硬件、操作系统和网络的异构性，统一管理网络资源。

虚拟化资源：指一些可以实现一定操作，具有一定功能，但其本身是虚拟而不是真实的资源，如计算池、存储池和网络池、数据库资源等，通过软件技术来实现相关的虚拟化功能，包括虚拟环境、虚拟系统、虚拟平台。

物理资源：主要指能支持计算机正常运行的一些硬件设备及技术，可以通过现有网络技术和并行技术、分布式技术将分散的计算机组成一个能提供超强功能的集群用于计算和存储等云计算操作。

4 结语

云计算作为下一代IT的发展趋势，在我国得到了充分的推动和蓬勃的发展，但我们必须看到，由于国内在云计算领域对核心技术的掌握不足，目前国内所建设的云计算中心，更多的投入是在硬件建设的部分，缺乏在基础软件设施层面对云计算模式的支持。同时信息系统和网络设备使用的关键芯片、核心软件和部件绝大部分依赖进口，存在着安全隐患。总之，虽然云计算的发展还存在着诸多的问题，但作为一种新型的互联网服务和计算模型。它展示了越来越强大的生命力，涉及了各行各业方方面面的人们，并将最终彻底影响和改变改我们的生活。

云计算基础技术例2

中图分类号：TP391 文献标志码：A 文章编号：1006-8228（2013）12-18-04

Basic architecture and data management technology of bridge safety and health

monitoring data center based on cloud computing

Tu Huimin1，2， Wu Jufeng1，2

（1. Wuhan Bridge Science Research Institute（BSRI） Ltd.MBEC， Wuhan， Hubei 430034， China；

2. Key laboratory of bridge structure and health of Hubei province）

Abstract： With the development of bridge safety&health monitoring data center （BSHM-DC） technology， the monitoring data is increased rapidly in exponential speed， which requires the data storage and management technology of data center to be more intelligent and efficient. In this paper， the data management technology and developing trend of BSMS-DC is put forward firstly. After illustrating the basic architecture of BSHM-DC on the basis of cloud computing， the selections of key devices and related software are discussed. Lastly， its application expectation of BSHM-DC is prospected.

Key words： cloud computing； bridge safety &health monitoring （BSHM）； data center（DC）； data management technology

0 引言

桥梁安全与健康监测系统是通过在桥梁的关键部位布置高可靠性和耐久性的各类传感器，对结构内力、变形、动力特性、环境状况进行实时监测，获取桥梁在营运期内受各种荷载作用下的结构响应，通过理论计算和规范值与实测值的对比、分析，实现结构异常响应报警、结构营运安全性评估、结构损伤识别等。由于该系统7*24小时不间断检测，所采集的数据量飞速增长。在面对多座桥梁监测系统集成管理的情况下通常采用直联式数据存储方式，其数据的存储能力、数据管理难度、数据安全，以及存储资源的利用等，都难以满足系统设计需求。

云计算可以满足新一代数据中心对网络、存储和计算的业务需求，并能提供丰富的应用服务，是新一代数据中心的核心要素[1-2]。本文通过引入云计算的基础架构，建立了基于云计算的桥梁安全与健康监测数据中心，将分散在全国各地的监测系统数据进行集中可靠的存储与管理，并通过云计算数据中心向用户提供高效、安全的服务。

1 桥梁安全与健康监测数据中心建设的现状

随着在役桥梁安全与健康监测建设的发展，桥梁安全与健康监测系统中海量数据的存储与有效利用日显重要，并成为在役系统普遍关注的一个重点。一个中等桥梁安全与健康监测系统数据日增长量在3GB/天左右，一年有1.1TB增量的数据，数据的维护管理主要依赖系统管理员定期执行，数据管理的实施方式难以统一。随着数据量的增加，数据管理工作量、管理难度及管理成本成倍增加，数据也得不到有效利用。

桥梁安全与健康监测数据中心引入云计算，可将业务数据和应用在公有云和私有云之间同步，当数据中心构建的私有云出现故障，应用可以无缝迁移到公有云中。通过云计算将分散在全国各地的业务系统数据通过INTERNET进行集中存储与管理，可向桥梁技术研究者提供数据共享服务分析桥梁健康监测海量数据；桥梁管理单位即使不具备桥梁专业技术知识也可以在任何地方、任何时间监测到桥梁的实际运营状况，获得桥梁健康监测报告及桥梁营运安全性评估等服务并实时反馈专家意见，大大提高了桥梁管养效率。

基于云计算的桥梁安全与健康监测数据中心建设分两部分，一部分是集成中心，另一部分是分散在全国各地的分中心。集成中心的数据增长量在10GB/天，分中心的数据增长量在3GB/天左右，增长量会随着业务量的增加而增加。集成中心利用云计算技术对服务器、存储、网络等IT资源进行虚拟化，将所有的IT资源放在一个资源池中并进行动态资源管理，对IT资源进行监管和云管理。当资源池中分配给某个桥梁安全与健康监测系统的资源出现故障或者该系统获得的资源不够用的时候，云管理平台会自动分配给它新的资源，从而保证系统7*24小时不间断运行。

分中心的数据通过公共Internet网络与集成中心组成云网络，数据进行同步，在集成中心对数据进行异地容灾备份。集成中心有两份数据，一份数据面向桥梁安全与健康监测系统（数据库A），一份数据是完全备份数据（数据库B）。我们主要考虑如何优化实时数据读取和历史数据查询。数据库B中保留所有数据，数据库A只保留最近1周的数据；业务系统实时读取的是数据库A中的数据，而查询一周之前的数据就读取数据库B中的数据。

图1 分中心数据库结构与操作

2 关键技术

云计算（Clouding Computing）由Google、Amazon等公司于2006年首先提出，它是一种利用互联网实现随时随地、按需、便捷地访问共享资源池（如计算设施、存储设备、应用程序等）的计算模式[3]。我国政府高度重视对云计算的发展，把其列为重点发展的战略性新兴产业[4-5]，云计算技术的应用已成为国内外的热点研究问题[6-8]。

基于云计算的桥梁安全与健康监测数据中心的建设所需专业涉及面较广，如桥梁专业、网络通信专业、计算机专业等。本节着重讨论其在计算机领域内实现云计算数据中心的关键技术。

2.1 虚拟化技术

虚拟化技术能让所有计算元件在虚拟的基础上运行，是实现云计算数据中心不可缺少的功能。通过把有限的固定的资源根据不同需求进行重新规划以达到最大利用率的思路，在IT领域就叫虚拟化技术[9-10]（Virtual Technology）。这种解决方案能在很大程度上优化资源、节约成本。虚拟化技术包括计算虚拟化技术、网络虚拟化技术、存储虚拟化技术。系统虚拟化前后的特点如表1所述。

表1 虚拟化前后特点比较

[虚拟化前＼&虚拟化后＼&每台主机一个操作系统＼&每台主机上运行多个虚拟机，每个虚拟机一个操作系统

＼&每台主机上运行多个程序，可能造成冲突

＼&多个程序可分别在运行在多个虚拟机上，应用程序相对独立的运行空间，避免冲突

＼&每台主机配一个存储，存储资源得不到有效利用，且一旦存储出现单点故障，数据可能丢失

＼&多个虚拟机共享存储，当一台主机出现故障时，会自动分配其他主机上的硬件资源给故障主机的应用程序＼&硬件成本高，且配置和管理困难＼&虚拟机独立于硬件运行，可动态资源分配，新程序的部署工作只需要几分钟，有效节约硬件和维护成本

＼&]

目前虚拟化技术的产品主要有EMC的 VMware虚拟化产品，Microsoft的Virtual Server， Sun的Virtual Box，以及Ctrix公司的Xen Server和Xen，占市场份额最大的是EMC的 VMware虚拟化产品。

