1.概述
近年來，隨著計算機技術的高速發(fā)展，在諸多研究者的努力之下，已經(jīng)誕生了許多新技術，云計算技術就是一種新型的計算機技術。目前，作為計算機界研究和應用最為熱門的技術之一，云計算將許多熱門的、先進的信息技術及其應用大眾化，便于人們理解，人們通常對使用云技術或者云裳的服務時，類似于使用家里的水電氣一樣。云計算是一種基于并行處理、分布式處理和網(wǎng)格計算等技術發(fā)展起來的一種適應現(xiàn)代人們工作、生活和學習需要的新型計算模式，其能夠優(yōu)化計算機資源組合，創(chuàng)新了計算機提供的服務模式。在現(xiàn)代分布式應用系統(tǒng)開發(fā)過程中，引入云計算技術，可以大大的降低政企單位IT 開發(fā)實現(xiàn)和運行維護的成本，同時降低了能源消耗，有效的加快了信息化建設的進程，另外，互聯(lián)網(wǎng)技術和云計算技術的有機結合，也催生了信息服務產(chǎn)業(yè)的模式發(fā)生改變，云計算技術將互聯(lián)網(wǎng)技術、通信技術和傳統(tǒng)信息管理技術不斷的有機交融，高速驅動和促進了人們的需求和商業(yè)模式發(fā)生轉變。
作為計算機學科的新興技術之一，云計算已經(jīng)得到了人們的廣泛關注和研究，其架構技術就是諸多系統(tǒng)結構學者研究的方向和熱點，本文研究主要集中于云計算平臺底層基礎設施的構建和云平臺軟件系統(tǒng)構建兩個層面。
2.云計算相關理論技術
2.1 云計算概念
云計算融合了虛擬化技術、網(wǎng)格技術和Web 服務技術，其能夠有效的組織互聯(lián)信息資源，滿足用戶的需求，是一種新興的網(wǎng)絡資源組織結構。云計算作為一種新興的計算架構和應用模式，具有很多優(yōu)勢，主要包括高可靠性、超大規(guī)模及其可擴展性和信息服務的便捷性和通用性。
2.1.1 超大規(guī)模及其可擴展性。“云”具有漫無邊際、超大規(guī)模的自然特征，“云計算”雖然是一種計算技術，但是其同樣具有上述特性，能夠利用網(wǎng)絡資源，構建超大規(guī)模的基礎設施、信息基地、信息服務等為用戶服務，云計算能夠將這些用戶終端或者服務設施擴展到大規(guī)模的集群上，實現(xiàn)無縫對接，可以同時處理數(shù)量級規(guī)模的節(jié)點請求，因此，對用戶來講，“云”的規(guī)模可以實現(xiàn)動態(tài)伸縮，以便滿足用戶不同時期不同大小的需求，具有極強的可擴展性。
2.1.2 高可靠性。虛擬化技術、分布式計算技術和網(wǎng)格計算技術日趨成熟，并且應在許多領域得到了廣泛的應用，因此，這些實現(xiàn)云計算的基本技術保障了云計算的可靠性；在安全方面，云計算技術使用的大量的不同的服務器計算節(jié)點可以采用同構互換技術，具有極好的容錯容災能力，能夠確保數(shù)據(jù)的安全性、完整性，進而確保了用戶使用的可靠性。
2.1.3 信息服務的通用性和便捷性。云計算誕生以后，用戶可以隨時隨地享受云計算帶來的優(yōu)勢，不會受到時空限制，用戶在享受云平臺的服務時，用戶只需要擁有通過Internet 或者通過收費或者免費獲取的訪問驗證信息即可使用云服務，也不會受到訪問平臺和系統(tǒng)的制約。
2.2 云計算核心技術
作為一種高性能的服務計算模式，其涉及了許多先進的計算機技術，其核心技術主要包括數(shù)據(jù)存儲技術、數(shù)據(jù)管理技術、大規(guī)模服務器串聯(lián)技術和分布式的并行編程模型等四種。
2.2.1 云數(shù)據(jù)存儲技術。云計算平臺承載的用戶規(guī)模數(shù)量級上升，因此，為了滿足海量用戶的需求，云數(shù)據(jù)雖然存儲在不同的節(jié)點上，但是為了滿足這么大規(guī)模的用戶訪問，需要保證存儲器的容量，并且提供高吞吐率和高傳輸率等訪問性能。基于云計算的Google 平臺采用了GFS 文件系統(tǒng)，其串聯(lián)了數(shù)以萬計的普通硬盤，可以按照GB 級的數(shù)據(jù)處理度量。
