【关键词】 云计算 分布式计算 网格计算 虚拟化 SOA
一、云计算的概念
自2006年8月谷歌CEO Eric Schmidt在搜索引擎战略大会上提出“云计算”一词，使之名声大噪，到今日，很多组织机构或个人都从自身角度对“云计算”的定义进行了阐述，但没有一个可以被各方统一接受认可的定义。（1）美国国家标准和技术研究院（NIST）：云计算作为一种模式，提供了便捷的，可随时通过网络访问配置计算资源（包括网络、服务器、存储、应用和服务）共享池的能力，这些资源能够快速部署，并只需要很少的管理工作或与服务供应商进行很少的交互。（2）维基百科（Wikipedia）：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，整个运行方式和电网类似。（3）美国加州大学伯克利分校（UC Berkeley）：云计算既指在互联网上以服务形式提供的应用，也指在数据中心里提供这些服务的硬件和软件。而这些数据中心里的硬件和软件则被称为云。
不难看出上述云计算概念的描述基本来自两个角度，即商业模式或技术模式。只是有人强调其“应用服务性”，有人则重视其“技术实现方式”。两者并无冲突。所以在大多数情况下，云计算可被视为一个划分范畴的定语，具体所指取决于其所处的语义环境。
二、云计算的核心技术
长久以来，云计算的追捧者们一直在强调云计算所造就的全新的商业模式――计算资源首次以服务的形式通过互联网自助方式销售给客户。然而，伴随“大用户”“大数据”、“大系统”等问题的出现，成就云计算背后的技术体系渐渐引起更多人的关注。
云计算融合了多种先进计算机技术理念，通过系统工程思想将各种技术不断重组来解决应用时的具体问题。故在云计算平台的技术实现中，会发现多种技术的影响，但如果我们只关注部分而忽略整体创新效应，则会出现“只见树木，不见森林”的情况，不仅有失偏颇，还会导致错误的认识[1]。
2.1 云计算与并行计算、分布式计算
并行计算（Parallel Computing）是指多个指令可以同时被执行的计算模式，通常运行在并行计算机之上。并行计算是所有高性能计算机和超级计算机实现的基础计算模式，它由串行计算演变而来，通过软硬件技术仿真自然世界中一个序列中含有众多同时发生的、复杂且相关事件的事物状态。并行计算的优势即为加快计算速度，为了达到这个目的，并行计算只可能是一个紧耦合的结构。由于并行计算的工作原理是将整体问题分割成为多个可被同时执行的指令，则其计算速度和可执行性都与其任务的分割方法密不可分，即在设计时，必须对相关任务进行良好的定义，制定具体的执行策略，对于定义之外的任务，系统将无法处理。这就使得并行计算模一旦定义完成之后，就只能处理定义类型的任务――计算能力强，但处理范围窄。
分布式计算（Distributed Computing）的思想与并行计算类似，但其是利用了更多的不在同一物理地址的计算资源来解决大规模的复杂计算问题，即将“大”问题分解成为多个可被同时处理的“小”问题，之后再将这些“小”问题交由通过网络连接起的多个不在同一物理地址的计算机执行。其中各个资源节点（物理的或逻辑的）既协同又独立，在统一的管理下动态地进行任务和功能分配，并行地运行分布的程序。相比之下，分布式计算模式则是一个松耦合的结构，在分布式计算中被分解后的小问题间相对独立，没有很强的相关性；而并行计算中被分解之后的各个小任务间是有很强的相关性的。
云计算在传统的分布式计算模式上有了一个跃升――计算资源虚拟化。它在硬件资源底层之上通过虚拟化技术使得物理上分布式的计算资源透明化，避免了硬件异构可能带来的隐患，并在逻辑上形成一个巨大的资源共享池。它不再像传统分布式计算的任务导向型，而在看似无限的资源共享池的基础上形成需求导向的特点。云计算的结构虽在本质上是大规模分布式计算，但由于其又融入了很多并行计算的思想和技术（类似MPP大规模并行处理），才使得云计算逐步加入到超级计算机的行列中去。
2.2 云计算与集群计算、网格计算
集群计算（Cluster Computing）通俗来讲就是多个计算机或服务器通过冗余互联成为一个对用户而言逻辑上单一的高可用性的系统。集群技术是一种相对较新的技术，通过集群技术，可以在付出较低成本的情况下获得在性能、可靠性、灵活性方面的相对较高的收益。
集群计算被广泛的用来进行低廉的并行计算。相比价格昂贵的中大型机，集群相对价格低廉可用性高，一般为同构，易于使用和维护，且采用集群可以有效实现负载均衡，极大的提高了其通信量和处理速度，成为实现超级计算机的技术之一。
网格计算（Grid Computing）从本质上讲也是一种分布式计算模式，通过网络将分散的闲置的计算机资源连接在一起，形成一个拥有超强性能的虚拟计算机，为用户提供功能强大的计算和存储能力，来处理特定的任务。[1]其工作方式也具有典型的分布式计算的特点：先将需要超强计算能力的问题分解为更小的问题，然后将已分解的各个小部分问题分发给多台计算机进行处理，最后再将这些计算机反馈回来的计算结果综合起来得出最后结论。网格计算的典例即是SETI@home.