2.2 数据存储技术

基于云计算的桥梁安全与健康监测数据中心需要满足大数据管理的需求，为大量桥梁管理者提供服务并且为桥梁研究者提供大数据分析功能。数据安全可靠存储是实现大数据管理分析的基础。

数据存储系统从物理结构来看，底层主要是磁盘，通过光纤、串口线等与磁盘后的板卡和控制器相连。目前最常用的存储方式有DAS（直接连接存储）、SAN（存储区域网络）和NAS（网络附加存储）。直连存储（DAS）是直接通过SCSI线缆或者光纤直接连接到服务器上。存储区域网络（SAN）是通过网络方式连接存储设备和应用服务器，目前常用的SAN结构根据连接介质不同而分为FC SAN和IP SAN。网络附加存储（NAS）是将网络存储设备直接放在网络上提供文件共享服务。这三种技术优缺点如表2所示。

表2 DAS、SAN、NAS数据存储系统技术优缺点

[特征＼&DAS＼&SAN＼&NAS＼&安装难易度＼&较难＼&较难＼&很容易＼&集中管理＼&难＼&专用软件＼&基于网络＼&扩展性＼&低＼&高＼&中＼&数据共享＼&难＼&通过软件实现＼&内部实现＼&处理能力＼&强＼&强＼&视网络情况而定＼&备份＼&传统方式＼&服务器不参与＼&多种方案＼&容灾＼&基于服务器＼&端对端及多点容灾＼&端对端方案＼&安全＼&中＼&高＼&低＼&]

目前主要存储厂商的FC SAN存储可以实现8Gbit/S的传输速率，但费用较高，所以中大型数据中心建设中还是处于领先地位。但是随着IP SAN技术的发展，较高的性价比使FC SAN存储逐渐扩大了在市场的份额。

2.3 动态资源管理

云计算的资源包括存储资源、计算资源、网络资源、基础设施资源以及其他资源[2]。当应用云计算时，面对大量设备和相关技术，如何有效整合各种资源并实施动态资源管理是实现云计算的关键。云计算动态资源管理系统的基本功能，是接受资源请求，合理地调度相应的资源并且把特定的资源分配给资源请求者，使请求资源的业务得以运行。它能跨资源池智能动态调整计算资源，使IT与业务优先级对应，动态提高系统的管理效率。

云计算的动态资源管理必须处理好存储架构问题，解决资源部署、监控和调度策略等问题。在VMware虚拟化产品中，DRS（vsphere Distributed Resources Scheduler）可以根据每一个虚机的实际运行情况，适时地对内存、CPU、网络的消耗进行动态调整，将其平均分配到DRS集群的每一台主机上面。动态分配依靠VMotion实现，所以，VMotion是DRS的先决条件。

3 云计算数据中心实现

基于云计算的桥梁安全与健康监测数据中心实现了数据中心服务器、网络、存储虚拟化及负载均衡，其基础架构拓扑图如图2所示。

整个方案通过两路6核服务器配合后端IP SAN存储技术，并采用云计算虚拟化技术来实现桥梁安全与健康实时监测。在云计算操作系统软件的支持下，将3台两路6核服务器组建HA集群，并配合DRS及VMotion等高级功能，实现业务的连续性，减少计划内宕机时间，有效地提高资源利用率。

3.1 计算系统设备及软件实现

计算系统设备主要是指服务器，服务器的选择上主要考虑的是服务器的性能，满足五年内桥梁安全与健康监测业务的需要，主要计算能力由3台两路6核服务器担任。

而计算系统虚拟化的实现主要是利用软件将服务器虚拟化。目前主流的、最具代表性的虚拟化软件是VMware的Vsphere软件。

本方案采用3台企业级两路服务器（HP Enterprise Server）作为核心数据库平台。该服务器能满足数据库应用的高可用性、可恢复性，并具有错误检测及消除单点故障的功能。采用数据库双机方案也增强了应用的可扩展性，满足业务不断增长的需要。由于该型服务器采用全新的因特尔快速互联通道互联架构配合因特尔志强E5系列处理器及SAS 6Gbps高性能磁盘控制器，使系统联机处理性能提升2.5倍以上，数据库性能提升3倍以上，更加适用于基础架构、数据库核心应用。

3.2 存储设备及数据管理软件

在保障客户应用的前提下，存储将成为一个必须受到关注的核心环节，因此双控制器、多处理器和高可靠光纤8Gb存储成为首选，这能有效保障业务的物理稳定特性。出于数据安全备份的考虑，配置大存储容量6TB存储空间服务器作为虚拟机的备份服务器，可以保证在光纤存储故障时或维护时的业务连续性，并对客户的应用数据也做到了统一备份。为了保障业务运行的高性能、可持续性和可扩展性，我们选择了IP-SAN的存储模式，通过串口线连接磁盘与控制器。云计算计算节点服务器通过交换机连接存储设备，实现数据链路的高品质性能保障。

在数据的统一备份处理上，基于虚拟机文件驻留在共享SAN存储上，可以使用存储区的映像来备份虚拟机文件，这样做不会在运行虚拟机的云计算计算节点主机上引起任何额外的负载。统一备份功能可以满足缩短虚拟机的备份时间，移除客户应用服务器上的备份工作负载，以及从中央服务器中执行备份的工作。其工作流程是从运作中的主机上剥离磁盘，将磁盘链接到专用的统一备份服务器上，然后备份磁盘中适当的文件，此时原始主机仍能看到该磁盘并能正常工作。通过有效利用虚拟机存储区的映象文件，高效地保障客户数据安全。

3.3 网络设备

云计算数据中心网络需实现双链路可靠冗余连接、负载均衡，充分考虑网络的可管理性。本方案采用两台DLINK交换机实现设备冗余，同时通过实现网络虚拟化来保证网络策略安全，使之不受虚拟机位置迁移的影响。

3.4 云平台管理

云管理平台是负责整个数据中心的资源池管理、是实现IAAS的关键环节。本方案采用VMware公司的Vcenter软件，与其他的管理软件相比，该软件的使用为IT管理者大大降低了云计算虚拟环境管理的难度。

该云平台是目前最强大的虚拟环境管理平台，它能提高在虚拟基础架构每个级别上的集中控制和可见性，无论是几十台还是几千台虚拟机，都能集中、简单地管理。它可以通过使用向导或者模板，在几分钟内创建新的虚拟机或主机，最大限度地减少错误和停机；它还可以借用DRS（vsphere Distributed Resources Scheduler） 持续监控各个资源池的使用情况。此外，借助vCenter API和.NET可实现vCenter Server和其他工具的集成，并且支持在vSphere Client中嵌入自定义插件，为管理IT环境提供选择自由。

4 结束语

目前，基于云计算的桥梁安全与健康监测数据中心建设还处在初级阶段，随着桥梁安全监测技术和云计算技术的发展，云计算数据中心会逐渐形成系统化、网络化的全国性的桥梁安全与健康监测平台。该平台能面向所有桥梁行业的客户，提供存储空间及桥梁安全与健康监测服务；同时还能根据存储的大量桥梁相关数据，进行数据挖掘及数据分析，在桥梁学术研究方面具有重要意义。

基于云计算的数据中心建设是一个复杂的系统工程，本文着重从桥梁安全监测数据中心的关键技术方面阐述了系统基础架构，以及关键设备和软件的选型，希望能为其他行业数据中心的建设提供一些参考。

参考文献：

[1] 林小村.数据中心建设与运行管理[M].科学出版社，2010.

[2] 刘鹏.云计算[M].电子工业出版社，2011.

[3] MELL P， GRANCE T. The NIST Definition of Cloud Computing[R].

National Institute of Standards and Technology， SP800-145， Gaithersburg：U.S Dept. of Commerce，2011.

[4] 国家科学技术部.中国云科技发展"十二五"专项规划[EB/01].

