隨著經(jīng)濟的發(fā)展，技術也在不斷地進步，計算機逐漸走進人們的視線里，與人們的生活融入到一起，也是促進生產(chǎn)力發(fā)展的一項重要的推力。尤其是在一些大中型企業(yè)中，計算機技術更是不可或缺的一部分。但是隨著市場競爭的加劇，企業(yè)中或者個人需要處理和分析的數(shù)據(jù)和信息變得越來越多，越來越復雜，面對眾多和復雜的數(shù)據(jù)，不僅浪費時間還浪費精力。一般的計算機技術很難支撐企業(yè)的運作，于是云計算順應時代而生，廣泛的應用到了企業(yè)中。

　　云計算的概念

　　云計算是一種新興的商業(yè)計算模型。它利用高速互聯(lián)網(wǎng)的傳輸能力，將數(shù)據(jù)的存儲和處理從個人計算機或服務器移到互聯(lián)網(wǎng)上的計算機集群中。集群環(huán)境中包含一個主節(jié)點和多個子節(jié)點，其中主節(jié)點為控制節(jié)點。是一個數(shù)據(jù)管理和分配中心，子節(jié)點受主節(jié)點控制，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲和計算。在這種主從模式下，計算機按客戶的需求分配計算資源并進行計算和存取。達到與超級計算機同樣的計算能力，從而降低成本。

　　云計算的思想是把大量的存儲計算資源通過網(wǎng)絡連接起來進行資源的統(tǒng)一管理和調(diào)度，從而構成一個資源池向用數(shù)據(jù)管理和分配中心，在用戶看來，“云”中的資源是可以無限擴展的，可以隨時獲取，按需使用，就像我們?nèi)粘Ｊ褂玫拿簹?、水電一樣，集中統(tǒng)一存儲和管理，方便及時取用，消耗和費用低廉。這可以使個人和企業(yè)不用再購買昂貴的硬件設備和軟件產(chǎn)品。只需要付費自己需要的那部分服務，也免去了以前硬件的保養(yǎng)和軟件繁瑣的升級，而且更為安全可靠。另外，云計算是網(wǎng)格計算、并行計算、分布式計算的發(fā)展，利用云，用戶可以方便地通過網(wǎng)絡獲取強大的計算能力、存儲能力以及基礎設施。

　　云計算的服務模式和系統(tǒng)結構

　　服務模式

　　云計算主要包括基礎設施即服務、平臺即服務、軟件即服務3種服務模式。

　　基礎設施即服務：商家把由多臺服務器集群組成的“云端”基礎設施通過互聯(lián)網(wǎng)按量給客戶提供服務，它主要包括存儲資源和虛擬化服務器等服務。是一種托管式硬件服務，用戶付費使用商家的硬件設施。例如， AmazonWeb服務，IBM的“藍云”服務等都是將基礎設施作為服務出租給用戶。

　　平臺即服務：它是把開發(fā)環(huán)境、軟件研發(fā)平臺作為一種服務提供給用戶，用戶可以在其開發(fā)平臺上研制開發(fā)自己的應用程序并通過互聯(lián)網(wǎng)提供給用戶使用。PaaS實際上是和SaaS一樣的模式提供給用戶使用的。只不過 PaaS提供的服務是軟件開發(fā)平臺。而另一個提供的服務是應用軟件。

　　軟件即服務：它是把應用軟件作為一種服務提供給用戶。服務提供商統(tǒng)一把應用軟件放在自己的“云端”服務器上，然后通過互聯(lián)網(wǎng)提供給用戶，用戶根據(jù)需求訂購相應的軟件．并根據(jù)訂購數(shù)量和時間來付費。直接通過瀏覽器使用。例如GoosleDoe、GoogleApps和ZohoOfice等都屬于這類服務。

　　系統(tǒng)結構

　　云計算系統(tǒng)結構分為三部分，主服務器節(jié)點、子服務器節(jié)點和客戶端。

　　主服務器節(jié)點主要負責數(shù)據(jù)映射、負載均衡、任務調(diào)度和檢測容錯等。子服務器節(jié)點主要負責高度并行的數(shù)據(jù)存儲和計算處理任務，它受主服務節(jié)點的管理和調(diào)度，直接與客戶端進行數(shù)據(jù)交換，形成一個大型協(xié)調(diào)工作的資源池，采用虛擬化技術使資源以最大的利用。主服務器節(jié)點和子服務器節(jié)點合起來組成“云”服務器，它通過互聯(lián)網(wǎng)向客戶端提供IaaS， PaaS和SaaS等服務。云計算Hadoop構架主要包括GFS（Google分布式文件系統(tǒng)）、BigTable（分布式數(shù)據(jù)庫）和MapReduce編程等。GFS分布式文件系統(tǒng)和BigTable分布式數(shù)據(jù)庫提供數(shù)據(jù)存取，MapReduce提供Map和 Reduce高度并行處理。客戶端是云計算的人口?？蛻敉ㄟ^它提交用戶請求服務，用戶直接可以在Web瀏覽器上注冊、登錄、定制服務，用戶請求通過互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送到云服務器端。