由上述网格计算的定义中不难看出，网格计算是为了解决需要巨大计算力才能解决的问题而专门设立的。在网格计算中，使用者通常需要先基于某个网格的框架来构建自己的网格系统，如果一个新的应用程序想要使用网格系统，则在进行设计部署时，就要考虑网格的基本结构和其所提供的服务。应用开发者必须要知道如何把基础设施的各个部分组合在一起，考虑编程语言、系统环境、数据管理、任务的分发和结果的打包、安全性和可用性的管理等诸多内容。这也就意味着网格计算更多的是任务导向型的“专用”计算模式，这就造成了其应用于商业上的局限性。
云计算综合了集群与网格的优势。利用集群技术在逻辑上形成云网络中的单节点，而在物理层面通过集群技术有效的解决了单点失效（Single Point of Failure， SPoF）和负载均衡的问题，实现了云计算“弹性”“透明”的特点。利用网格计算的概念，云计算通过大规模分布式计算模式集中分散的闲置资源，形成巨大的计算资源共享池，同时不需要用户关注整个云系统资源的管理和整合，更多的体现 了其“通用性”。
2.3 云计算虚拟化
虚拟化技术（Virtualization）是云计算理念实现的核心基础，是将各种计算及存储资源充分整合和高效利用的关键技术。从虚拟化理念角度来讲，虚拟化是资源的逻辑表示，使它不受物理限制的约束。[3]从技术实现的角度来讲，虚拟化将计算机资源抽象出来，形成不同的“虚拟层”，向上提供与“真实的层”相同或类似的功能。虚拟化技术为一组“类似资源”提供一个通用的抽象接口集，由此隐藏了大量分布异构的底层资源各自属性和操作的差异性，使计算资源对上层应用透明，解除了上层应用与操作系统和硬件的紧耦合关系，并通过这个通用的接口实现通用统一的方式访问和维护计算资源。
虚拟化技术分类方式多种多样，例如按实现层次来划分，大抵有硬件虚拟化、操作系统虚拟化、应用程序虚拟化，但其实他们实现的功能是一样的，都是在一台设备上虚拟化出多个操作系统，以达到资源的最大利用化，只是它们在实现这一目标时所采用的虚拟化层不一样。所以虽然虚拟化技术的分类方式很多，却相对含糊，故在此不多赘述，只详细介绍从被应用的领域划分的实现云计算三层基础服务的虚拟化技术。
从本质上来讲，云计算提供的服务实际上都是虚拟化的服务。从虚拟化到云计算的过程，实现了跨系统的资源动态调度，将大量的计算资源组成计算资源共享池，用于动态创建高度虚拟化的资源供用户使用，从而最终实现应用程序、计算平台和硬件资源以服务的方式通过互联网提供给用户，以更加便捷和弹性的模式满足用户需求。
2.4 云计算与SOA
SOA（Service Oriented Architecture）是面向服务的体系结构的简称。通常我们所说的SOA是一套设计和开发软件的方法和原则，它将应用的不同模块（即服务单元）通过一些定义良好的接口和协议联接起来，使各类服务可以通过统一且通用的方式进行交互，形成整体服务平台或系统。从技术层面上来讲，SOA是一种组织和利用可能处于不同所有权范围控制下的分散功能的范式[3]，即给定一种标准接口和一个约束接口的服务协议，则任何应用满足该服务协议，即可通过给定的标准接口进行通信和交互，实现“相互独立”的对接。由于中立的接口定义，通过标准接口进行交互的功能模块各自相对独立，任何一方的功能发生变化，都不会影响整个系统的运行，其结构的松耦合性有效的实现了功能模块的复用性。同时随着业务应用的变化，SOA能够便捷、快速、低耗的开发和组装企业系统，并有效的解决在分布、异构的环境中数据、应用和系统集成的问题，大大提高了组织面对应对外界环境的敏捷性。
云计算是SOA思想在系统和硬件层面的延伸。SOA的使用，在本质上是一种用于交换系统与系统之间的消息的企业信息集成技术，它更关心如何使系统集成更有效率，在这方面它更类似于企业应用集成（Enterprise Application Integration，EAI）技术。不同的是EAI多是在事后打补丁，而SOA是事前预想的通用解决途径，它可以达成企业架构中系统接口的统一，节约资源，同时在将来可能发生集成时提高速度以及组织的敏捷性。而相对比，云计算的重点在于通过资源的重新组合，来满足不同的服务需求。在云计算平台中，借鉴SOA服务导向的思想，可以实现更大范围的“服务”的模块化、流程化和松耦合，即可通过通用接口的定义屏蔽底层硬件资源的区别，实现云平台的透明化。除此之外，还可以通过良好的接口定义实现数据交换的一致性，从而可以进行底层硬件资源和上层应用模块的自由调度，从而实现云计算的积木化。
参 考 文 献
[1] 姚宏宇，田溯宁. 云计算：大数据时代的系统工程[M]. 北京：电子工业出版社. 2013
关键词：云计算；体系架构；关键技术
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）33-0035-02
云计算相关概念早在1961年就有一定的思想雏形，人们预言计算资源可以发展为一种公共设施被人们使用，随后出现的效用计算、服务计算以及网格计算等技术，均是云计算的发展基础。就一般情况而言，云计算习惯利用计算机集群构成相应的数据中心，用户通过付费获得相应的服务，具体模式与用水、用电类似。云计算对于服务弹性具有一定的要求，还需综合考虑经济性、可用性、运行可靠性等内容。
1 云计算基本特征分析