2.2.2 云數(shù)據(jù)管理技術。云數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是專門管理分布式數(shù)據(jù)庫中存放的數(shù)據(jù)的，其用來處理PB 級的結構化數(shù)據(jù)，云數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)可以有效實現(xiàn)用戶訪問的透明性，對于用戶來講，其訪問數(shù)據(jù)就猶如在一個終端上。
2.2.3 數(shù)據(jù)中心服務器串聯(lián)技術。云計算數(shù)據(jù)中心能夠串聯(lián)龐大的、海量的數(shù)據(jù)服務器集群，串聯(lián)技術包括集群的部署、服務器的串聯(lián)方式、動態(tài)數(shù)據(jù)遷移和數(shù)據(jù)快照等。
2.2.4 云編程模型。云編程模型可以為云數(shù)據(jù)提供訪問模型，為用戶提供編程接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行訪問和存儲等功能，Google 云數(shù)據(jù)采用的云編程模型的核心技術是MapReduce，該技術也是目前被廣泛應用于云計算的編程模型。
3.云計算架構模式研究
3.1 云計算架構模式概述
云計算作為一個具有高可靠性、高并行性、分布性的計算和服務模式，其架構一直受到諸多學者的關注和研究。雷萬云等人認為云計算的體系架構包括六層，其能夠由各種服務器節(jié)點、終端用戶節(jié)點等共同組成，并且能夠利用邏輯編程語言實現(xiàn)接口模式，以便供用戶使用；Youself等人認為，云計算架構是一種棧結構，由軟硬件構成的固件、云平臺系統(tǒng)共同構成；王鵬等人認為云計算是一種基于不可信節(jié)點的計算架構，并且給出了從構成云計算平臺的底層硬件到表層應用的9 層模型；JohnW.Ritting-house 等人提出了通信即服務、技術設施即服務、檢測即服務、平臺即服務和軟件即服務的系統(tǒng)架構；總的來說云計算應該由實體部分即基礎設施和軟件部分即計算系統(tǒng)構成。
3.2 云計算硬件基礎設計架構
云計算硬件基礎架構是云計算的承載實體，是構建云計算平臺的必備硬件，其架構主要包括三個組成部分：服務器集群、海量存儲設備和高速的網(wǎng)絡帶寬鏈路。
3.2.1 服務器集群。云計算最明顯的特征就是串聯(lián)了海量的服務器設備，因此，作為實現(xiàn)云計算的基礎，需要解決大規(guī)模服務器串聯(lián)的問題，比如串聯(lián)服務器需要散熱問題，云計算數(shù)據(jù)中心采用了“貨柜式”的放置方法，其能夠將大量的服務器集群整體擺放在一個類似于大貨車的集裝箱里面。為了能夠有效的實現(xiàn)云計算平臺的功能，這些規(guī)模龐大的服務器集群需要采用可伸縮性強、規(guī)模大、數(shù)據(jù)重復性和容錯功能強、平衡負載能力強的串聯(lián)技術。目前，許多云計算數(shù)據(jù)中心采用護衛(wèi)備份的方法，以便有效的維護服務器集群間的平衡，將計算工作映射均分到各個服務器集群上去。
3.2.2 海量存儲空間設備。云計算作為基礎設施既是服務（Laas）的承載實體，其需要為海量用戶提供高性能的計算服務，同時必須能夠存儲海量數(shù)據(jù)，以便滿足用戶對不斷增強的數(shù)據(jù)信息存儲的需求，目前，Google 公司在全球擁有36 個大規(guī)模數(shù)據(jù)中心，其可以為用戶提供115.2萬兆字節(jié)的內(nèi)容供世界各地的用戶使用，通過GFS 和BigTable 數(shù)據(jù)管理軟件管理海量數(shù)據(jù)。