　　云計算的關鍵技術

　　云計算作為一種數(shù)據(jù)密集型的新型超級計算，它以數(shù)據(jù)為中心，其技術實質(zhì)是存儲、計算、服務器、應用軟件等IT軟硬件資源的虛擬化，擁有數(shù)據(jù)存儲技術、數(shù)據(jù)管理技術、虛擬化技術幾個關鍵技術。

　　數(shù)據(jù)存儲技術

　　云計算作為數(shù)據(jù)密集型的超級計算，它要存儲海量的數(shù)據(jù)，因此數(shù)據(jù)存儲的安全可靠與數(shù)據(jù)讀寫的經(jīng)濟高效是云計算的基礎。云計算采用分布式存儲技術把海量的數(shù)據(jù)存儲在服務器集群中，同時為一份數(shù)據(jù)存儲多份副本，采用冗余存儲的方式和數(shù)據(jù)加密技術來保證數(shù)據(jù)的安全可靠性；云計算用高吞吐率和高傳輸率來保證并行的為大量用戶提供服務。云計算系統(tǒng)中廣泛使用的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)是谷歌非開源的GFS和Hadoop團隊實現(xiàn) HDFS。

　　GFS即谷歌文件系統(tǒng)，是一個可擴展的分布式文件系統(tǒng)。用于大型的、分布式的、對大量數(shù)據(jù)進行訪問的應用。它運行于廉價的普通硬件上，但可以提供容錯功能。它可以給大量的用戶提供總體性能較高的服務。

　　GFS主要分為兩類節(jié)點：一個主服務器節(jié)點和多個塊服務器節(jié)點。主服務器節(jié)點主要存儲與數(shù)據(jù)文件相關的元數(shù)據(jù)．元數(shù)據(jù)包括一個能將64位標簽映射到數(shù)據(jù)塊的位置及其組成文件的表格，數(shù)據(jù)塊副本位置和哪個進程正在讀寫特定的數(shù)據(jù)塊等。主服務器節(jié)點會周期性地接收從每個塊服務器節(jié)點傳來的更新來讓元數(shù)據(jù)保持最新狀態(tài)。塊服務器節(jié)點主要用于存儲數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)文件會以每個默認大小為64MB的數(shù)據(jù)塊的方式存儲在塊服務器上。每個數(shù)據(jù)塊都有一個唯一的64位標簽，并且每個數(shù)據(jù)塊在整個分布式塊服務器上有多個副本。

　　GFS這種文件系統(tǒng)使客戶與主服務器的交換只限于對元數(shù)據(jù)的操作．所有數(shù)據(jù)方面的通信都由客戶直接和塊服務器聯(lián)系，這大大提高了系統(tǒng)的效率，防止主服務器負載過重。

　　數(shù)據(jù)管理技術

　　計算需要對海量的分布式數(shù)據(jù)進行處理、分析，因此，數(shù)據(jù)管理技術必須能夠高效地管理大量的數(shù)據(jù)。云計算系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)管理技術主要是開源數(shù)據(jù)管理模塊HBase。BigTable是建立在GFS、Scheduler、LocK Service 和MapReduce之上的一個大型的分布式數(shù)據(jù)庫，與傳統(tǒng)的關系數(shù)據(jù)庫不同，它把所有數(shù)據(jù)都作為對象來處理，形成一個巨大的表格，用來分布存儲大規(guī)模結構化數(shù)據(jù)。BigTable采用多級映射的數(shù)據(jù)結構，并支持大規(guī)模數(shù)據(jù)處理、高容錯性和自我管理等特性，提供PB級的存儲能力，使用結構化的文件來存儲數(shù)據(jù)，并整個集群每秒可處理數(shù)百萬的讀寫操作。多級映射的數(shù)據(jù)結構是一個稀疏的、多維的和排序的Map，每個單元格由行關鍵字、列關鍵字和時間戳來進行三維定位。

　　BigTable主要分為兩部分：其一是Master節(jié)點，用來處理元數(shù)據(jù)相關的操作并支持負載均衡。其二是Tablet節(jié)點，主要用于存儲數(shù)據(jù)庫的分片，并提供數(shù)據(jù)訪問，同時Tablet是基于名為SSTable的格式，對壓縮有很好的支持。