云计算具体特征与其实际使用要求关系紧密，具体包含弹、资源池化、可计费服务、按需服务、泛在接入等。
1）弹特征分析
云计算相关服务可依据业务负载实际变化，自动完成相应的快速伸缩变化，具有良好的服务弹性。这种弹可有效增强用户使用与业务需求的一致性，从而避免因服务器性能冗余或过载，造成的资源浪费或服务质量下降问题。
2）资源池化特征分析
云计算所有资源均通过共享资源池模式进行管理，以保障管理的系统性和统一性。这种管理模式借助虚拟化技术，实现不同用户的资源分享，并保障资源的管理、放置以及分配对用户完全透明。
3）可计费服务特征分析
云计算可自动完成用户实际资源使用量的监控，并依据相应的收费标准，对用户使用的服务进行计费。
4）按需服务特征分析
云计算系统可依据用户的实际需求，完成资源的自动分配，以资源服务的形式，为不同用户提供基础设施、应用程序以及数据储存等资源。云计算相关服务不需要系统管理员进行干预。
5）泛在接入
云计算系统对于终端设备并无具体要求，在互联网条件允许情况下，用户可使用笔记本电脑、智能手机以及PC电脑等设备访问云计算服务。
2 云计算体系架构分析
云计算以一系列的服务集合为主要表现形式，从而满足弹性资源、按需服务的实际需求，结合当前云计算相关研究、应用分析，其体系架构主要分为三层，具体包括服务管理、核心服务以及用户访问接口三部分内容，如图1所示。核心服务层主要负责间应用程序、硬件基础设施以及软件运行环境抽象为可用性高、可靠性高且规模可伸缩的服务，以充分满足云计算的应用需求；服务管理层负责给予核心服务层相应的支持，以提高服务的安全性、可用性及可靠性；用户访问接口主要负责实现用户端到云的有效访问。
1）核心服务层
就一般情况而言，核心服务层具有三个子层，分别是平台即服务层（PaaS，platform as a service）、软件即服务层（SaaS，software as a service）、以及基础设施即服务层（IaaS，infrastructure as a service）。
基础设施即服务层主要负责提供硬件基础设施相关的部署服务，根据不同用户的实际需求，为其提供虚拟或实体的网络、储存、计算等相关资源。用户在实际使用基础设施即服务层过程中，需将基础设施相应的配置信息提交给IaaS层的提供商，同时包含基础设施运行的程序代码及其他数据。就基础设施即服务层而言，数据中心是基础，其优化及管理问题一向是该部分的研究重c。随着云计算研究不断深入，IaaS层应用了虚拟化技术，以进一步提高硬件资源分配的科学性，同时为用户提供规模可扩展、可靠性更高的优质服务。
平台即服务层是指应用程序的具体运行环境，主要负责相关管理服务及程序部署服务的提供。借助平台即服务层的开发语言和相应的软件工具，应用程序开发者通过上传具体数据和程序代码即可获得相应的服务，有效避免了底层操作系统、存储以及网络的管理问题。
软件即服务层是一种在云计算基础平台基础上，开发的应用程序，主要用于解决企业的信息化问题。企业主要通过租赁的形式实现该平台的使用，以GMail为例，企业并不需要对服务器相关的维护、管理问题分心，均有Google数据中心负责。
2）服务管理层
服务管理层主要负责保障核心服务层的安全性、可靠性、及可用性，具体分为安全管理和服务质量保障两部分内容。
云计算用户客观要求其实现高可用性、高可靠性，且成本低廉的个性化服务。但云计算本身结构复杂且规模庞大的系统平台，提高了这些要求实现的难度。因袭，云计算服务提供商常需围绕服务质量与用户进行有效的协商，并通过服务水平协议的形式，名列双方的服务需求，以控制双方需求的一致性。如提供商未能遵照协议提供相应质量的服务，用户可依据协议内容获得赔偿。
安全性也是用户重点关注的问题。采用资源集中式管理模式会导致云计算平台出现单点失效问题，即发生停电、地震等突发事故时，可能导致数据中心的数据丢失问题。因此，云计算平台还需加强个性化安全管理相关探索，利用隐私保护、数据隔离等技术，提高平台使用的安全性。
3）用户访问接口层
用户访问接口层是云计算平台实现泛在接入功能的基础，具体包含Web门户、Web服务以及命令行等形式。其中Web服务和命令行模式，既可作为应用程序的开发接口，又具备多种服务组合的能力。Web门户则是另一种访问接口形式，借助Web门户，云计算可实现用户桌面至互联网的迁移，完成这种迁移之后，用户可借助浏览器完成相关程序及数据的访问，不受时间和空间的影响，从而极大地提高用户的实际工作效率。随着云计算的发展，其计算接口逐渐趋向统一化标准发展，从而实现了不同企业间的无缝合作。
3 云计算关键技术
云计算平台的最终目标就是低成本条件下为用户提供可靠、安全、弹性的个性化服务。为全面满足不同用户的使用需求，云计算广泛应用了虚拟化技术、数据中心管理技术、QoS保障技术等关键技术。
3.1 基础设施即服务层关键技术分析
IaaS层是整合云计算平台的基础，承担着海量硬件资源提供、按需配置硬件资源以及个性化基础设施服务的重要职能。该层应用的关键技术，主要包含以下几点内容。
1）数据中心关键技术分析
数据中心作为云计算的绝对核心，其运行可靠性及资源规模，关乎于云计算服务的整体质量。该部分内容的技术应用要点主要分为两点，其一数据中心网络拓扑应满足成本经济性、运行可靠性要求，其二加强节能技术研究，以减少环境污染。
