计算机前沿论文

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云计算优势的相关分析

姓名：王文博学号：2014060106018

摘要：对于云计算，作为下一代计算模式已经全面进入实践应用阶段，创新平台、产品和应用不断涌现，互联网进入从软件为中心向服务为中心转变的“云”时代。越来越多的数据和应用在向云计算迁移。云计算或将成为一种随时随地的公共基础服务，充分体现其相关优势。本文旨在通过对云计算的现有技术的分析以及对其技术发展和应用前景的分析来详细说明云计算的总体优势。

关键词：云计算，优势，互联网，分布式计算

1.概述

目前，随着互联网的基础设施的逐渐普及，存储价格的逐渐降低，上网用户比例逐年提高，网络支付手段的普及，原有的计算模式甚至数据中心面临着困境，时代呼唤着信息处理思维方式的变革。在这种背景下，一种新型的服务计算模型——云计算诞生了。随着云计算这一新的网络计算平台核心技术的出现，互联网进入从软件为中心向服务为中心转变的“云”时代。本文通过对云计算技术的相关分析，对其技术优势与应用前景的分析，展现其在现今具有的巨大的优势与其具有的广阔的发展前景。

2.相关技术分析

2.1云计算概述

云计算是分布式处理(Distributed)、并行处理(Parallel Computing)和网格计算(Grid Computing)的发展，或者说是这些计算机科学概念的商业实现,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和网络技术发展融合的产物。其核心思想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，是一种新兴的ICT框架和业务模型，用于创建和提供应用、平台以及基础架构等公共服务。它通过将基础架构(IaaS)、平台(PaaS)或应用软件(SaaS)打包成服务提供给客户，使得最终用户对IT的所有需求都可以转变为通过互联网提供的IT服务。用户消费模式变化云计算是通过互联网提供软件、硬件与服务，并由网络浏览器或轻量级终端软件来获取和使用服务。而商业模式发生变化云计算是消费者和企业将从“购买软硬件产品”向“购买信息服务”转变，如同100年前“电”的演变，农场和公司逐渐关闭了自己的发电机，从发电厂购买电力一样。

2.2云计算的优势

2.2.1高可靠性。

云计算的文件系统使用了数据多副本的容错机制、计算节点同构可互换等等，这些措施保障了服务高可靠性。主要体现在分布式计算和分布式存储，分布式计算

体现在新计算资源加入时依据策略自动分配计算节点，某节点故障时，自动将计算任务转移到其他节点上。分布式存储主要体现在数据自动切分，冗余分布存储在储存资源池中，储存单元故障时自动从其它单元保存备份。

2.2.2快速部署，弹性扩容。

云计算的规模可以动态伸缩，服务提供商根据用户增长的规模，适时增加服务器节点来提高云计算服务的计算能力，这对服务提供商和用户来说是一种双赢，用户不必为服务商的过量投资承担成本，服务商也不比担心服务能力不足而损失客户。弹性资源调度是云计算的核心，实现资源的按需分配，按需所取。这就意味着，“云”几乎就像生物一样能长生不老。

2.2.3按需服务。

由于云计算的计算和服务能力对于所有用户来说是一个巨大的共享池，用户可以按照自己的需要选择不同的模块，这样就不会占用不必要的资源，所以用户只对自己选择的模块所占的资源付费。当不需要相关服务的时候，用户可以方便地将占用的资源归还到资源池。云计算提高资源利用率的两种手段分别是空分共享和时分共享。相关数据表明，云计算空分共享虚拟化前，服务器利用率通常仅5%—10%，虚拟化后，虚拟服务器的整合比常为1:5—1:10，服务器利用率提升到60%以上。[1]

2.2.4更廉价的容错性

同样，在传统的IT架构的模式下，对业务系统的高可用保障，通常都是通过基于本业务系统的高可用机制（双机HA、备份等）来实现容错，没有从全局的角度考虑，从造成了大量的物理计算力的冗余。而现在的基础设施云技术已经具备了各种高可用性方案，使得容错可以被放在虚拟机级别。在相同的容错级别下，后者实现容错的代价要小很多。或者，花相同的代价，基础设施云所能够实现的容错级别又会高很多。

