福州大学至诚学院学科概论与前沿综述（论文）题 目： 云计算关键技术研究与分析 姓 名： 吴文权 学 号： 211003256 系 别： 化学工程系 专 业： 应用化学 年 级： 10级 指导教师： 2012年 6 月 1 日 I云计算关键技术研究与分析摘要在分析现有定义的基础上对云计算提出了较全面的参考性定义,并给出了云计算的六大特征、四种部署模式和三种服务模式。此外，通过对云环境中三种角色的责任分析和对主流云计算产品的研究，抽象出了支撑云计算的关键技术，最后指出云计算对未来软件市场发展的影响。当今社会，PC依然是我们日常工作生活中的核心工具我们用PC处理文档、存储资料，通过电子邮件或与他人分享信息，如果PC硬盘坏了，我们会因为资料丢失而束手无策，而在“云计算”时代，“云”会替我们做存储和计算的工作。“云”就是计算机群，每个群包括了几十万台、甚至上百万台计算机。“云”的好处还在于，其中的计算机可以随时更新，保证“云”长生不老，Google就有好几个这样的“云”，其他IT巨头，如微软、雅虎、亚马逊（Amazon）也有或正在建设这样的“云”届时，我们只需要一台能上网的电脑，不需要关系存储或者计算发生在哪朵“云”上，但一旦有需要，我们可以再任何地点用任何设备，如电脑、手机等，快速地计算和找到这些资料，我们再也不用担心资料的丢失。关键词：云计算，分布式基础架构，分布系统，云服务，云部署 目 录第一章 引言31.1 云计算概念31.1.1 云计算特点31.1.2 云计算分类41.2 云计算发展现状5第二章 云计算的应用领域6第三章 云计算容错机制73.1云计算系统的容错和故障恢复73.1.1 多副本的数据73.1.2 Worker故障73.1.3 Master 故障73.1.4 应用程序容错8第四章 云计算发展趋势84.1正规的决策框架促进云投资的优化 84.2混合云计算是当务之急84.3云经纪业将促进云消费8结论10参考文献11 第一章 引言很少有一种技术能够像“云计算”这样，在短短的两年间就产生巨大的影响力。Google、亚马逊、IBM和微软等IT巨头们以前所未有的速度和规模推动云计算技术和产品的普及，一些学术活动迅速将云计算提上议事日程，支持和反对的声音不绝于耳。那么，云计算到底是什么？发展现状如何呢？1.1 云计算的概念美国加州大学伯克利分校在指出云计算既指在互联网上以服务形式提供的应用，也指在数据中心中提供这些服务的硬件和软件，而这些数据中心中的硬件和软件则被称为云。美国国家标准与技术研究院指出云计算由一个可配置的共享资源池组成，该资源池提供网络、服务器、存储、应用和服务等多种硬件和软件资源。资源池具备自我管理能力，用户只需少量参与就可以方便快捷地按需获取资源。云计算提高了资源可用性。Wikipedia和NIST都强调云计算中资源的按需提供。在对云计算范围的界定上， UCB认为云计算不包括私有云，而NIST则认为云计算包括私有云。本文认为NIST的定义主要从云计算提供者的角度出发，比较全面地涵盖了云计算的本质特征，但是缺乏对云计算使用者和云计算开发者的阐述。综上所述，本文提出自己的参考性定义:云计算是一种以提高资源利用率、降低IT成本为驱动的计算模式，在云计算中包括云服务使用者、云服务提供者和云服务开发者三类角色。云服务使用者可在不具备专业知识的情况下利用网络通过交互技术以自服务的方式访问云端资源。云服务提供者作为联系服务使用者和服务开发者的桥梁，以按需使用、按量计费的方式通过网络提供动态可伸缩资源，云服务提供者负责安全管理、运营支撑管理、服务平台以及资源平台，其中服务平台包括软件即服务SaaS(Software as a Service)、平台即服务PaaS(Platform as a Service)、基础设施即服务IaaS(Infrastructure as a Service)以及这三种服务的组合和管理。资源平台包括资源池、虚拟资源管理、物理资源管理等。云服务开发者负责将各种软硬件资源封装成服务，并负责服务的创建、发布和维护。1.1.1 云计算特点(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。