就现阶段云计算数据中心而言，通常由近万个计算节点组成，且随着云计算平台不断发展，节点数量有进一步上涨的趋势。在这种背景下，传统的树形网络拓扑结构具有较大的应用局限性，包括可靠性地、可扩展性差以及网络宽带有限等。为解决数据中心网络拓扑问题，相关研究人员相继提出了PortLand、BCube、VL2等网络拓扑结构。这些创新性网络拓扑结构，通过类似mesh构造的融入，相同提高了节点间的容错能力和连通性，增强了节点负载的均衡性。此外，这种形式的拓扑结构通过小型交换机即可完成，进一步降低了建设成本。
云计算平台数据中心普遍规模较大，在实际运行过程中，涉及计算机设备、制冷装置、通风系统、不间断电源等多项耗电单元，会消耗大量的电力能源。因此，加强绿色节能技术的研究，具有重要的现实意义。
2）虚拟化技术分析
数据中心作为大规模资源的提供基础，需满足平台资源按需分配的实际需求，即虚拟化技术的应用，包括虚拟机快速部署以及在线迁移两部分技术内容。虚拟机模板技术的应用，极大地简化了其部署过程、缩短了部署时间；在线迁移技术具体是指保持虚拟机运行状态下，实现不同物理机转移的技术，其应用意义主要包括以下几点：（1）增强系统运行可靠性；（2）促进负载均衡；（3）便于节能方案设计。
3.2 平台即服务层关键技术分析
平台即服务层在核心服务层中处于中间位置，需同时满足上层分布式编程框架和下层复杂数据调度管理的双重需求，该层的技术重点在于数据的储存与处理。
1）数据存储技术分析
就云计算平台实际需求而言，其数据存储需综合考虑文件的可用性、可靠性要求，和系统I/O性能要求。以Google公司的数据存储技术GFS（google file system）为例，在其实际运行过程中，大文件被有效分为若干数量的数据块，每块数据块具有统一的标准大小，分布存储于节点对应的本地硬盘中，且每一块数据块均具有多个副本，以确保数据存储的可靠性。这种技术的优势在于：一，数据存储能力强，通过文件分块，GFS可满足PB级的存储要求；二，并行读取模式；三，可有效解决数据块副本同步的简化问题；四，数据存储可靠性提升。
2）数据处理技术分析
除数据存储外，平台即服务层还包括相应的数据处理功能，由于该平台建立在大规模硬件资源上，故而其数据处理要求相应的抽象处理过程，同时要求规模扩展功能。
以Google公司的数据处理技术MapReduce槔，是一种建立在GFS之上运行的数据处理技术。在实际运行阶段，可将完整的作业分解为多个Map任务及Reduce任务，从而通过两个阶段的数据处理过程完整相应的数据处理工作。第一阶段为Map阶段，该阶段主要读取Map任务，并完成相应的处理，其中间结果通常保存在对于的Map节点中；第二阶段为Reduce阶段，读取Reduce任务的同时，完成Map中间结果的合并。
3.3 SaaS层关键技术分析
SaaS层主要面向用户终端服务，负责互联网软件应用服务的提供，在Web服务、Mashup、Ajax等技术飞速发展的背景下，带动了SaaS应用的迅猛发展。
4 结语
综上所述，云计算是一种新型的信息技术，具有弹、资源池化、可计费服务、按需服务、泛在接入等特性。云计算体系架构主要分为三层，具体包括服务管理、核心服务以及用户访问接口三部分内容，分别对应不同的服务功能。同时为进一步满足不同用户的实际使用需求，云计算广泛应用了虚拟化技术、数据中心管理技术、QoS保障技术等关键技术。目前，云计算还处于研究发展阶段，针对其运行可靠性、可用性、成本经济性要求，仍需相关人员不断进行探究，以促进云计算的进一步发展。
参考文献：
[1] 罗军舟，金嘉晖，宋爱波等.云计算：体系架构与关键技术[J].通信学报，2011（7）.
[2] 黄晓雯.云计算体系架构与关键技术[J].中国新通信，2014（13）.
[3] 杨通国.云计算的体系架构与关键技术研究[J].科技展望，2016（25）.
【关键词】云计算 体系架构 关键技术
前言：近年来，电子商务、社交网络、在线视频等新一代互联网应用迅猛发展，这些新型应用数据存储量大，业务增长速度飞快，同时，传统企业硬件维护所需要的成本高昂，故云计算体系诞生。云计算具有资源池化、泛在接人、按需服务、弹、可计费服务五个特性，使用户在任何情况下只要能连接互联网就可以方便快捷的使用计算机资源。本文针对当前云计算所出现的问题，提出发展方向及解决办法。
一、云计算体系架构
1.1 核心服务层
1.1.1 基础设施服务层
基础服务层为云计算提供硬件基础设施的部署服务。根据用户的需要来提供虚拟或者实体的存储、计算和网络等资源[1]。用户在使用基础设施服务层时需要向服务提供商提供基础设施的配置信息、相关的用户数据以及运行于基础设施的程序代码。基础服务层通过引入虚拟化技术，极大的提高了服务的规模和可靠性。
1.1.2 平台服务层
平台服务层为云计算提供管理和部署服务。应用程序开发人员利用开发语言和相应软件，不用管底层系统的管理问题，直接通过上传程序代码及相关数据就可以使用相应的服务。平台服务层是云计算应用程序的运行环境，具有对海量数据的处理和存储能力，通过全面的资源管理和调度策略大大提高了数据的处理效率。
1.1.3 软件服务层
软件服务层是在云计算基础平台的基础上开发的应用程序。企业用户可以采用租用软件服务的形式来解决企业信息化问题。软件服务层可以实现应用程序的互联网转移，从而实现应用程序的泛在接入。
1.2 服务管理层
