云计算技术综述

2012.39网络安全云计算技术综述修长虹梁建坤董鸿晔沈阳药科大学网络中心辽宁110016摘要：本文介绍了云计算的概念，剖析了云计算系统架构模型，分析了云计算的服务层次，并且对云计算技术发展作出展望。关键词：云计算；网格计算；虚拟化；Paas0前言随着多核处理器、虚拟化、分布式存储、宽带互联网和自动化管理等技术的发展以及信息化处理需求的增长云技术应时而生，云计算作为一种新兴的网络服务方式，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，通过网络利用云中的各种资源，实现IT基础设施的自动、按需使用，提高资源的利用率，降低成本。1云计算1.1云计算的概念云计算(CloudComputing)是网格计算(GridComputing)、分布式计算(DistributedComputing)、并行计算(ParallelComputing)、效用计算(UtilityComputing)、网络存储(NetworkStorageTechnologies)、虚拟化(Virtualization)、负载均衡(LoadBalance)等技术的发展，或者说是这些计算机科学概念的商业实现。是一种新兴的商业计算模型。它将计算任务分布在大量计算机构成的资源池上，使各种应用系统能够根据需要获取计算、存储空间和各种软件服务。提供资源的网络资源池被称为“云”。“云”中的资源在使用者看来是可以无限扩展的，并且可以随时获取，按需使用，按使用付费。狭义云计算是指IT基础设施的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需的资源；广义云计算是指服务的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需的服务。这种服务可以是IT和软件、互联网相关的任意其他的服务，它具有超大规模、虚拟化、可靠、安全等特点。1.2云计算系统架构模型云计算系统架构模型可分为3层：访问层、应用接口层和基础管理层。访问层包括个人空间服务、运营空间租赁；企事业单位数据备份、网站大容量在线存储等。应用接口层可以将云计算能力封装成一套标准的接口服务，包括网络接入、用户认证、权限管理；公用API接口、应用软件、webservice等。基础管理层负责对云计算的资源进行管理，采用合适的算法调度资源，提供高效的服务，包括集群系统、分布式文件系统、并行计算等。从云计算系统的架构模型，可以看出：对于开发一个云计算系统，必须掌握以下几点技术：高可靠的系统集群技术，并行计算技术，分布式文件系统，终端开发技术等。支撑云计算系统运行的是集群系统，由多台同构或异构的计算机连接起来协同完成特定的任务就构成了集群系统。在这样的工作环境下就构成了计算的分布性，被解决的问题划分出的模块是相互关联的，若是其中一块算错了，那么必定会影响到其他模块，对于数据计算的准确性就要依赖集群系统了。云计算系统核心技术：并行计算。并行计算是指同时使用多种计算资源解决计算问题的过程，是提高计算机系统计算速度和处理能力的一种有效手段。它的基本思想是用多个处理器来协同求解同一问题，即将被求解的问题分解成若干个部分，各部分均由一个独立的处理机来并行计算。并行计算系统既可以是专门设计的、含有多个处理器的超级计算机，也可以是以某种方式互连的若干台独立计算机构成的集群。通过并行计算集群完成数据的处理，再将处理的结果返回给用户。分布式文件系统的设计应满足透明性、并发控制、可伸缩性、容错以及安全需求等。客户端对于文件的读写不应该作者简介：修长虹(1971-)，男，高级工程师，研究方向：计算机网络。梁建坤(1974-)，男，副教授，研究方向：计算机网络。董鸿晔(1954-)，男，教授，研究方向：药学计算、数据挖掘、人工智能。2012.310网络安全影响其他客户端对同一个文件的读写。分布式文件系统需要做出复杂的交互，尽量保证文件服务在客户端或者服务端出现问题的时候能正常使用是非常重要的。分布式文件系统能提供备份恢复机制以保证了分布式处理的可靠性。作为一个云计算系统，是为需要的人提供服务和计算，而服务和计算都在“云”中，“云”对用户来说是个黑盒子，用户可以看作一个云网络虚拟出来的操作系统，不需要知道它的内部实现，只需要根据“云”内的各种服务来实现自己的业务，而业务的使用和展现都在终端。现阶段，通过浏览器几乎覆盖了所有的网络操作，浏览器现在已经成为了用户和“云”进行交互的主要工具，云计算系统通过浏览器向用户提供服务。随着云计算的发展，当云计算运用到为非浏览器终端提供服务时，会出现非浏览器终端。面对不同用户的需求，要开发不同的终端，提供更加高效的服务。1.3云计算服务层次SPI是最常见的云计算服务模式的缩写Saas：SoftwareasaService软件即服务Paas：Platformasaservice平台即服务Iaas：InfrastructureasaService基础设施即服务在云计算中，根据其服务集合所提供的服务类型，整个云计算服务集合被划分成4个层次：应用层、平台层、基础设施层和虚拟化层。这4个层次每一层都对应着一个子服务集合，下面所示为云计算服务层次。与大家熟悉的计算机网络体系结构中层次的划分不同。在计算机网络中每个层次都实现一定的功能，层与层之间有一定关联。而云计算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。(1)SaaS软件即服务(Software-as-a-service,SaaS)是云计算领域发展最成熟、应用最广泛的服务。它是一种通过互联网，为用户提供软件及应用程序的服务方式。由于基于SaaS的软件只有在用户需要时才被使用，SaaS也被称为“按需”软件。SaaS模式大大降低了软件，尤其是大型软件的使用成本，并且由于软件是托管在服务提供商服务器上，减少了客户的管理维护成本，可靠性也更高。