/tztg/201209/W020120918516104069531.doc，2012

[5] 工业和信息化部电信研究院.云计算白皮书（2012）[M].工业和信息化

部电信研究院，2012.

[6] 田冠华，孟丹，詹剑锋.云计算环境下基于失效规则的资源动态提供

策略[J].计算机学报，2010.33（10）：1859-1872

[7] 朱仕村，张宇峰，张立涛，朱晓文，胡云辉.面向长大桥梁结构健康监测

物联网的云计算[J].现代交通技术，2011.8（1）：24-27

[8] 孟凡立，徐明，张慰.基于云计算的高校数据中心设计与实现[J].现代

教育技术，2012.22（3）：99-103

[9] 杨望仙，朱定局，谢毅，范朝冬.虚拟化技术在云计算中的研究进展[J].

云计算基础技术例3

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。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]。

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。

由此本文将云基础架构分为以下五个层次：

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。

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。

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。

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（

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]。

目前，云基础架构中著名的分布式存储系统还有Google的Bigtable分布式存储系统和Amazon的Dynamo分布式数据存储中心[11]等。它们虽然为云基础架构提供了强大的动力，但仍有改进之处。

3.4.3 并行编程模型

并行编程模型是云计算中的一个重要概念。它是指系统为高效并行处理海量数据而设定的一组数据处理规则。研发人员为了解决输入数据的并行计算、分发数据等问题提出了并行编程模型的概念。

MapReduce是Google公司开发的一种新的抽象模型，也是当前起主导作用的编程模型。它的设计思路来源于函数式编程语言的映射和简化操作[1]。MapReduce的核心思想是将数据逻辑列表通过Map函数处理成为键值对集（），经过排序将具有相同Key值的键值对放在一起后通过Reduce函数将具有相同Key值的键值对的Value值进行合并。

当前对并行编程模型的研究大多以在MapReduce的基础上提出改进方案为主。在文献[15]中。Zaharia等人根据MapReduce建立在系统同构的假设基础上，提出了LATE（Longest Approximate Time to End）调度算法。通过新型调度算法的改进使得MapReduce在异构环境下运行。

虽然现行并行编程模型为云计算提供了强大的技术支持，在某些具体情况的适用性上还需进一步的完善。

4.结论与展望

当前对云基础架构的研究主要集中在业界IT运营商，在学术界对云计算基础架构的研究主要集中在单个技术性能的改进与提高上，明确提出云计算基础架构概念，并进行整体性理论分析研究相对较少。本文通过分析研究现有云计算基础架构实例及相关文献资料，提出了云计算基础架构定义，指出：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。根据云计算基础架构定义，预计在今后的一段时间内，对云计算基础架构的研究会朝着以下几个方面进行：

1）更加高效的数据交互体验。云计算基础架构为上层应用提供存储与计算能力，在此过程中必然会存在基于请求的数据交互过程。而数据交互的速度会直接影响用户对云计算应用的操作体验。所以对高效的数据交互地研究会成为未来云计算基础架构的研究重点。

2）更稳定的系统运行过程。云计算基础架构位于云计算系统的底层，其运行的稳定与否直接关系到整个云计算系统的运作。尽管当前已有多种技术手段（资源监控技术、同步复制技术，心跳检测技术等）来确保云计算基础架构的稳定性。但是这些技术手段任然存在自身消耗资源过大、检测周期与负载变化不适应等问题。而这些问题也会在今后的云计算基础架构的研究中得到解决。所以系统的稳定性也将是云计算基础架构研究的重点之一。

3）更灵活的系统扩展。随着数据量的增加，云计算基础架构不得不面临系统扩展的问题。而实时变化的数据交互量，使得云计算基础架构在扩展的同时更加注重扩展的灵活性。系统的扩展意味着资源的扩充，而系统扩展后的资源合理分配是体现灵活系统扩展的重要部分。当前尽管各类云基础架构都在努力统一和规范各自系统扩展接口并改进资源分配方式，但资源分配是否能够与负载变化同步依然是问题的实质和仍未解决的问题。而这也是云计算发展的基本出发点和立足点。所以，灵活的系统扩展能力是云计算基础架构未来的重要研究方向。

综上所述，云计算基础架构是一个具有现实意义并充满挑战的新兴领域，它的发展将对云计算发展产生巨大的推进作用，而云计算基础架构也会在未来的发展中扮演越来越重要的角色。

参考文献

[1]陆嘉恒等.分布式系统与云计算[M].北京：清华大学出版社，2011.5.

[2]吴朱华.云计算核心技术剖析[M].北京：人民邮电出版社，2011.5.

[3]刘鹏.云计算[M].北京：电子工业出版社，2011.7.

[4]Tim Mather，Subra Kumaraswamy，Shahed Latif著.云计算安全与隐私[M].北京：机械工业出版社，2011.5.

[5]朱近之.智慧的云计算[M].北京：电子工业出版社， 2011.4.

[6]VMware and Cloud Computing：An Evolutionary Approach to an IT Revolution.

[7]A.Lenk，M.Klems，J.Nimis，S.Tai.What is Inside the Cloud？An Architectural Map of the Cloud Landscape.http：///portal/web/csdl/doi/10.1109/CLOUD.2009.5071519.

[8]房晶，吴昊，白松林.云计算安全研究综述[J].电信科学，2011，27（4）：37—42.

[9]陈丹伟，黄秀丽，任勋益.云计算及安全分析[A].计算机技术与发展，2010，20（2）：99—102.

[10]张建勋，古志民，邓超.云计算研究进展综述[A].计算机应用研究，2010，27（2）：429—433.

[11]吴英，谢广军，刘景.对等结构的分布式存储系统设计与研究[A].计算机工程与应用，2006，42（4）：135—139.

[12]王刚，刘晓光，刘景.网络软RAID的设计与实现[J].计算机研究与发展，2000，37（增刊）：81—83.

[13]FREEMANT T，KEAHEY K.Flying low：simple lease with workspace pilot [C].//Proc of the 14th International Conference on Parallel Processing.

云计算基础技术例4

中图分类号：TP393.09

云计算利用虚拟的技术把各种廉价的资源合理整合，通过各种服务器的有效重组形成一个新的计算机中心以及存储系统，用户可以在此基础上利用网络进行网络交付使用。用户可以不了解云计算技术的概念、也可以不了解云计算技术的基本框架，但是即使是这种状况用户仍然可以方便的使用云计算技术。大学生计算机应用大赛中云计算的应用主要是说每位参赛者的作品在提交时需要是代码表示。大赛评委会利用云计算技术在共享平台对参赛作品进行部署、评审等。

1 云计算技术的含义

云计算技术从实现至今还没有一个统一的官方概念，不同的机构组织对于云计算技术有不同的看法，自然就有不同的定义。据相关调查资料显示，目前社会团体对云计算的定义大概有30种左右。比如美国给出的官方定义是：云计算技术是使计算机资源快速的整合部署，通过网络链接实现网络支付的模式，并且整个过程不需要过多的管理工作。这一定义主要是根据Gartner对云计算技术的看法，他认为云计算技术是一种利用网络技术作为技术支持，从而为用户提供计算机服务的技术。随着计算机的广泛应用，云计算技术的不断发展，人们对于云计算技术的定义将会有更深入的认识。

单纯从云计算这个名字来看，云计算不仅是一项网络技术的代名词，它更意味着多种计算机技术的结合，其目的在于计算机基础的交付使用。从技术层面来看，云技术的实现主要受两方面因素的制约，其一是计算机载体的数据信息存储能力，其二是计算机的计算能力。“云”主要是由存储云与计算云两个方面的含义。云计算发展的势头很猛，目前已经引起了各个行业的关注和兴趣，各个相关行业屡出奇招，不断促进和推动着云计算技术的发展。