服务管理层是为云计算的核心服务层的可用性、可靠性和安全性提供保障的。它主要包括对服务质量保证和安全管理等。云计算平台规模庞大且结构复杂，而云计算需要提供高可靠、高可用及低成本的全方位服务，所以很难完全满足用户要求的服务质量。所以，云计算服务提供商和用户进行协商，制定服务水平协议，让服务提供商和用户所的要求服务质量达成共识。此外，用户对数据的安全问题十分关心，云计算服务管理层采用资源集中的管理方式使得云计算平台存在单点失效问题，保存在云端的关键数据会因为突发事件、黑客人侵等多种原因发生丢失和泄漏的隐患[2]。
1.3 用户访问接口层
用户访问接口层实现了云计算的泛在访问。Web的服务访问模式为终端设备提供应用程序开发接口，也实现了多种服务的组合应用。Web门户形式是用户访问接口层的一种，它可以实现桌面程序网和互联网的迁移。使得用户能随时随地通过浏览器来访问数据和程序，大大提高了用户的工作效率。
二、云计算关键技术
2.1 虚拟化技术
实现多个程序之间的虚拟和资源共享，将各种设备的最大性能发挥出来是云计算的最大优势。在我国现阶段的普通网络环境中，不一样的应用程序在运行过程中需要不同服务器的支持。但是云计算则不然，即使是不同的服务器也能实现资源的共享。通过虚拟化的技术，可以将不同的服务器形成一个有机的整体，为多个应用程序提供支持。我们现在常说的虚拟化技术主要包括了虚拟机技术和虚拟网络技术两个方面[3]。
2.2 海量的存储技术
云计算涉及到的数据数量非常庞大，云计算的突出特点就是利用了分布式的技术完成了海量的数据存储，从而保证了系统的稳定性和经济性。同时，云技术还有一个突出的优点，就是能自动备份重要的数据，来提高数据的可靠性。这种分布式海量存储技术，要求了非常高的服务器主机性能以及数据备份和恢复功能，因此提高了服务器建设的成本。
【关键词】 云计算 网络部署 虚拟化 数据技术 虚拟化技术
一、云计算的基本概念和特点
1.1 云计算的定义
云计算主旨是对大的程序进行分解，写结成每个小部分然后再加以处理，最终传回给用户。而如今，业界对云计算的定义各有不同，当前云计算的定义美国则是根据标准局对云计算的定义是云计算是一种根据用户使用量来进行收费的模式，这种模式可以进入可配置的计算资源共享池，这些资源能够呗快速的提供给用户，只需投入很少的工作。
1.2 云计算的特点
（1）从商业化的角度讲，对用户来说云计算是一种新的体验和业务模式，它提供标准化与自助式服务，并且支持快速服务交付与提供按使用量付费；（2）从专业技术角度讲，云计算是一种新的 IT 基础架构管理模式，它是物理资源聚合成资源池，应用虚拟化资源，进行弹性扩展、动态部署。
二、云计算体系架构和云计算服务
2.1 云计算分层
云计算体系架构从下到上分别是基础管理层、应用接口层和访问层三层组成的。在云计算中有 3 种不同的服务模式：基础设施用于服务 IaaS，平台是服务 PaaS 和软件则对SaaS进行服务。 云计算的体系架构与云计算服务的关系如图所示。
2.2 基础设施层
基础设施即对 IaaS服务。 IaaS 为用户提供的是最基本的、几乎直接操作硬件资源的服务接口，通过网络为介质以标准化的服务方式提供基本储存与计算能力， 使用非常自由与灵活。它主要的产品是按用户需求，为用户提供高度可用的一系列的虚拟化服务器等一些的基础设施。
2.3 平台
平台即服务于 PaaS。 它是为用户提供应用编程接口（API）的。用户可以使用该平台，将自己开发的和运营的应用保管在云平台中。但是用户也要遵守平台的存储规则例如语言、编程框架、数据存储模型等原则。
2.4 软件
软件即服务 SaaS。 SaaS 以服务为主的形式提供一整套的适合用户使用的软件，这些软件单独的运行在云平台上，然后通过服务器把软件的程序传给所有的用户。
三、云计算关键技术
3.1 虚拟化技术
虚拟技术包括虚拟网络技术与虚拟机技术。虚拟网络技术可以使用户在个性定制的网络环境下接入并直接访问云计算资源。
3.2 分布式海量数据存储技术
云计算系统采主要是使用了分布式存储的方式来存储大量的用户数据，而且还采用冗余存储的方式用来保证了所存储数据的安全与可靠性，这些技术都提高了云计算的高可靠性、高可用性。云计算系统中使用最广泛的数据存储系统是Hadoop 的 GFS 的开源实现HDFS和Goolge 的 GFS。
3.3 超大量数据处理技术与编程模型
为了让用户能够更轻松地享受云计算带来的服务，让用户能利用编程模型编写简单的程序从而实现特定的目的，云计算上的编程模型就必须简单，必须保证后台复杂的任务调度和并行执行向用户和编程人员透明化。云计算是一种处理大规模密集型数据的并行分布式计算技术。
四、结语
云计算具有很广阔的发展前景，体系构架等相关的各项关键技术也在不断完善与进步，现代商务处理和软件应用的信息化、全球化和自动化，必将为云计算的发展提供广阔的市场和应用前景。云计算具有超大规模、高可用性、高可靠性、虚拟化、按需服务及其价格低廉等特点，经历近年许多关键技术的成熟与成功的应用，它正在迅速普及。
关键词：云计算 体系架构 关键技术
中图分类号：TP309 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）05-0083-02
1 引言