2.3云计算技术的相关问题

2.3.1虚拟化安全问题

利用虚拟化带来的可扩展有利于加强在基础设施、平台、软件层面提供多租户云服务的能力，然而虚拟化技术也会带来以下安全问题：

·如果主机受到破坏，那么主要的主机所管理的客户端服务器有可能被攻克；

·如果虚拟网络受到破坏，那么客户端也会受到损害；

·需要保障客户端共享和主机共享的安全，因为这些共享有可能被不法之徒利用其漏洞；·如果主机有问题，那么所有的虚拟机都会产生问题。

2.3.2数据集中后的安全问题

用户的数据存储、处理、网络传输等都与云计算系统有关。如果发生关键或隐私信息丢失、窃取，对用户来说无疑是致命的。如何保证云服务提供商内部的安全管理和访问控制机制符合客户的安全需求；如何实施有效的安全审计，对数据操作进行安全监控；如何避免云计算环境中多用户共存带来的潜在风险都成为云计算环境所面临的安全挑战。

2.3.3云平台可用性问题

用户的数据和业务应用处于云计算系统中，其业务流程将依赖于云计算服务提供商所提供的服务，这对服务商的云平台服务连续性、SLA和IT流程、安全策略、事件处理和分析等提出了挑战。另外，当发生系统故障时，如何保证用户数据的快速恢复也成为一个重要问题。

2.3.4云平台遭受攻击的问题

云计算平台由于其用户、信息资源的高度集中，容易成为黑客攻击的目标，由于拒绝服务攻击造成的后果和破坏性将会明显超过传统的企业网应用环境。

2.3.5法律风险

云计算应用地域性弱、信息流动性大，信息服务或用户数据可能分布在不同地区甚至不同国家，在政府信息安全监管等方面可能存在法律差异与纠纷；同时由于虚拟化等技术引起的用户间物理界限模糊而可能导致的司法取证问题也不容忽视

3.云计算技术

3.1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。这使得企业能够将资源切换到需要的应用上，根据需要访问计算机和存储系统

3.2云计算核心技术

云计算运用了许多技术，但其中编程模型、数据管理技术、数据存储技术、虚拟化技术、云计算平台管理最为关键，属于云计算的核心技术。

3.2.1编程模型

MapReduce是一种Java、Python、C++编程模型，由Google开发的。它是一种简化的分布式编程模式和高效的任务调度模型，用于大规模数据集的并行运算。思想就是将问题分解成Map（映射）和Reduce（化简）的方式，先通过Map程序将数据划分为不相关的区块，分配调度给大量计算机处理，达到分布式计算的效果，结果由Reduce程序汇整输出。

3.2.2海量数据分布存储技术

云计算系统由大量服务其组成，服务于大量用户。采用分布式存储数据，用冗余存储保证数据的可靠性。云计算的系统大量使用的数据存储系统有两个，一个是Google 的GFS，另一个是Hadn`t团队开发的GFS的开源实现HDFS。GFS是文件系统，是一个可扩充说我分布式文件系统。用于大型、分布式、对大量数据访问应用，是针对大规模数据处理和Google应用特性而设计的。它运行于廉价的普通硬件上单可以提供容错功能，它给用户提供总体性较高的服务。

3.2.3海量数据管理技术

云计算需要对分布的，海量的数据进行处理、分析，所以数据管理技术必须能够高效管理大数据。数据管理技术主要是Google的BT数据管理技术，另外是Hadoop 团队开发的开源数据管理模块HBase。BT是一个大型的分布式数据库，它把所有数据看作对象来处理，形成表格用来分布存储大规模结构化数据

3.2.4

虚拟化技术软件应用与底层硬件相隔可以通过虚拟技术实现，它有裂分和聚合两种模式。虚拟化技术根据对象可分为存储虚拟化、计算虚拟化、网络虚拟化等。

计算虚拟化分为系统级虚拟化，应用级虚拟化和桌面级虚拟化。

3.2.5

云计算平台管理技术

云计算资源庞大，服务器数量多切分布在不同的地方，百种应用同时运行。怎样高效的管理这么多的服务器及确保整个系统服务不间断是巨大挑战。云计算系统平台管理技术能够使服务器协同工作，快速的进行业务部署和开通，及时发现和恢复系统故障。大规模系统的可靠能够通过自动化、智能化的手段实现。[2]

3.3云计算安全核心技术

3.3.1数据传输安全

在使用公共云时，对于传输中的数据最大的威胁是不采用加密算法。通过

Internet传输数据，采用的传输协议也要能保证数据的完整性。如果采用加密数据和使用非安全传输协议的方法也可以达到保密的目的，但无法保证数据的完整性。

3.3.2数据隔离

加密磁盘上的数据或生产数据库中的数据很重要（静止的数据），这可以用来防止恶意的云服务提供商、恶意的邻居“租户”及某些类型应用的滥用。但是静止数据加密比较复杂，如果仅使用简单存储服务进行长期的档案存储，用户加密他们自己的数据后发送密文到云数据存储商那里是可行的。但是对于PaaS或者SaaS应用来说，数据是不能被加密，因为加密过的数据会妨碍索引和搜索。