2 云计算技术的基本框架构成

云计算技术的实用性强，拥有很大的应用价值，这种技术除了具备基本的扩展、计算功能外，还含有很多其他的隐性价值。以互联网、网络服务、网络使用量为基础是它的特点；以虚拟化的网络技术、网络计算机存储、网络计算等为技术核心，不仅能够为用户提供网络支付服务，而且可以根据用户的需要提供扩展服务。云计算由三个部分构成其基本框架：基础设施设备、应用程序、应用平台。他们分别从互联网资源的存储、资源的提供、资源的共享为用户提供服务。

2.1 基础设施设备

云计算技术在大学生计算机应用大赛中的作用主要是为参赛者提供平台，这个平台可以供参赛者和评委进行互动，参赛者通过该平台提交含有代码的参赛作品，同时可以方便的和评委在平台内交流，便于评委对学生参赛作品的分析和评审。这一平台是依靠计算机硬件服务群来实现的，资源存储在资源池组合服务器之中，按照平台的存储空间和虚拟平台等可以讲它分为不同的等级。不同等级的云计算技术设备可以实现不同的资源共享、资源分析、资源评价等布骤。

2.2 应用程序

云计算应用程序不是固定的，它根据不同的需要，在大学生计算机应用大赛时，由参赛组队提前进行应用部署，参赛组队根据整体的实际情况开展应用程序的调试工作，以期最大限度的满足不同组队、不同参赛选手对实现其作品需要的技术支持。

2.3 服务平台

服务平台最为主要的作用是为用户提供虚拟化的技术，这种技术是用户体验系统操作和其他服务的基础。虚拟化的技术为用户提供技术支持是在IOS和Linux模板的基础上实现的，其次，服务平台也为云计算技术提供其他七大开发平台，包括有：Window Template、Linux&Unix Template、Apple OS Template、Android、Apple IOS、Windows Phone、J2ME、MTK、Blackberry、Symbian。

3 云计算技术在大学生计算机应用大赛中的应用

云计算技术在大学生计算机应用大赛中的使用主要是为大赛提供计算机资源。由于大学生计算机应用大赛是全国性的，来自全国各地的选手均可公平竞争，所以计算机大赛的规模相对来说会比较大，云计算技术为选手提供平台递交作品，替评委提供平台考核作品。比赛结束后，参赛者还可以利用这一平台快速登录系统，随时随地浏览网页，了解大赛章程和结果。

云计算技术之所以能在大学生计算机应用大赛中得到重视和广泛应用，主要是因为网络安全技术以及负载均衡技术使得云计算技术运行畅通，从而为大赛提供了运行流畅的云平台，访问者访问进入速度更加快捷，这在一定程度上保证了系统的安全性和可靠性。同时，即使是云计算技术在负荷量和均衡度上有什么问题也可以快速得以解决。无论在何种状况下，计算机技术的使用首先要考虑的就是使用安全性，因此在云计算技术的使用过程中，要从数据的安全性、网络连接的安全性、虚拟技术的安全性等多个方面去考虑，务必用最佳的方式使用云技术，保证大赛得以顺利进行。在云技术安全因素方面，重点是数据的安全，无论大赛运用哪一种云计算模式，为了大赛的公平公正，为了保障每一位参赛者的权益，大赛需要将参赛选手提交的数据进行保留备份，即使数据遭恶意破坏或是意外损失，也能够在很短的时间内得以恢复，不影响大局。

一般情况下，大学生计算机应用大赛在赛事开始，主办方会通知参赛选手提出云平台的使用需求，参赛者根据自己的需要，可以提出使用资源的时间期限，这个期限从半小时到一年不等。云平台一共提供七个开发平台可供选择，参赛选手只需要付费就可以自主使用，享受多元化的资源服务。云平台不仅可供用户共享网络资源、备份多种开发手段、进行多种版本的数据备份等，同时还可以在网上进行快照的建立和维护工作，让团队协作更加默契，合作效率大步提升，最终获得更大的团队效益和经济利益。

4 结束语

总而言之，云计算技术在大学生计算机应用大赛中的应用是不可或缺的，这种技术是实现参赛者跨地区参赛交稿、评委跨地区评审、学生评委跨时空交流互动的基础，它为大赛节约了时间、节省了预算，同时还保证了参赛选手作品的安全性和赛事的公平、公正。随着云计算技术自身的不断发展和完善、随着计算机应用的普及，将来云计算技术的发展前景将是一片光明。

参考文献：

[1]杜煜，许菁菁，刘振恒.云计算技术在大学生计算机应用大赛中的应用[J].计算机科学，2012（z1）：104-106.

[2]许菁菁，杜煜，张冰峰.大学生计算机应用大赛服务及评审系统的设计与实现[J].计算机科学，2012（z1）：107-109.

云计算基础技术例5

云计算诞生于二零零六年，二零零八年云计算得到大面积推广，云计算的诞生立即引起全球信息行业的广泛关注，云计算的出现给IT行业发展带来了新的改革浪潮，云计算的特征是：按需服务、共享资源、按需付费、网络面广。云计算作为二十一世纪新兴的技术，彻底改变了传统软件工程。云计算现如今已经被应用到了各个领域。云计算的核心技术有海量数据存储与计算、虚拟化技术、分布式存储技术、并行编程模式技术。云计算实现了将庞大数据拆分成若干子程序进行分布处理，处理后发送给服务器群计算，最后将分析处理结果统一融合后回传给用户。狭义上来说云计算是通过计算机和各类用户终端实现信息交互和应用。广义上讲云计算是一种强大的网络服务模式。云计算的虚拟化技术将一台计算机虚拟化成多台计算机，使资源利用率提高，从而降低成本。云计算的分布式计算技术，实现了根据使用需求情况分布资源。另外，云计算相比传统硬件平台相比，维护费用低廉，管理方便易操作，无需大量的资金支持。 

2 物联网概念 

物联网是互联网的重要组成部分，物联网是物物相联的互联网，物联网的基础仍然是互联网，物联网是以互联网为基础发展和延伸出来的网络。物联网最早提出于一九九零年。一九九一年麻省理工学院开始对物联网进行研究，一九九九年麻省理工学院对物联网做了实验。物联网底层数据的感知是物联网技术的基础，在物联网感知层中，呈现出的特点是数据量大、种类多。物联网感知采用了信息后，通过传输层实现数据与传递。物联网按照功能分为三层：应用服务层、网络传输层、感知控制层。物联网应用十分广泛，现如今几乎已经渗入到人类生活的各个方面。例如：智能交通、智能家居、资源管理、科研实验、医疗领域、军事领域。物联网的发展和推广受到了国家的重视。但就目前来看，物联网技术不论是技术上，还是理论上仍然处于发展阶段，距离物联网普及和大面积应用仍然有着一定的距离。 

3 基于云计算的物联网系统架构 

从物联网技术的特征来看，未来物联网技术更新和改革离不开对云计算的应用，云计算的优势是物联网技术所需要的，物联网的推广和应用必然不能缺少云计算，物联网数据产生和收集过程具有实时性和不间断性，处理时间的延迟必然会导致数据量的扩大。但由于数据量大、节点有限、存储点等技术限制，必然影响物联网性能。云计算的分布式技术，便可很好的解决这些问题，使物联网实现有效的控制多源、多位置的不同数据处理。云计算和物联网的融合，使物联网获得了强大的计算能力和存储能力，云计算搭建了一个辅助物联网的平台。 

基于云计算的物联网系统架构主要包括了三个层次：物联网中间件层、物联网基础设施层、物联网应用层。这三层相互协调融合构成了物联网系统，向人们提供服务。 

3.1 物联网应用层 

物联网应用层是整个物联网系统架构的核心内容，应用层通过应用管理中提供管理工具，其中包括：用户管理、资源管理、安全管理、影像管理。每一个管理工具能够为用户提供不同的服务，用户管理包括：用户账户管理、计费管理等等。安全管理包括：用户身份验证、用户资料保护等等。资源管理包括：资源恢复、故障检测等等。影像管理包括：应用生命周期管理、影像部署等等。 

