全面解讀云計算中8項核心技術

　　ICCSZ訊 云計算的“橫空出世”讓很多人將其視為一項全新的技術，但事實上它的雛形已出現(xiàn)多年，只是最近幾年才開始取得相對較快的發(fā)展。確切地說，云計算是大規(guī)模分布式計算技術及其配套商業(yè)模式演進的產(chǎn)物，它的發(fā)展主要有賴于虛擬化、分布式數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)管理、編程模式、信息安全等各項技術、產(chǎn)品的共同發(fā)展。近些年來，托管、后向收費、按需交付等商業(yè)模式的演進也加速了云計算市場的轉(zhuǎn)折。云計算不僅改變了信息提供的方式，也顛覆了傳統(tǒng)ICT系統(tǒng)的交付模式。與其說云計算是技術的創(chuàng)新，不如說云計算是思維和商業(yè)模式的轉(zhuǎn)變。

　　下面詳細談一談云計算的核心技術。

　　云計算是一種以數(shù)據(jù)和處理能力為中心的密集型計算模式，它融合了多項ICT技術，是傳統(tǒng)技術“平滑演進”的產(chǎn)物。其中以虛擬化技術、分布式數(shù)據(jù)存儲技術、編程模型、大規(guī)模數(shù)據(jù)管理技術、分布式資源管理、信息安全、云計算平臺管理技術、綠色節(jié)能技術最為關鍵。

　　1、虛擬化技術

　　虛擬化是云計算最重要的核心技術之一，它為云計算服務提供基礎架構層面的支撐，是ICT服務快速走向云計算的最主要驅(qū)動力。可以說，沒有虛擬化技術也就沒有云計算服務的落地與成功。隨著云計算應用的持續(xù)升溫，業(yè)內(nèi)對虛擬化技術的重視也提到了一個新的高度。與此同時，我們的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，很多人對云計算和虛擬化的認識都存在誤區(qū)，認為云計算就是虛擬化。事實上并非如此，虛擬化是云計算的重要組成部分但不是全部。

　　從技術上講，虛擬化是一種在軟件中仿真計算機硬件，以虛擬資源為用戶提供服務的計算形式。旨在合理調(diào)配計算機資源，使其更高效地提供服務。它把應用系統(tǒng)各硬件間的物理劃分打破，從而實現(xiàn)架構的動態(tài)化，實現(xiàn)物理資源的集中管理和使用。虛擬化的最大好處是增強系統(tǒng)的彈性和靈活性，降低成本、改進服務、提高資源利用效率。

　　從表現(xiàn)形式上看，虛擬化又分兩種應用模式。一是將一臺性能強大的服務器虛擬成多個獨立的小服務器，服務不同的用戶。二是將多個服務器虛擬成一個強大的服務器，完成特定的功能。這兩種模式的核心都是統(tǒng)一管理，動態(tài)分配資源，提高資源利用率。在云計算中，這兩種模式都有比較多的應用。

　　2、分布式數(shù)據(jù)存儲技術

　　云計算的另一大優(yōu)勢就是能夠快速、高效地處理海量數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)爆炸的今天，這一點至關重要。為了保證數(shù)據(jù)的高可靠性，云計算通常會采用分布式存儲技術，將數(shù)據(jù)存儲在不同的物理設備中。這種模式不僅擺脫了硬件設備的限制，同時擴展性更好，能夠快速響應用戶需求的變化。

　　分布式存儲與傳統(tǒng)的網(wǎng)絡存儲并不完全一樣，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡存儲系統(tǒng)采用集中的存儲服務器存放所有數(shù)據(jù)，存儲服務器成為系統(tǒng)性能的瓶頸，不能滿足大規(guī)模存儲應用的需要。分布式網(wǎng)絡存儲系統(tǒng)采用可擴展的系統(tǒng)結構，利用多臺存儲服務器分擔存儲負荷，利用位置服務器定位存儲信息，它不但提高了系統(tǒng)的可靠性、可用性和存取效率，還易于擴展。

　　在當前的云計算領域，Google的GFS和Hadoop開發(fā)的開源系統(tǒng)HDFS是比較流行的兩種云計算分布式存儲系統(tǒng)。

　　GFS(Google File System)技術：谷歌的非開源的GFS(GoogleFile System) 云計算平臺滿足大量用戶的需求，并行地為大量用戶提供服務。使得云計算的數(shù)據(jù)存儲技術具有了高吞吐率和高傳輸率的特點。