3.2.3 高速網(wǎng)絡帶寬。云計算是一種基于互聯(lián)網(wǎng)技術的計算服務模式，分布在世界各處的服務器群和超大規(guī)模的存儲器需要進行訪問交互和存儲，其要求云計算數(shù)據(jù)中心的服務器之間必須使用高帶寬的網(wǎng)絡實現(xiàn)互聯(lián)互通，客戶端也需要擁有高速的網(wǎng)絡和頻寬，以便滿足用戶的實時性、高速型需求。
3.3 云計算軟件系統(tǒng)平臺架構
云計算的硬件基礎是實現(xiàn)云計算服務的承載實體，為了更好的組織這些物理實體，必須設計相應的系統(tǒng)軟件，組織這些物理實體，以便更好的發(fā)揮物理實體的作用。
3.3.1 云文件系統(tǒng)層。為了更好的組織構成云基礎的硬件設施，云計算底層須有一個能夠控制這些硬件設施的文件系統(tǒng)層，以便能夠負責硬件的訪問存儲。目前，著名的Google 云計算平臺采用的文件系統(tǒng)就是GFS，開源的Hadoop 采用的文件系統(tǒng)為HDFS。
3.3.2 虛擬化層。云計算服務系統(tǒng)中，其最為關鍵的技術層既是虛擬化層，該層可以將獨立的服務器和軟件系統(tǒng)虛擬化為多個并行的可供操作的多個邏輯對象，這些對象對于每一個訪問的用戶來講，都是透明的，訪問時沒有任何感知，虛擬化技術將應用程序和底層的物理硬件資源實現(xiàn)了邏輯獨立，解除了捆綁，使得系統(tǒng)能夠適應各種應用程序，而與底層物理設備不再具有相關性，目前被各大云計算平臺廣泛采用的虛擬化軟件是XCP。
3.3.3 計算模型層。云計算平臺的一個非常關鍵的指標是計算力。為了提供給用戶更好的感知度，比如高可靠性、高速度性等依賴的計算力，云計算服務平臺必須提供一個簡單的、便捷的計算模型，該計算模型屬于并行計算的范疇，由于云計算數(shù)據(jù)中心比較密集，因此云計算模型不會存在MPI 導致的節(jié)點失效的問題，目前，廣泛應用于云計算平臺的計算模型為MapReduce模型。
3.3.4 數(shù)據(jù)庫管理層。云計算平臺處理的數(shù)據(jù)具有規(guī)模大、分布廣的特點，因此，為了更好的組織用戶訪問的數(shù)據(jù)，需要數(shù)據(jù)庫管理服務器專門處理數(shù)據(jù)，這樣才能夠滿足用戶高速的存取數(shù)據(jù)，比如在海量數(shù)據(jù)中查找需要的數(shù)據(jù)，目前，Google 云計算平臺采用的數(shù)據(jù)管理工具分別是BigTable。
3.3.5 用戶應用與開發(fā)層。云計算的應用平臺開發(fā)和設計的目的是為用戶提供高質量、高性能的數(shù)據(jù)信息業(yè)務，這些業(yè)務可以供用戶、企業(yè)等做出正確的決策，因此，用戶應用層是否擁有友好的、操作簡單的應用接口（界面）是非常關鍵的。
4.結束語
隨著互聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展，云計算是能夠滿足大規(guī)模用戶訪問數(shù)據(jù)的需求，隨著科技的發(fā)展，云計算的應用已經(jīng)涉獵學習、娛樂等人們的工作、生活的若干方面，具有非常廣闊的發(fā)展前景，云計算及其架構的模式研究也將越來越快，將會發(fā)展的更加迅速。
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本文標題：云計算及其架構技術研究
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