3.2 物联网中间件 

物联网中间件层是整个物联网的连接媒介，包含着整个物联网的所有中间件产品。所包括的功能有：感应设备管理、智能终端接入等等，除此之外，还具有面向服务的物联网应用的功能。 

3.3 物联网基础设施层 

云计算基础技术例6

历史上曾发生过三次技术革命，分别是十八世纪中叶的工业革命、十九世纪的电力革命和二十世纪至今的信息技术革命。每一次技术革命都促进了生产力的大幅度提高，尤其是信息技术革命期间，计算机和互联网的发展，极大地提高了生产力，甚至从许多方面改变了人们的生活和工作方式，人们也因此步入了信息时代。物联网、电子商务、ERP等新的互联网技术的发展为企业运营管理带来便利的同时，也产生了大量结构化的非格式化的数据。如何通过数据挖掘，从海量数据和大数据中获得有用的信息，为用户提供更好的用户体验，从而增强企业的竞争力，这对企业来说是一个巨大的挑战，同时又是一个难得的机遇。

随着信息时代的来临，企业为解决大数据难题，在传统的网格计算等计算技术的基础上，开发出了云计算技术。云计算是被改进了的分布式计算技术的一种，它能够以极低的成本高效处理海量数据，被越来越多的企业所关注和研究。数据处理是企业运营的一个重要内容，也是其关键部分。云计算技术凭借其众多优点和无限的发展潜力，必将继计算机和互联网之后，成为信息技术革命期间第三个深刻影响未来的发明。

1 云计算概述

云计算最早的定义是由Ramnath Chellappa教授于1997年在美国芝加哥召开的INFORMS（运筹学和管理学研究协会）会议上提出的，那时的云计算界限是由经济的合理性来决定的。后来云计算凭借其“高效率，低成本”的优越性，被许多IT企业所关注 ，并被越来越多地应用于商业领域，经过如亚马逊、Google、IBM、微软等众多大型IT企业近两年的研究实践，云计算技术的商业特性得到了前所未有的开发。云计算从单纯的一种架构技术，发展成为一种服务，甚至是一种资源。

1.1概念

云计算是一种计算服务的交付和使用模式，它通过网络架构、分布式计算、虚拟化等技术将若干计算机硬件个体连接成为一个巨大的计算资源池，也就是所谓的“云”。

云计算也有广义的云计算和狭义的云计算。所谓狭义的云计算，是指基于IT基础设施交付和使用的一种服务。所谓广义的云计算，是指云计算作为一种服务被交付和使用，这种服务的范畴很广，可以是与IT、软件和互联网相关的，也可以是其他任意领域的服务。但是不论是狭义的云计算还是广义的云计算，他们的共同特点是易扩展，而且是按需分配和收费。

可以说，云计算既是一项技术，也是一种服务。本文是将云计算作为一种服务来解读的。

1.2发展过程

Google成立之初并没有充足的资金购买大量的服务器，他们的创始人布林和佩奇就通过购买被淘汰的主板、过期的CPU、便宜的小容量硬盘和廉价的电源等最便宜的器件自己搭建服务器，并通过自己设计的一套新型运算方法将这些独立的服务器连接起来，实现了高性能运算，这就是“云计算”的雏形。

在WEB2.0时代，个人电脑和互联网得到了前所未有的普及，人们也从单纯的信息消费者成为了信息的生产者，信息的数量出现了爆炸性的增长，如何以高性价比的方式存储和处理数据成为一个被大家热议的话题。2005年，Apache基金会开发出了一个类似于Google的开源的云计算架构的Hadoop基础架构，许多IT企业基于这个架构开发出了自己的云计算架构，并出租他们的云计算服务，极大地促进了云计算技术的推广和发展，也为许多中小型企业提供了成本极低而功能强大的计算平台。

1.3原理

以Google云计算为例，云计算架构主要由以下几个部分构成：Google文件系统GFS，并行编程模式MapReduce，分布式锁服务Chubby，分布式结构化数据表Bigtable，分布式存储系统Megastore以及大规模分布式系统的监控基础架构Dapper。Google将海量数据分成若干块分布存储在GFS上，然后通过MapReduce技术高效处理这些数据然后生成结构化文件存储在Bigtable上。

也就是说，要实现云计算必须要有一个分布式文件系统，然后通过MapReduce这种处理海量数据的并行编程模式将文件系统上的海量数据进行处理，并将结果存储到另外一个结构化数据库中，从而实现高效的信息处理。

1.4应用形式

从功能方面来讲，云计算的应用形式有三种，它们分别是：基础设施即服务Iaas（Infrastructure as a Service）、平台即服务Paas（Platform as a Service）以及将软件即服务Saas（Software as a service）。Iaas提供的服务是云计算架构中的各种硬件设施等基础资源，用户可以根据自己的需求任意部署和安装运行任意软件，同时管理和控制底层的云基础设施。Paas为用户提供一个已经部署好的云计算基础架构，用户可以在这个既成架构上任意部署自己需要的应用程序，但不用自己管理和控制云基础设施。Saas为用户直接提供已经安装在云基础设施上的应用程序，用户不用自己管理云基础设施和上面的应用程序，只需通过客户端对云平台进行访问即可应用云基础设施上面的应用程序。

2 云计算在商业应用中的局限性

虽然云计算在商业应用领域有着独特的优越性，但其自身拥有的局限性是云计算技术进一步发展和普及的最大障碍。

2.1安全性

安全性是用户选择云计算时的首要考虑的因素，也是云计算实现可持续发展的关键。由于多个用户共享同一个云基础设施，这就必然造成用户对自身企业数据泄露的担忧，这也是许多大型企业对云计算技术始终保持观望态度的重要原因。

目前许多提供云计算服务的企业开发出了公有云、私有云和混合云等不同的云架构，其目的就在于为企业提供更多的选择，从而更好的避免数据泄露的风险。

云计算的安全性研究是今后云计算发展的一个重要课题，解决好云计算的安全性问题，必将推动云计算向更高水平发展。

2.2带宽限制

云计算的服务是通过互联网实现的，而云计算资源池中的海量数据也是通过互联网流动的，由此就容易发生服务中断、网络延迟等问题。企业如果要实现云计算的流畅运行和操作，多多少少都要改变企业自身的网络架构，而且需要更大的宽带带宽。然而企业并不是每时每刻都面临海量数据的挑战，改变自身网络架构和一次性部署大带宽对他们来说并不划算。因此要使云计算走进企业，解决网络接入和宽带带宽技术的问题也成为一项重要议题。

3 结束语

云计算技术具有“低成本，高效，环保”的独特商业特性，该特性不但能够被应用于商业领域，更能被拓展利用于科研、数据挖掘和人工智能等社会的各方各面，必将在今后对社会经济文化的发展产生深刻的影响。

【参考文献】

云计算基础技术例7

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2015）09-0000-00

物联网技术与云计算结合发展是未来的发展重点，同时也是主要的发展趋势。云计算能够为物联网技术提供强大信息资源，同时能够使物联网技术在不同的负载周期中获得发展资源，根据需求对资源进行动态选择。能够在高负载的时候动态扩展资源应用，在低负载的时候释放资源。这样就能够在一定程度上提升资源的利用效果。同时云计算能够使物联网技术中的资源储存细化为多种子任务，将子任务详细的分配到计算节点中，充分的进行资源调配与计算。对储存的资源进行统一的管理。