云计算借鉴了传统分布式计算和网格计算的思想，使用服务器集群构成数据中心来存储软硬件资源，以服务的形式交付给用户。用户可以通过“按使用付费”的模式使用这些服务，同时云计算可以根据所需服务动态分配资源，根据变化做出响应，通过资源池的持续分享，来提高资源的利用效率。
云计算是一种新兴的、最初由企业提出的商业模型，而与之相关的网格计算产生于科研机构，是为了完成某一个特定的任务需要，其目的是为了各科研机构能够进行数据资源共享，提高资源使用率。网格计算没能产生一种成功的商业模式，仅仅停留在理论的研究上，而云计算备受关注是因为技术创新为用户提供的服务。从某些方面讲，云计算不再一味追求高性能，而更加综合地考虑商业模式中的经济成本、可靠性和可用性。
2 云计算的体系架构及其特点
2.1 云计算的体系架构
从云的部署模式看，云计算可分为：公有云、私有云和混合云。公有云是由第三方公司提供的，通过互联网将服务器、存储数据等软硬件资源提供给用户使用的云计算环境；私有云是一些企业在内部网络中搭建和使用的云计算平台；混合云是公有云和私有云的混合，这种模式将成为企业的典型模式。
从服务类型上看，目前云计算服务主要可以分为IaaS（构架即服务）、PaaS（平台即服务）、SaaS（软件即服务）。IaaS是向用户提供包括计算和存储在内的IT基础设施；PaaS是向用户提供包括数据处理模型和海量数据存储在内的平台环境开发；SaaS是向用户提供无需本地安装的软件（如图1所示）。不同用户群体可以使用不同云计算产品来满足自身的需要。
2.2 云计算的特点
云计算作为信息产业的一项创新，有着其自身突出的特点，主要表现在。
（1）动态服务模式，提供商可以根据需要动态的扩展和配置云，对闲置不用的资源进行管理，规避了风险，而用户是以自助计费的模式从云中（共享资源池）获取服务，这样大大提高了资源的整体利用率，为云服务商和用户都节省了开支。（2）资源虚拟化共享，通过引入虚拟化技术，云服务商在平台的部署、数据实时迁移、兼容性等方面具有较好表现，而在用户使用资源尤其是软硬件资源时可以根据虚拟机内部资源使用情况灵活变更调整。（3）接入广泛，云服务支持各种终端的接入，用户可以使用除电脑外的其它异构终端（如智能手机）接入云，大大丰富了用户体验。
3 云计算的关键技术
3.1 数据中心网络技术
云计算往往需要部署大规模的数据中心以完成计算存储功能，传统的树型网络拓扑往往存在缺陷，一是若核心层的网络设备发生异常，网络性能将会大幅下降；二是网络设备端口有限，难以支持大规模网络的扩展；三是网络中节点之间的连通性和容错能力有待提高。为了弥补传统网络拓扑的缺陷，目前云计算中已研究出PortLand、
Dcell等新型的网络拓扑结构（如图2所示），这些结构更利于网络性能的提高和节点的扩展，降低成本。
PortLand结构由核心层、汇聚层和边缘层构成，汇聚层和边缘层可分解为若干个Pod，Pod中的交换机两两连接，若每个Pod中含有k台交换机，则可连接k2/4台核心交换机、k3/4个节点，这种结构可以保证计算机节点之间两两通信无阻塞，从而大大提高了网络的可靠性。
3.2 虚拟化技术
虚拟化技术在20世纪60年代就已经开始使用，目前硬件方面包括Intel和AMD等公司在硬件辅助虚拟化技术的研究，软件方面包括VMware、KVM等虚拟机技术的研究都有了成熟的发展。在云计算中使用虚拟化技术不仅可以降低IT成本，还可以增强系统的可靠性和安全性。这种技术的目标是为了对包括基础设施、系统软件、应用软件等资源的管理、使用进行简化，为这些资源提供标准的接口，从而隐藏了计算资源的物理特性。
从被虚拟化的资源看，虚拟化技术分成软件虚拟化、系统虚拟化和基础设施虚拟化，云计算中主要使用虚拟机技术和服务器虚拟化技术。
服务器虚拟化需要实现对服务器中CPU、内存、I/O等硬件设备虚拟化，其中CPU的虚拟化一般采用二进制代码翻译技术或者对虚拟化层进行超级调用来完成指令的运行[1]；内存虚拟化是将服务器的物理内存统一管理，为各个虚拟机提供互相间隔的、连续的虚拟内存空间，同时需要在虚拟机监视器中建立一个内存管理单元，用于存储和维护物理机器内存和虚拟机逻辑内存的映射关系。
3.3 编程模式
云计算需要业务公司根据特定服务需求来编写程序，因此它的编程模型必须透明、简单，并且尽可能地屏蔽底层硬件的细节处理，支持大规模扩展。目前云计算中主要使用的编程模式是Google公司提出的MapReduce模型[2]，程序员在Map函数中指定对各分块文件的处理过程，在Reduce函数中指定如何对分块数据的中间处理结果进行处理。这种编程模型指定程序分为文件输入、Map阶段、写中间文件、Reduce阶段、文件输出五个阶段（如图3），程序员不需要关心如何将文件分块、调度，系统同时给出了网络中节点通信以及节点失败的处理等，当某一个worker节点发生错误时，系统会将该worker节点屏蔽在系统外进行修复，并将该worker上执行的程序转到其他节点上执行，同时通过Master将迁移信息发送给需要该节点处理结果的节点上。
4 云计算中安全隐患
云计算的安全问题涉及很多，包括数据加密、数据完整、用户管理、应用程序安全、虚拟机安全等诸多方面，当使用云服务的个人或企业把数据交给云计算服务商后，云计算服务商往往比用户具有更高的数据优先访问权限，并且数据的大量长期储存，云服务商是否能长期稳定发展也会影响服务的稳定性；数据一直处于共享环境下，即时采用加密手段，也无法保证数据的机密性和完整性；云计算中有很多实时业务，这些可能隐藏着漏洞攻击的实时业务数据流，需要研究更加有效的主动防御策略加以应对。