　　HDFS(Hadoop Distributed File System)技術：大部分ICT廠商，包括Yahoo、Intel的“云”計劃采用的都是HDFS的數(shù)據(jù)存儲技術。未來的發(fā)展將集中在超大規(guī)模的數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)加密和安全性保證、以及繼續(xù)提高I/O速率等方面。

　　3、編程模式

　　從本質(zhì)上講，云計算是一個多用戶、多任務、支持并發(fā)處理的系統(tǒng)。高效、簡捷、快速是其核心理念，它旨在通過網(wǎng)絡把強大的服務器計算資源方便地分發(fā)到終端用戶手中，同時保證低成本和良好的用戶體驗。在這個過程中，編程模式的選擇至關重要。云計算項目中分布式并行編程模式將被廣泛采用。

　　分布式并行編程模式創(chuàng)立的初衷是更高效地利用軟、硬件資源，讓用戶更快速、更簡單地使用應用或服務。在分布式并行編程模式中，后臺復雜的任務處理和資源調(diào)度對于用戶來說是透明的，這樣用戶體驗能夠大大提升。MapReduce是當前云計算主流并行編程模式之一。MapReduce模式將任務自動分成多個子任務，通過Map和Reduce兩步實現(xiàn)任務在大規(guī)模計算節(jié)點中的高度與分配。

　　MapReduce是Google開發(fā)的java、Python、C++編程模型，主要用于大規(guī)模數(shù)據(jù)集(大于1TB)的并行運算。MapReduce模式的思想是將要執(zhí)行的問題分解成Map(映射)和Reduce(化簡)的方式，先通過Map程序?qū)?shù)據(jù)切割成不相關的區(qū)塊，分配(調(diào)度)給大量計算機處理，達到分布式運算的效果，再通過Reduce程序?qū)⒔Y果匯整輸出。

　　4、大規(guī)模數(shù)據(jù)管理

　　處理海量數(shù)據(jù)是云計算的一大優(yōu)勢。那么如何處理則涉及到很多層面的東西，因此高效的數(shù)據(jù)處理技術也是云計算不可或缺的核心技術之一。對于云計算來說，數(shù)據(jù)管理面臨巨大的挑戰(zhàn)。云計算不僅要保證數(shù)據(jù)的存儲和訪問，還要能夠?qū)Ａ繑?shù)據(jù)進行特定的檢索和分析。由于云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)管理技術必需能夠高效的管理大量的數(shù)據(jù)。

　　Google的BT(BigTable)數(shù)據(jù)管理技術和Hadoop團隊開發(fā)的開源數(shù)據(jù)管理模塊HBase是業(yè)界比較典型的大規(guī)模數(shù)據(jù)管理技術。

　　BT(BigTable)數(shù)據(jù)管理技術：BigTable是非關系的數(shù)據(jù)庫，是一個分布式的、持久化存儲的多維度排序Map.BigTable建立在 GFS, Scheduler, Lock Service和MapReduce之上，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的設計目的是可靠的處理PB級別的數(shù)據(jù)，并且能夠部署到上千臺機器上。

　　開源數(shù)據(jù)管理模塊HBase:HBase是Apache的Hadoop項目的子項目，定位于分布式、面向列的開源數(shù)據(jù)庫。HBase不同于一般的關系數(shù)據(jù)庫，它是一個適合于非結構化數(shù)據(jù)存儲的數(shù)據(jù)庫。另一個不同的是HBase基于列的而不是基于行的模式。作為高可靠性分布式存儲系統(tǒng)，HBase在性能和可伸縮方面都有比較好的表現(xiàn)。利用HBase技術可在廉價PC Server上搭建起大規(guī)模結構化存儲集群。

　　5、分布式資源管理

　　云計算采用了分布式存儲技術存儲數(shù)據(jù)，那么自然要引入分布式資源管理技術。在多節(jié)點的并發(fā)執(zhí)行環(huán)境中，各個節(jié)點的狀態(tài)需要同步，并且在單個節(jié)點出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)需要有效的機制保證其它節(jié)點不受影響。而分布式資源管理系統(tǒng)恰是這樣的技術，它是保證系統(tǒng)狀態(tài)的關鍵。