1 物联网技术

信息技术的发展使人们对于高端技术的认识更加的清晰，并且充分的应用到工作生活中，对于提升工作效率具有重要的影响。物联网技术的出现对于生活质量的提升发挥着重要的作用。为了能够进一步的发挥物联网的功能，要实现云计算与物联网技术的结合应用，利用云计算的优势功能，满足物联网技术的发展需求。云计算能够为物联网技术提供强大的计算功能与储备能力。在云计算的基础上物联网技术通过无线传感器对信息进行整理，同时将搜集到的信息传递到应用平台中，实现了资源的共享，并且对系统进行了全面的控制。物联网技术与云计算的结合应用实现了优势互补。在云计算的基础上建立物联网技术，实现两者的技术融合，产生的巨大优势将会满足经济发展需求。

物联网技术实现了传感器与互联网之间的有效衔接，因此物联网技术基础是智能传感器网络技术。物联网技术发展过程中传感器的创新能够有助于人们对于信息的搜集整理，并且通过网络实现信息的传递，将虚拟化的信息呈现到人们的需求中。使人们能够真实的感受到信息的应用效果。感知、传递、计算、应用是物联网运行的主要模式，这种运行模式在基础建立的过程中需求数量较多的节点，为物联网的运行提供较强的计算能力。科学技术的发展对于物联网技术的应用提出了更高的要求。节点是物联网传感器的主要构成，因此在对节点进行设计的时候要充分的考虑到应用场合的特殊性，实现节点微型化，降低功耗，使物联网传感器能够在不同的环境中充分的进行应用，保证物联网传感器具有较强的抗干扰性。

传感器网络体系结构主要由分层网络通信协议、传感器网络管理以及应用支撑技术三部分组成。针对传感器网络体系结构进行的认识，能够明确物联网传感器的具体情况，实现物联网技术与云计算的有效结合。在互联网与云计算共同影响下实现融合网络系统，保证信息中心能够正常的运转。物联网管理中心是服务基础设施的主要控制，对于识别物体，进行信息采集具有重要的作用 。物联网技术是行业专业技术整合的体现，为行业的发展提供智能化解决措施，实现经济的增长，保证信息资源的安全与共享。

2云计算基础下的物联网技术发展

2.1云计算和物联网的结合

云计算与物联网的结合应用主要是将信息数据进行充分的应用，提升企业的生产效率。云计算与物联网的共同应用能够在获取基础信息资源的同时，更多的了解到隐形信息。物联网技术利用云计算提升运行效率，保证存储更多的信息资源，满足用户不同的生产需求。云计算与物联网的结合将会对信息资源进行统一管理，集中对信息资源进行详细的分析，并且根据分析的结论进行总结，同时能够对生产组织体系进行调整，优化信息结构。在提升工作效率的同时降低生产成本。云计算与物联网技术都是将信息管理与应用作为重要的发展基础，对于生产方式进行不断的优化调整，实现智能化的网络发展，并且对生产过程进行有效的监控。将生产过程自动化调整，避免集中化误差的产生，保证精准化管理的实现。信息资源有效的融合，将会促进企业升级，完成组织结构的优化调整。云计算基础下的物联网技术将为企业构建辅助管理平台，保证企业管理模式的创新优化，推动信息技术的应用。

2.2物联网与云计算融合模式

（1）单中心多终端模式。此模式分布范围相对较小，物联网终端将云中心作为数据处理中心，终端系统所获取的信息数据均有云中心来进行存储与处理，同时云中心会提供统一的信息界面给用户进行操作。利用云计算强大的存储能力，实现了信息统一与分级管理，提高了信息数据管理的效率，大部分被应用到小区或者家庭监控，以及部分基础设施等。（2）多中心多终端模式。与单中心多终端模式不同，此种模式主要用于区域跨度大的企业，或者对于数据信息需要与所有终端用户共享的网络也可以选择用此模式。应用此种模式时，要求云中心包括公共云与私有云两种形式，并且两种形式之间不存在任何沟通障碍。在满足信息数据传输安全的情况下，实现多终端用户之间信息的共享与传输。（3）信息与应用分层处理模式。这种模式使用范围更加的广泛，对于处理大量的信息数据，并且保证安全性具有重要的作用，能够满足不同用户的需求。信息与应用分层处理模式实现了大量信息数据的传输，保证传输过程中的安全性。信息与应用分层处理模式对于计算功能的要求较高，不但要具有较大的信息存储能力同时还要具有高速的运算能力，云计算正好满足了这种模式的应用需求。

3结语

物联网技术广泛的应用于工作生活中，极大的促进了社会的发展进步，对于提升工作效率发挥着重大的作用。物联网技术的发展离不开计算机信息技术的创新，将物联网技术与云计算结合在一起，在云计算强大的计算储备能力的影响下，提升物联网数据的传输计算效率，对于经济社会水平的提升具有重要的现实影响意义。物联网技术实现了智能化管理，这是信息产业发展的重要体现。

参考文献

[1]刘秀.基于云计算的物联网技术探索[J].电脑知识与技术，2013，9，25.

[2]朱波，张琳.云计算下的物联网技术分析[J].信息通信，2015，1，15.

云计算基础技术例8

云计算技术从实现至今还没有一个统一的官方概念，不同的机构组织对于云计算技术有不同的看法，自然就有不同的定义。据相关调查资料显示，目前社会团体对云计算的定义大概有30种左右。比如美国给出的官方定义是：云计算技术是使计算机资源快速的整合部署，通过网络链接实现网络支付的模式，并且整个过程不需要过多的管理工作。这一定义主要是根据Gartner对云计算技术的看法，他认为云计算技术是一种利用网络技术作为技术支持，从而为用户提供计算机服务的技术。随着计算机的广泛应用，云计算技术的不断发展，人们对于云计算技术的定义将会有更深入的认识。

单纯从云计算这个名字来看，云计算不仅是一项网络技术的代名词，它更意味着多种计算机技术的结合，其目的在于计算机基础的交付使用。从技术层面来看，云技术的实现主要受两方面因素的制约，其一是计算机载体的数据信息存储能力，其二是计算机的计算能力。云主要是由存储云与计算云两个方面的含义。云计算发展的势头很猛，目前已经引起了各个行业的关注和兴趣，各个相关行业屡出奇招，不断促进和推动着云计算技术的发展。

2 云计算技术的基本框架构成

云计算技术的实用性强，拥有很大的应用价值，这种技术除了具备基本的扩展、计算功能外，还含有很多其他的隐性价值。以互联网、网络服务、网络使用量为基础是它的特点；以虚拟化的网络技术、网络计算机存储、网络计算等为技术核心，不仅能够为用户提供网络支付服务，而且可以根据用户的需要提供扩展服务。云计算由三个部分构成其基本框架：基础设施设备、应用程序、应用平台。他们分别从互联网资源的存储、资源的提供、资源的共享为用户提供服务。

2.1 基础设施设备

云计算技术在大学生计算机应用大赛中的作用主要是为参赛者提供平台，这个平台可以供参赛者和评委进行互动，参赛者通过该平台提交含有代码的参赛作品，同时可以方便的和评委在平台内交流，便于评委对学生参赛作品的分析和评审。这一平台是依靠计算机硬件服务群来实现的，资源存储在资源池组合服务器之中，按照平台的存储空间和虚拟平台等可以讲它分为不同的等级。不同等级的云计算技术设备可以实现不同的资源共享、资源分析、资源评价等布骤。

2.2 应用程序

云计算应用程序不是固定的，它根据不同的需要，在大学生计算机应用大赛时，由参赛组队提前进行应用部署，参赛组队根据整体的实际情况开展应用程序的调试工作，以期最大限度的满足不同组队、不同参赛选手对实现其作品需要的技术支持。

2.3 服务平台

服务平台最为主要的作用是为用户提供虚拟化的技术，这种技术是用户体验系统操作和其他服务的基础。虚拟化的技术为用户提供技术支持是在IOS和Linux模板的基础上实现的，其次，服务平台也为云计算技术提供其他七大开发平台，包括有：Window Template、LinuxUnix Template、Apple OS Template、Android、Apple IOS、Windows Phone、J2ME、MTK、Blackberry、Symbian。