5 结语
云计算是一种新兴的技术理念，其体系结构和技术上的优势使得使用云平台承载各种大规模服务已成为了信息产业的一大趋势。它涉及和融合了计算机领域中很多方面的技术研究，包括数据中心网络技术、虚拟机技术、编程模型等，本文仅仅研究了云计算体系结构和主要涉及到的技术，在数据存储、安全防护等方面还需要进一步研究。
参考文献
[关键词]云计算体系 关键技术
中图分类号：TP317 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）24-0168-01
前言：计算机的资源服务化是云计算的重要表现形式，它为用户屏蔽了应用程序部署、数据中心管理、大规模数据处理等问题。通过云计算，用户们可以根据自己的业务负载来快速申请或者释放资源，并按所需的支付方式对所使用的资源付费，提高服务质量又降低了运营成本。云计算作为信息产业的一大创新项目，云计算模式一经提出便得到各界的广泛关注。用较低的成本提供较高可靠性、可用性和个性化的服务是云计算体系的目标。
1.云计算的体系架构
1.1 核心服务层
云计算体系的核心服务层可分为基础设施服务层、软件服务层和平台服务层。其中的基础设施服务层为云计算体系提供了硬件基础设施的部署服务，它可以根据用户的需要提供虚拟或实体的计算、存储及网络信息等资源。在用户使用基础设施服务层之前，用户需要向服务提供商提供基础设施的相关配置信息、使基础设施运行的程序代码和相关用户数据。引入的虚拟化技术，使基础设施服务层可以极大地提高服务的规模和可靠性。通过利用相关的开发语言和软件工具，应用程序的开发人员只需要通过上传程序代码和相关数据，即可使用对应的服务，根本不需要担心底层系统的任何管理问题。平台服务层还具有对海量数据的存储、管理和处理的能力，可以通过有效的调度策略和资源管理办法提高数据的处理效率。软件服务层是在云计算体系基础平台的前提上所开发出的应用程序。用户们能够通过租用软件服务器来解决相关的信息化问题，与此同时，软件服务层可以实现将应用程序在互联网上转移，实现应用程序的广泛访问。
1.2 服务管理层
服务管理层为云计算体系的核心服务层的可用性、使用安全性及可靠性提供了保障，与此同时，也对服务质量提供了有力的保证。云计算的平台规模非常庞大并且具有较复杂的系统结构，很难使用户要求的服务质量得到有力保证。对此，云计算体系的服务提供商与广大用户进行协商，制定并签订服务水平协议，来使得服务提供商与广大用户可以达成一致的质量要求。除此之外，因为云计算体系会将所有用户的全部数据存储在云端服务器中，所以这就让用户对其数据的安全问题产生了疑问和担心。由于很多原因的存在，被保存在云端的数据可能会造成丢失以及泄露。所以，要使云计算体系健康安全的发展下去的关键所在就是根据云计算的服务特点，重点研究云计算环境下数据的安全保护技术。
1.3 用户访问接口层
用户接口层作为云计算体系架构的重要层次之一，它的存在实现了云计算体系服务的广泛访问。用户接口层提供的泛在访问服务不仅可以使终端设备提供应用程序开发，还可以使多种服务实现组合应用。用户访问接口层中包含web门户形式，可以通过实现桌面程序网与互联网的移植方式，来提高程序的易操作性，为用户带来更多的方便，使用户的工作效率得到提高。
2.云计算体系的关键技术
2.1 虚拟化技术
可以同时实现多个程序间的资源共享和虚拟转换是云计算体系的最大特点，从而使每个设备能够发挥出自身的最大作用。在通常的网络环境中，运行不同的应用程序需要不同的服务器来支持;然而利用云计算处理时，不同服务器之间可以实现资源共享，并且使用虚拟化技术可以将不同的服务器虚拟成一个整体的服务器架构，同时支持多个应用程序的使用。虚拟化技术主要包括虚拟网络技术和虚拟机技术两个方面。vPN技术是虚拟网络技术的代表性技术，它可以使用户过对网络环境进行个人定制后，再访问云端资源。vMware是虚拟化技术的代表性产品，它能够在一个平台上利用软件的功能虚拟各种类型的操作系统，使一个硬件平台可以同时运行很多个操作系统。数据中心为云计算体系提供了海量资源。加深对虚拟化技术的研究可以使基础设施服务实现按需分配。虚拟化是云计算体系最重要的特点，也是 IaaS 层的重要组成成分。虚拟化技术能够通过虚拟机封装用户各自的运行环境，有效地实现多用户共同分享数据中心的资源。
2.2 海量数据的储存技术
在通常情况下，云计算平台所涉及到的数据量非常庞大，这时就要利用分布式数据存储技术存储这些海量的数据，这时系统的高稳定性、高可用性和经济性得到了有力保证。与此同时，此储存方式再结合冗余存储方式就可以来备份用户们的重要数据，这样就能够提高数据的安全性和可靠性。Hadoop公司的HDFs与Google公司的GFs是云计算体系中两个常用的数据存储系统，这两个系统采用的都是分布式结构化的数据存储技术。分布式的海量存储技术就可以实现庞大规模、海量数据的存储以及保障数据的安全性。分布式的海量存储技术采用的存储方式是直连式存储方式，这对服务器的主机性能要求是个极大的考验，同时又因为用户对数据备份和数据恢复的具体要求，通常情况下会占用大量的主机资源，使服务器建设的成本大大提高。