　　另外，云計算系統(tǒng)所處理的資源往往非常龐大，少則幾百臺服務器，多則上萬臺，同時可能跨躍多個地域。且云平臺中運行的應用也是數(shù)以千計，如何有效地管理這批資源，保證它們正常提供服務，需要強大的技術支撐。因此，分布式資源管理技術的重要性可想而知。

　　全球各大云計算方案/服務提供商們都在積極開展相關技術的研發(fā)工作。其中Google內(nèi)部使用的Borg技術很受業(yè)內(nèi)稱道。另外，微軟、IBM、Oracle/Sun等云計算巨頭都有相應解決方案提出。

　　6、信息安全調(diào)查

　　數(shù)據(jù)表明，安全已經(jīng)成為阻礙云計算發(fā)展的最主要原因之一。數(shù)據(jù)顯示，32%已經(jīng)使用云計算的組織和45%尚未使用云計算的組織的ICT管理將云安全作為進一步部署云的最大障礙。因此，要想保證云計算能夠長期穩(wěn)定、快速發(fā)展，安全是首要需要解決的問題。

　　事實上，云計算安全也不是新問題，傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)存在同樣的問題。只是云計算出現(xiàn)以后，安全問題變得更加突出。在云計算體系中，安全涉及到很多層面，包括網(wǎng)絡安全、服務器安全、軟件安全、系統(tǒng)安全等等。因此，有分析師認為，云安全產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，將把傳統(tǒng)安全技術提到一個新的階段。

　　現(xiàn)在，不管是軟件安全廠商還是硬件安全廠商都在積極研發(fā)云計算安全產(chǎn)品和方案。包括傳統(tǒng)殺毒軟件廠商、軟硬防火墻廠商、IDS/IPS廠商在內(nèi)的各個層面的安全供應商都已加入到云安全領域。相信在不久的將來，云安全問題將得到很好的解決。

　　7、云計算平臺管理

　　云計算資源規(guī)模龐大，服務器數(shù)量眾多并分布在不同的地點，同時運行著數(shù)百種應用，如何有效地管理這些服務器，保證整個系統(tǒng)提供不間斷的服務是巨大的挑戰(zhàn)。云計算系統(tǒng)的平臺管理技術，需要具有高效調(diào)配大量服務器資源，使其更好協(xié)同工作的能力。其中，方便地部署和開通新業(yè)務、快速發(fā)現(xiàn)并且恢復系統(tǒng)故障、通過自動化、智能化手段實現(xiàn)大規(guī)模系統(tǒng)可靠的運營是云計算平臺管理技術的關鍵。

　　對于提供者而言，云計算可以有三種部署模式，即公共云、私有云和混合云。三種模式對平臺管理的要求大不相同。對于用戶而言，由于企業(yè)對于ICT資源共享的控制、對系統(tǒng)效率的要求以及ICT成本投入預算不盡相同，企業(yè)所需要的云計算系統(tǒng)規(guī)模及可管理性能也大不相同。因此，云計算平臺管理方案要更多地考慮到定制化需求，能夠滿足不同場景的應用需求。

　　包括Google、IBM、微軟、Oracle/Sun等在內(nèi)的許多廠商都有云計算平臺管理方案推出。這些方案能夠幫助企業(yè)實現(xiàn)基礎架構整合、實現(xiàn)企業(yè)硬件資源和軟件資源的統(tǒng)一管理、統(tǒng)一分配、統(tǒng)一部署、統(tǒng)一監(jiān)控和統(tǒng)一備份，打破應用對資源的獨占，讓企業(yè)云計算平臺價值得以充分發(fā)揮。

　　8、綠色節(jié)能技術

　　節(jié)能環(huán)保是全球整個時代的大主題。云計算也以低成本、高效率著稱。云計算具有巨大的規(guī)模經(jīng)濟效益，在提高資源利用效率的同時，節(jié)省了大量能源。綠色節(jié)能技術已經(jīng)成為云計算必不可少的技術，未來越來越多的節(jié)能技術還會被引入云計算中來。

　　Carbon Disclosure Project(碳排放披露項目，簡稱CDP)近日發(fā)布了一項有關云計算有助于減少碳排放的研究報告。報告指出，遷移至云的美國公司每年就可以減少碳排放8570萬噸，這相當于2億桶石油所排放出的碳總量。

　　總之，云計算服務提供商們需要持續(xù)改善技術，讓云計算更綠色。