3 云计算技术在大学生计算机应用大赛中的应用

云计算技术在大学生计算机应用大赛中的使用主要是为大赛提供计算机资源。由于大学生计算机应用大赛是全国性的，来自全国各地的选手均可公平竞争，所以计算机大赛的规模相对来说会比较大，云计算技术为选手提供平台递交作品，替评委提供平台考核作品。比赛结束后，参赛者还可以利用这一平台快速登录系统，随时随地浏览网页，了解大赛章程和结果。

云计算技术之所以能在大学生计算机应用大赛中得到重视和广泛应用，主要是因为网络安全技术以及负载均衡技术使得云计算技术运行畅通，从而为大赛提供了运行流畅的云平台，访问者访问进入速度更加快捷，这在一定程度上保证了系统的安全性和可靠性。同时，即使是云计算技术在负荷量和均衡度上有什么问题也可以快速得以解决。无论在何种状况下，计算机技术的使用首先要考虑的就是使用安全性，因此在云计算技术的使用过程中，要从数据的安全性、网络连接的安全性、虚拟技术的安全性等多个方面去考虑，务必用最佳的方式使用云技术，保证大赛得以顺利进行。在云技术安全因素方面，重点是数据的安全，无论大赛运用哪一种云计算模式，为了大赛的公平公正，为了保障每一位参赛者的权益，大赛需要将参赛选手提交的数据进行保留备份，即使数据遭恶意破坏或是意外损失，也能够在很短的时间内得以恢复，不影响大局。

云计算基础技术例9

1.研究背景

云计算[1]是网格计算、分布式计算、并行计算、效用计算、网络存储、虚拟化、负载均衡、等传统计算机技术和网络技术发展融合的产物。借助SaaS、PaaS、IaaS、MSP等先进的商业模式把这强大的计算能力分布到终端用户手中。云计算的核心思想[2]，是将大量用网络连接的计算资源统一管理和调度，构成一个计算资源池向用户按需服务。

随着云计算逐渐成为未来发展的趋势，得到了当前业界乃至全社会的关注，被广泛认为是新一代信息技术变革和业务应用模式变革的核心。作为IT基础设施、信息服务的交付和使用模式及基于互联网的新型计算模式，云计算使信息技术更加简单、易用，使知识普及成本大幅下降，使人们能够更好地获取和使用知识，能够更好地支撑工作、生活。云计算的出现是传统IT 领域和通信领域技术进步、需求推动和商业模式变化共同促进的结果，具有以网络为中心、以服务为提供方式、高扩展性和高可靠性以及资源使用虚拟化、透明化等重要特征。随着云计算技术及理念的深入应用，利用云计算强大的服务能力提供安全服务（即云安全）[3]越来越成为安全业界关注的重点，同时云计算技术及理念也对传统安全技术及应用产生了深远的影响。

2.云安全服务的关键技术

当前云计算在资源共享和分配上体现的是一个整体的独立系统， 是以固定数量的资源或既定的解决方案为用户提供服务， 其业务流程相对比较固定[4]。随着网络技术的发展， 以及基于服务架构（ServiceOriented Architecture， SOA） 思想的提出， 网络安全设备的共享和应用过程应该是基于服务而形成的， 对如何资源以及如何搜索资源开展了大量的工作， 但是如何实现资源和任务在接口、功能、流程、语义、服务质量等方面的智能匹配、寻租、动态组合等， 则缺乏有效的解决手段。正因为目前的安全云技术没有很好地解决网络安全设备的动态共享与智能分配、终端物理设备智能嵌入式接入等问题， 使其推广应用和发展受到了限制。

安全云涉及的关键技术大致可以分为： 模式、体系架构、标准和规范；云端化技术；云服务的综合管理技术；安全云业务管理模式与技术。

（1） 安全云模式、体系架构、相关标准及规范

主要是从系统的角度出发， 研究安全云平台的结构、组织与运行模式等方面的技术， 同时研究支持实施安全云的相关标准和规范。包括： 支持多用户的、商业运行的、面向服务的安全体系架构；安全云应用模式下设备的交互、共享、互操作模式；安全云平台的相关标准、协议、规范等， 如云服务接入标准、云服务描述规范、云服务访问协议等。

（2） 云端化技术

主要研究安全云服务提供端各类安全设备的嵌入式云终端封装、接入、调用等技术， 并研究安全服务请求端接入安全云平台、访问和调用安全云平台中服务的技术， 包括： 支持参与安全云的底层终端物理设备智能嵌入式接入技术、云计算互接入技术等；云终端设备服务定义封装、、虚拟化技术及相应工具的开发；云请求端接入和访问云制造平台技术，以及支持平台用户使用安全云平台的技术；物联网实现技术等。

（3） 云服务综合管理技术

主要研究和支持云服务运营商对云端服务进行接入、、组织与聚合、管理与调度等综合管理操作， 包括： 云提供端资源和服务的接入管理， 如统一接口定义与管理、认证管理等；高效、动态的云服务组建、聚合、存储方法；高效能、智能化安全云服务搜索与动态匹配技术；安全云任务动态构建与部署、分解、资源服务协同调度优化配置方法；安全云服务提供模式及推广， 云用户（包括云提供端和云请求端） 管理、授权机制等。

3.系统实现

本文的主要研究内容包括如何利用蓝盾网络安全云防护平台基于利用云计算平台，在蓝盾现有的综合网络安全设备和系统的基础上，实现统一威胁管理云服务、统一终端管理云服务、以及统一策略管理云服务，体现云计算环境在网络安全，特别是在外网防御方面的优势。同时，本文利用了基于同态hash（homomorphic hashing）的数据持有性证明方法、虚拟网络随动审计、基于通用的认证和密钥管理框架、可证明安全的高效认证密钥协商协议、自主可控的细粒度云数据共享访问控制等手段来保护用户的隐私和数据安全，消除用户对于云计算的疑虑，保障云平台的稳定运行。

蓝盾网络安全云防护平台架构包括有网络安全基础设施层IaaS （Security Infrastructure as a Service）、网络安全应用平台层PaaS （Security Platform as a Service），以及网络安全服务层SaaS （Security Software as a Service）。其中：

网络安全基础设施层IaaS提供基础的存储资源和计算资源，通过开源Xen云计算虚拟基础设施系统构造云基础设施层，实现硬件资源的虚拟化，并且以虚拟机为基础单位对资源进行分配、调度和管理等。Xen虚拟化了基础设施资源，实现了基础设施资源的网络化交付。

在IaaS的基础上，通过设计相应的服务接口，实现基础和共，构造网络安全应用平台层PaaS。PaaS基于开源的Hadoop云计算应用平台，分别提供HDFS分布式存储以及Map/Reduce并行计算的支持，为各个创新软件/服务的共性需求提供支持，包括海量数据存储和备份、海量安全信息的采集、分析和监控、协同防御的基本实现。

在PaaS的基础上，通过Web Service接口，以网络服务的形式提供各类直接面向应用的软件服务，包括云网站防护、云风险评估、云审计和云防火墙等等软件服务。

图1 蓝盾云安全平台架构

（1）网络安全基础设施层

网络安全基础设施层IaaS提供基础的存储资源和计算资源，通过Xen云计算虚拟基础设施系统构造云基础设施层，实现硬件资源的虚拟化，并且以虚拟机为基础单位对资源进行分配、调度和管理等。Xen虚拟化了基础设施资源，实现了基础设施资源的网络化交付。

Xen是云虚拟化基础设施平台，该云虚拟化基础设施平成对硬件资源的虚拟化以及提供统一的平台对资源进行管理和访问。在设备中引入虚拟化的概念，使得一个物理设备可以虚拟化为多个设备。同时各个虚拟设备之间的环境有严格的隔离；本项目支持用户在任意位置、使用各种终端获取应用服务。用户请求的资源来自“云”，而不是固定的有形的实体。应用在“云”中某处运行，用户无需了解应用运行的具置。只需要一台笔记本或者一个手机，就可以通过网络来实现安全云服务。