2.3 数据的处理技术与编程模型
云计算体系是一种对庞大规模的密集型数据进行分布式技术处理的高端技术。为给用户们提供更方便、更高效的云计算服务，让用户可以通过使用变成模型编写简单的程序，云计算体系需要给用户们提供出变成模型，使用户们可以轻松便捷地享受云计算体系提供的各种服务内容。现今，MapReduce是最著名的变成模型，此模型可以给程序开发人员和系统管理人员提供非常大的可用性。虽然对数据布局的方案的研究可以使多数据中心间的数据管理起到一定的优化作用，但是并没有深入地去讨论副本管理的应对策略。因此，在多数据中心环境下，还需要对副本的放置和选择、一致性维护和更新机制进行深入研究。用户可以根据各自的应用需求去自己定义文件的储存位置，使待协同处理的数据落在相同节点上，从而能够在一定程度上减少节点间数据的传输开销。
3.结语
通过本文对云计算体系构架和关键技术的简单介绍，可以了解到云计算体系的重要性以及虚拟化技术的重要特点，正因如此，虚拟化技术成为了实现云计算资源海量储存以及按需服务的基础。为进一步满足云计算体系的弹以及数据中心自治性的要求，对虚拟机的快速部署以及在线迁移技术的研究应该被提上日程。如今现代信息技术的发展迅速，云计算体系的发展前景非常广阔。其体系和它相关的关键技术也正随着用户不断提高的要求，呈现出持续发展的态势。云计算的各种优质特点为IT行业带来了又一次的变革，在未来中，将给IT行业的发展带来重大而深远的影响。
参考文献：
关键字：云计算GFSBigtable数据存储
中图分类号：C37文献标识码： A
0 绪论
云计算是一种新近提出的计算模式，是分布式计算、并行计算和网格计算的发展。在各大企业以及学术界的共同推动下，在大数据时代，云计算融合物联网将进一步推动数据价值的挖掘，促进产业爆发。
1 云计算
1.1对云的定义
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，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。
1.2云计算的基本原理
通过使计算分布在大量的分布式计算机上，而非本地计算机或远程服务器中，企业数据中心的运行将更与互联网相似。
1.3云计算的特点
1.3.1虚拟化
云计算支持用户在任 意位置使用各种终端获取服务。
1.3.2极其廉价
“云”的特殊容错措施使得可以采用极其廉价的节点来构成云。所以云计算造价低廉。
1.3.3高层次的编程模型
用户通过简单学习，就可以编写自己的云计算程序，在“云”系统上执行，满足自己的需求。
1.3.4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。
1.3.5按需服务
“云”是一个庞大的资源池，你按需购买；云可以像自来水，电，煤气那样计费。
2云计算的体系架构
2.1 核心服务层
基础设施即服务层（IaaS）、平台即服务层（PaaS）、软件即服务层（SaaS）。
IaaS提供硬件基础设施部署服务，为用户按需提供实体或虚拟的计算、存储和网络等资源。
PaaS是云计算应用程序运行环境，提供应用程序部署和管理服务。
SaaS是基于云计算基础平台所开发的应用程序。
2.2服务管理层
服务管理层对核心服务层的可用性、可靠性和安全性提供保障。云计算服务提供商需和用户进行协商，并制定服务水平协议（SLA），使得双方对服务质量的需求达成一致。
2.3用户访问接口层
用户访问接口层实现了云计算服务的泛在访问，通常包括命令行、web服务、web门户等形式。
3云计算的关键技术
3.1数据存储技术
为保证高可靠和经济性，云计算采用分布式存储的方式来存储数据，采用冗余存储的方式来保证存储数据的可靠性。云计算的数据存储技术主要有GFS和HDFS。
GFS是一个管理大型分布式数据密集型计算的可扩展的分布式文件系统。使用廉价的商用硬件搭建系统并向大量用户提供容错的高性能的服务。GFS系统由一个Master和大量块服务器构成。Master存放文件系统的所有元数据。在GFS文件系统中，采用冗余存储的方式来保证数据的可靠性。为了保证数据的一致性，对于数据的所有修改需要在所有的备份上进行。GFS与传统分布式文件系统的区别在于将写操作控制信号与数据流区分开。
3.2数据管理技术
BigTable是一个很庞大的表，它将所有数据都作为对象来处理，形成一个巨大的表格。有很多Google的应用程序建立在BigTable之上，基于BigTable模型实现的Hadoop Hbase也在逐渐发挥作用。
是一个稀疏的、多维的和排序的Map，每个单元格由行关键字、列关键字和时间戳来进行三维定位。在任意时刻每个Tablet只被分配到Tablet服务器。依靠一个master服务器监视子表server的负载情况，根据所有子表服务器的负载情况进行数据迁移。
4 结语
云计算的出现给人们的生活带来很大的便捷，使用某个软件时无需耗费大量的资金进行购买，而是利用云上虚拟机，以租赁的方式进行使用。在各大企业和各大高校的推动下，云计算具有十分广阔的发展前景。
参考文献
[1]张金玉.狄卫华基于云平台的建设工程项目招标评标模式的探讨[期刊论文]-项目管理技术 2013(5)
[2]张程基于云计算的荆门烟草信息系统优化[期刊论文]-中国科技信息2013(24)