　　虛擬化技術

　　虛擬化技術是云計算、云存儲服務得以實現(xiàn)的基礎和關鍵。虛擬化將原本運行在真實環(huán)境中的計算機系統(tǒng)或者組件運行在虛擬出來的環(huán)境中，它通過在硬件資源、操作系統(tǒng)和應用程序這些不同的層次之間構建一個虛擬化層，這個虛擬化層做為中間層連接上下兩層，它向上層提供下層相同或類似的功能，這樣上層不直接運行在下層環(huán)境中，而是運行在這個虛擬化的環(huán)境層中。虛擬化層解除了上下兩層的耦合關系，使上層的運行不依賴于下層的具體實現(xiàn)。

　　虛擬化可以節(jié)省開銷、整合服務、使資源得到最大利用。虛擬化技術包括將單個資源劃分成多個虛擬資源的裂分模式和將多個資源整合成一個虛擬資源的聚合模式。虛擬化技術按照IT資源可分為基礎設施虛擬化、系統(tǒng)虛擬化和軟件虛擬化等，根據(jù)對象可分成存儲虛擬化、計算虛擬化、網(wǎng)絡虛擬化等。

　　云計算技術面臨的問題

　　云計算的快速發(fā)展和應用給人們帶來了越來越多的便利和實惠，但其發(fā)展道路上也存在著很多問題，如數(shù)據(jù)安全問題、系統(tǒng)穩(wěn)定可靠性問題、網(wǎng)絡傳輸問題、技術標準化問題等。

　　數(shù)據(jù)安全問題：如何保證數(shù)據(jù)存儲和傳輸?shù)陌踩煽?。?shù)據(jù)信息長期安全使用、不丟失、不被錯誤修改和竊取。特別是有些數(shù)據(jù)信息是商業(yè)機密、國家機密，這些數(shù)據(jù)的安全直接關系到一個企業(yè)和國家的生存、發(fā)展和強大。數(shù)據(jù)的安全性是云計算得以發(fā)展的前提和根本，不僅需要技術的改進，也需要法律的進一步完善。

　　系統(tǒng)穩(wěn)定可靠性問題：大規(guī)模的集群計算系統(tǒng)是云計算的支撐，當系統(tǒng)規(guī)模增大后?？煽啃院头€(wěn)定性就成為最大的挑戰(zhàn)之一。需要通過有效的系統(tǒng)配置、監(jiān)控、管理、調(diào)度、虛擬化等技術。實現(xiàn)一個強大的、動態(tài)的、自治的計算存儲資源池，提供云計算所需要的大容量計算力。系統(tǒng)級的容錯技術是系統(tǒng)技術方面的一個難點。大量服務器進行同一個計算時單節(jié)點故障不應影響應用的正常運行。對類似數(shù)據(jù)檢索這樣計算節(jié)點間無通訊的應用。這一點比較容易實現(xiàn)。但對那些有大量通訊的緊耦合類應用。當前業(yè)內(nèi)仍無有效的系統(tǒng)級容錯方案。目前主要還是依賴應用層面的檢查點和重啟技術，一方面增加了開發(fā)的難度和工作量，另外一方面對運行性能也有一定的影響力。

　　網(wǎng)絡傳輸問題：云計算服務建立在網(wǎng)絡基礎之上，網(wǎng)絡傳輸速率的高低，直接影響著云計算執(zhí)行效率和優(yōu)勢的發(fā)揮。云計算的發(fā)展和普及依賴于網(wǎng)絡技術的發(fā)展。

　　技術標準化問題：云服務在不同的云服務商之間遷移、轉換等的兼容移植性問題都需要相關的技術標準去規(guī)范和實現(xiàn)。比如用戶希望維護多個云之間的數(shù)據(jù)同步或者相互操作同步等。比較理想的解決方案是通過一些公共的方法，或者標準將多個云數(shù)據(jù)中心抽象成一個通用的虛擬中心，這樣降低相互同步的復雜性，提高不同云服務之間的共用性。

　　云計算的發(fā)展應用及其展望

　　隨著互聯(lián)網(wǎng)技術、分布式計算、信息社會需求等的快速發(fā)展，再加上谷歌、微軟、ＩＢＭ、浪潮等大公司的推動和各國政府的大力支持，云計算在國內(nèi)外都得到了快速的發(fā)展和應用。到目前為止，已經(jīng)很多行業(yè)都能捕捉到云計算的蹤影。

　　尤其在天文地理、醫(yī)學生物學、網(wǎng)絡安全、科研軍事、娛樂服務等領域，云計算有著廣闊的應用發(fā)展前景。比如氣象預報、地震監(jiān)測、天文信息處理、ＤＮＡ信息分析、病毒掃描、高仿真軍事模擬、在線游戲娛樂、海量數(shù)據(jù)檢索、海量高維數(shù)據(jù)挖掘等行業(yè)都急切需要云計算技術解決其中的相關技術難題。云計算的廣闊應用前景正吸引著人們掀起一翻“云”的浪潮。