图2 Xen应用体系

Xen实现了下列主要功能：①硬件资源的虚拟化。通过对硬件资源进行虚拟化， Xen能够在不同的硬件环境中虚拟出一致的环境和平台，以简化软件的研发和管理。②硬件资源的多租户共享和服务的安全隔离。Xen通过虚拟化，对硬件资源进行分割、隔离和共享，可以实现单一硬件上的多组用户共享，提升硬件资源的利用率。同时，虚拟化过程形成的严格隔离区域，为各个服务提供安全的运行区域。③资源的池化集约式管理。Xen对把硬件资源虚拟化后，形成一个统一的大资源池。Xen集中管理和分配硬件资源，最大化资源的利用率。④实现了集约式产品研发模式。传统的烟囱式研发需要从硬件平台开始进行产品研发。在整合Xen平台后，产品研发可以直接从产品的应用模块开始，而无需在考虑软硬件平台等问题。

（2）网络安全应用平台层

在网络安全应用平台层，通过Hadoop平台，为网络安全服务层提供多种共，例如网站安全云防护、云防火墙、云安全风险评估，云安全策略管理，云安全协同防御，云安全流量管理等。

4.结论

本文主要探索了云安全服务所需要的关键技术，在蓝盾现有的综合网络安全设备和系统的基础上，设计了三层云安全服务架构，实现统一威胁管理云服务、统一终端管理云服务、以及统一策略管理云服务，体现云计算环境在网络安全，特别是在外网防御方面的优势。

参考文献：

[1] 陈全，邓倩妮. 云计算及其关键技术[J].计算机应用，2009， 29（9）： 2562 -2567

云计算基础技术例10

中图分类号：TP393.1 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 08-0000-01

云计算技术是一种分布式计算技术，该技术可以将常规的局域网数据处理工作转移到在网络中部署的分布式计算机中，集中优势资源对应用数据进行集中处理或存储，这样不仅降低了局域网终端的硬件部署需求，还进一步提升了局域网资源的利用率，降低了局域网的维护成本。

一、云计算特点和优势分析

实际应用中，不同用户对云计算技术的应用需求不尽相同，按照侧重点不同可以将云计算平台分为三类，分别为虚拟化技术、基础软硬件设施共享以及云计算平台网络服务。但是无论云计算的应用目的是什么，其都具有云计算所具有的三个特点。

（一）统一的底层平台实现。云计算可以为用户提供统一的操作平台并向用户开放通信接口，这就降低了用户的接入门槛，不必要对云工作的原理进行了解和掌握即可完成相应的工作。

（二）云平台灵活可调节。云计算中的一个关键技术就是虚拟化技术，利用该技术局域网用户可以根据自己的使用需求获得相应的云空间和操作权限，且单用户的平台需求可以根据实际需求进行适当调节。

（三）云平台具有超强的计算能力。由于云平台使用了分布式计算机对用户数据进行集中处理，因而局域网用户可以通过高性能计算机获得更快更便捷的计算服务，且该服务的获得不受终端设备性能制约。

鉴于云计算具有上述特点，故在局域网中使用云计算技术进行网络部署和应用时可以获得传统的局域网部署和应用所无法获得使用体验和使用优势。具体来说，（1）云计算可以向局域网用户提供数据集中存储服务，这就大大降低了数据泄露的可能性和用户存储成本，提升了网络数据的安全性；（2）云计算可以提供更快的事件反应速度，依托云计算的高性能的数据处理服务，用户所需的服务时间得到了很大程度的减少；（3）软件安全性能的提升，基于云计算技术构建的局域网将软件服务转移到云端进行，依托云端的安全技术可以为局域网用户构建更加安全有效的工作环境。

二、基于云计算技术的局域网架构与实现

云计算技术下的局域网架构主要分为四层，分别为基础硬件层、基础管理层、应用接口层以及应用层

（一）基础硬件层。基础硬件层用于向局域网用户提供基础硬件支持，不仅包括多种存储设备，还包括多种高性能数据处理设备。虽然这些设备在局域网中处于不同区域，但是可以通过统一的云计算管理系统进行整合和统一，消除了传统的物理机空间上的限制。

（二）基础管理层。本层是云计算局域网实现的核心部分，应用到的云计算相关技术也最多。利用本层中所使用的计算机集群技术、分布式文件管理系统以及网格计算等技术可以快速便捷的完成各设备之间的初始化工作，且在各设备之间建立起适当的协同关系，让其组成统一的整体对外提供服务和支持，实现高效数据处理和存储等功能。由于基础管理层对基于云计算的局域网建设具有重要支撑作用，故在该层的建设中必须采取适当的安全防护策略。

（三）应用接口层。本层用于向应用层与服务层之间的数据通信提供开发环境和开发接口，具有较高的灵活性。按照该层规范编写的应用程序可以在用户和云计算平台之间建立起一条稳定持续的数据传输通道。

（四）访问层。该层主要面向对象为局域网用户，局域网内经过授权的合法用户可以使用访问层中开放的登陆接口进入云计算平台，并在平台中获得相应权限的操作、空间以及资源配置权限等。

三、局域网内的云计算关键技术

（一）数据存储技术。云计算系统可以为多用户提供并行服务，因此云计算中的数据存储技术必须在保证数据存储有效性的同时向用户提供高性能、高传输率的数据存储于传输服务。当前云数据存储技术主要有GFS技术、HDFS技术等，这两种技术均可以实现对数据信息进行分布式存储，且采用冗余等技术来保证数据的可靠性。

（二）虚拟化技术。虚拟化技术是云计算中的核心技术之一，能够对局域网内的资源进行高效整合与利用。

其中，服务器虚拟化技术可以将单一的硬件资源划分为多个虚拟硬件资源，且保证每个虚拟操作系统之间相互独立，这样就极大的提升了局域网服务器的使用效率，更加便于进行快速网络部署、故障恢复以及统一管理等内容。

存储虚拟化技术可以对整个局域网内的存储资源进行统一调度和管理，用户可支配的存储空间不再受硬件终端的限制，而是根据用户需求变为动态可调整的。在该部分技术中用户还可以使用安全认证技术、数据加密技术等提高数据的安全性。

应用虚拟化技术可以将硬件和软件进行剥离和抽象，使得应用程序的运行不再受系统和底层硬件的制约，该技术极大的提升了应用软件的兼容性能。

桌面虚拟化技术可以按照用户要求为用户提供独立的、可恢复的桌面环境，用户可以在局域网环境下利用不同终端对个人桌面环境进行访问和操作。该技术可以降低用户局域网接入成本，提升用户在局域网中的灵活性。

（三）其他关键技术。局域网中可应用的云计算技术还有数据管理技术、安全技术、业务接口技术、分布式编程与计算技术等。这些技术均可以在云计算平台内利用分布式计算机的高效性和可靠性为局域网用户提供可靠、大容量、高速率的数据服务。如数据管理技术可以为局域网用户提供大数据处理功能的支持；安全技术可以利用云计算平台的集约性和专业性对用户数据提供数据备份、隐私保护、安全防护等功能；业务接口技术可以支持用户在不同局域网内进行数据迁移；分布式编程与计算技术可以让用户在权限范围内进行自主编程以实现其特殊使用需求等。

四、总结

云计算技术可以为网络用户提供快速高性能数据和应用服务，随着局域网用户需求的不断发展以及个性化需求的逐渐变更，在局域网中应用云计算技术必然会成为一种主流趋势。

参考文献：

[1]彭石红.浅谈云计算的关键技术[J].广东教育：职教，2011，10.