到目前为止还没有可商用的算法实现数据全加密PaaS和SaaS应用为了实现可扩展、可用性、管理以及运行效率等方面的“经济性”，基本都采用多租户模式，因此被云计算应用所用的数据会和其他用户的数据混合存储（如Google的BigTable）。

虽然云计算应用在设计之初已采用诸如“数据标记”等技术以防非法访问混合数据，但是通过应用程序的漏洞，非法访问还是会发生，最著名的案例就是2009年3月发生的谷歌文件非法共享。虽然有些云服务提供商请第三方审查应用程序或应用第三方应用程序的安全验证工具加强应用程序安全，但出于经济性考虑，无法实现单租户专用数据平台，因此惟一可行的选择就是不要把任何重要的或者敏感的数据放到公共云中。

3.3.4数据残留

数据残留是数据在被以某种形式擦除后所残留的物理表现，存储介质被擦除后可能留有一些物理特性使数据能够被重建。在云计算环境中，数据残留更有可能会无意泄露敏感信息，因此云服务提供商应能向云用户保证其鉴别信息所在的存储空间被释放或再分配给其他云用户前得到完全清除，无论这些信息是存放在硬盘上还是在内存中。云服务提供商应保证系统内的文件、目录和数据库记录等资源所在的存储空间被释放或重新分配给其他云用户前得到完全清除。[3]

图一云计算安全技术核心图示

4.云计算技术的分析与展望

4.1云计算的主要服务模式

4.1.1IaaS(Infrestrue-as-a-service)基础设施及服务。消费者通过Internet可以从完善的计

算机基础设施获得服务

4.1.2Paas(Platform-as-aservice)平台服务。PaaS实际上是指将软件研发的平台作为一种服务，以SaaS的模式提交给用户

4.1.3SaaS(Software-as-aservice)软件服务。它由Internet提供软件，用户无需购买软件，而是租用基于Web的软件，来管理企业经营活动。SaaS有较低的前期成本，便于维护，快速开使用等优势。

4.2云计算的几种现有应用

4.2.1搜索引擎

搜索引擎是公众经常用的应用之一，而搜索引擎其实就是基于云计算的一种应用方式。用户在使用搜索引擎的时候，从未考虑过搜索引擎的数据中心在哪里，是什么样子。从搜索引擎设计的数据量来说，搜索引擎的数据中心规模是相当庞大的，而对于用户来说，搜索引擎的数据中心是无从感知的。所以，搜索引擎就是云计算中公共云的一种应用方式。搜索引擎是指根据一定的策略、运用特定的计算机程序搜集互联网上的信息，在对信息进行组织和处理后，并将处理后的信息显示给用户，是为用户提供检索服务的系统。但在web1.0时代，搜索引擎并不是用户的常用工具。在web1.0时代，门户网站和以hao123为例的入口网站是用户的最常用工具，因为在当时互联网上的信息没有现在这么多，用户需要被人引导去选择查看而不是自己主动去查看。而经过互联网多年的发展，积累了足够量的信息后，基于云计算基础的搜索引擎也才能派上用场，而也正是爆炸的信息量，让搜索引擎只能选择云计算这样一种承载方式。

4.2.2地图服务

随着科技的发展，如今拥有一部手机或其他的电子产品，就可以拥有一张全世界的地图。甚至还能够得到地图上得不到的信息，例如交通路况，天气状况等等。这正是基于云计算技术的GPS带给了用户这一切。地图，路况这些复杂的信息，并不需要预先装在用户的手机或电子产品中，而是储存在服务提供商的“云”中，用户只需在手机或电子产品上进行操作，就可以快速的找到其所要找的地方。以google map手机版为代表的地图服务。这类地图服务符合云计算的特点，用户只需要安装一个接入程序，其他的不需要准备任何东西。各种地图卫星图都可以通过在线下载来搞定。进行导航通过终端上内置的GPS就可以解决。而导航路线的计算则是通过手机终端发出指令，通过地图服务商的服务器集群进行计算，得出结果后返回到终端上。这样的功能不需要终端自身有什么强大的性能，完全依靠互联网和云服务商来完成。

4.3.3

[1]李永楠李德忠浅谈云计算优势、应用及发展

[2]哈尔滨工业大学工程一班浅谈云计算的发展前景与现实应用

[3]张云勇，陈清金，潘松柏，魏进武（中国联通研究院北京100048）云计算安全关键技术分析