对普通用户而言，他们主要面对的是SaaS这种服务模式，而且几乎所有的云计算服务最终的呈现形式都是SaaS。(2)PaaS平台即服务(Platform-as-a-Service,PaaS)是把计算环境、开发环境等平台作为一种服务提供的商业模式。云计算服务提供商可以将操作系统、应用开发环境等平台级产品通过Web以服务的方式提供给用户。通过PaaS服务，软件开发人员可以不购买服务器的情况下开发新的应用程序。(3)IaaS基础设施即服务(Infrastructure-as-a-Service,IaaS)是把数据中心、基础设施硬件资源通过Web分配给用户使用的商业模式。IaaS领域最引人注目的例子就是亚马逊公司的ElasticComputeCloud。值得一提的是，IaaS服务很好地实现了云计算按需付费的理念，通过“弹性云”用户可只在需要时才接入这些基础设施资源，并只为自己使用的部分。事实上，这三个领域的界线并不是想象的那么清晰，它们之间存在很多交叉。大多数云计算服务提供商也并不是只提供某一种服务。2云计算的目的、作用、特点2.1目的和作用它旨在通过网络把多个成本相对较低的计算实体整合成一个具有强大计算能力的系统，在此系统之上，对用户提供所需服务。云计算的核心理念就是通过不断提高“云”的处理能力，进而减少用户终端的处理负担，最终使用终端用户简化成一个单纯的输入输出设备，并能按需享受“云”的强大计算处理能力。云计算将所有的计算资源集中起来，并由云核心管理软件实现自动管理，无需人为参与。这使得应用用户更加专注于自己的业务，有利于创新和降低成本。2.2云计算的特点(1)超大规模“云”具有相当的规模，Google云计算已经拥有100多万台服务器，Amazon、IBM、微软、Yahoo等的“云”均拥有几十万台服务器。企业私有云一般拥有数百上千台服务器。“云”能赋予用户前所未有的计算能力。2012.311网络安全(2)虚拟化云计算支持用户在任意位置、使用各种终端获取应用服务。所请求的资源来自“云”，而不是固定的有形的实体。应用在“云”中某处运行，但实际上用户无需了解、也不用担心应用运行的具体位置。只需要一台笔记本或者一个手机，就可以通过网络服务来实现我们需要的一切，甚至包括超级计算这样的任务。(3)高可靠性“云”使用了数据多副本容错、计算节点同构可互换等措施来保障服务的高可靠性，使用云计算比使用本地计算机可靠。(4)通用性云计算不针对特定的应用，在“云”的支撑下可以构造出千变万化的应用，同一个“云”可以同时支撑不同的应用运行。(5)高可扩展性“云”的规模可以动态伸缩，满足应用和用户规模增长的需要。(6)按需服务“云”是一个庞大的资源池，按需购买；云可以像自来水，电，煤气那样计费。(7)使用成本低由于“云”的特殊容错措施可以采用极其廉价的节点来构成云，“云”的自动化集中式管理使大量企业无需负担日益高昂的数据中心管理成本，“云”的通用性使资源的利用率较之传统系统大幅提升，因此用户可以充分享受“云”的低成本优势，经常只要花费几百美元、几天时间就能完成以前需要数万美元、数月时间才能完成的任务。云计算可以彻底改变人们未来的生活，但同时也要重视环境问题，这样才能真正为人类进步做贡献，而不是简单的技术提升。(8)潜在的危险性云计算服务除了提供计算服务外，还必然提供了存储服务。但是云计算服务当前垄断在企业手中，而他们仅仅能够提供商业信用。对于政府机构、商业机构(特别像银行这样持有敏感数据的商业机构)对于选择云计算服务应保持足够的警惕。一旦商业用户大规模使用私人机构提供的云计算服务，无论其技术优势有多强，都不可避免地让这些私人机构以“数据(信息)”的重要性挟制整个社会。对于信息社会而言，“信息”是至关重要的。另一方面，云计算中的数据对于数据所有者以外的其他用户云计算用户是保密的，但是对于提供云计算的商业机构而言确实毫无秘密可言。所有这些潜在的危险，是商业机构和政府机构选择云计算服务、特别是国外机构提供的云计算服务时，不得不考虑的一个重要的前提。3云计算技术展望就云计算本身而言，它将很有可能彻底改变用户使用电脑的习惯，使用户从以桌面为核心使用各项应用转移到以Web为核心进行各种活动。而计算机也有可能退化成一个简单的终端，不用再像现在一样需要安装各种软件，同时为这些软件的配置和升级费心费神。未来的计算机可能仅仅用作网络连接以及使用云计算之上的各项服务。从短期来看，云计算所带来的各项变化对个人的影响还比较小，或许和从前的许多技术一样，云计算将首先给企业(尤其是中小企业)带来最为直接的变化：他们能够快速搭建自己想要的各种应用，而不用再为服务器资源而烦恼。而云计算最终能否普及至个人，恐怕还需看未来一段时间的发展。参考文献[1]吴朱华.云计算核心技术剖析.人民邮电出版社.2011.[2]刘鹏.云计算.电子工业出版社.2011.[3](美)davids.linthicum(著),马国耀(译).云计算与soa.人民邮电出版社.2011.CloudComputing:SurveyXiuChanghong,LiangJiankun,DongHongyeNetworkCenter,ShenyangPharmaceuticalUniversityNetworkCenter,Liaoning,110016,ChinaAbstract:Thispaperintroducestheconceptofcloudcomputing,cloudcomputingsystemarchitectureanalysismodel,analysisofthecloudcomputingservicelevels,andonthedevelopmentofcloudcomputingvision.Keywords:cloudcomputing;gridcomputing;Virtualization;Paas