(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，你按需购买；云可以像自来水，电，煤气那样计费。(7) 极其廉价：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私人机构（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（特别象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。1.1.2 云计算的分类 从服务方式角度来划分的话，云计算可分为三种：为公众提供开放的计算、存储等服务的“公共云”，如百度的搜索和各种邮箱服务等；部署在防火墙内，为某个特定组织提供相应服务的“私有云”；以及将以上两种服务方式进行结合的“混合云”。目前云计算市场的IAAS领域，EMC、亚马逊的EC2、浪潮信息、联想和方正科技等厂商就是代表；提供PAAS服务的厂商中，典型的有IBM的“蓝云”、微软的WindowsAzure、谷歌的APPS，以及国内的鹏博士、网宿科技等；最上面一层的SAAS领域，东软集团、用友、金蝶、金山、神州泰岳、北京讯鸟等皆为相应垂直领域的翘楚。1.2 云计算的发展现状中国云计算产业生态链的构建正在进行中，在政府的监管下，云计算服务提供商与软硬件、网络基础设施服务商以及云计算咨询规划、交付、运维、集成服务商、终端设备厂商等一同构成了云计算的产业生态链，为政府、企业和个人用户提供服务。虽然对云计算仍存在一些担忧，但随着概念的普及，产业界对于云计算逐渐形成了一个共识：如果忽视以云计算为代表的未来技术，中国将会在新一轮技术发展浪潮中落后于世界，中国需要抓住这一轮产业变革，占据国际产业分工制高点。早在2010年6月，胡锦涛总书记在两院院士大会上就指出，“互联网、云计算、物联网、知识服务、智能服务的快速发展为个性化制造和服务创新提供了有力工具和环境”，将云计算应用提上了创新生产方式的高度。10月，国家发展和改革委员会、工业和信息化部联合发布关于做好云计算服务创新发展试点示范工作的通知，确定在北京、上海、深圳、杭州、无锡五个城市先行开展云计算服务创新发展试点示范工作，进一步明确了国家发展云计算的总体思路和战略布局。中国云计算的产业化快速发展尚存在如用户认知不足、标准缺失、数据主权争议、可用性、稳定性担忧、用户锁定、服务质量难以规范等诸多障碍。其中，标准和安全这一对“翅膀”以及相关法律法规的完善是最为核心、也是最为迫切需要解决的核心问题。云标准之翼对于云的起飞至关重要。没有标准，云计算产业的发展就难以得到规范健康发展，难以形成规模化和产业化集群发展。标准的内容不仅包括技术标准，还要包括服务标准，解决无论是公共云、混合云还是私有云的从规划设计，到系统建设、再到服务运营、质量保障等环节中的各种问题。安全问题的解决是关系到云服务能否得到用户认可的关键要素。除了可能发生的大规模计算资源的系统故障外，云计算安全隐患还包括缺乏统一的安全标准、适用法规、以及对于用户的隐私保护、数据主权、迁移、传输安全、灾备等问题。中国的云计算产业发展必须在数据加密、迁移、备份以及位置控制方面进行深入的研究，保证云服务的易用性、可用性、稳定性、安全性。安全问题的解决还包括云计算相关法律法规的不断完善，增强用户使用云计算的信心。第二章 云计算的应用领域云计算应用领域中比如英国电信(BT)，2009年7月BT的全球服务部门(BTGS)和微软签署协议开展合作，基于微软的 Business Online Productivity Suite (BPOS) 为大型机构提供在线商务套件服务。通过将微软的BPOS集成到BT全球性、软件驱动的客户网络(21CN)中，英国电信提供了一个能保证更高的服务水平和网络性能的、完全托管的新兴融合服务。BT和微软为客户提供了一个基于云的商务协作工具，满足他们的语音及IT服务需求，同时帮助客户节约在网络设备、IT系统和其他基础设施方面的投资。BT还计划在此基础上，利用其国际领先的语音VPN平台对SIP协议的支持能力，将其全球语音业务集成到现有云服务中，提供融合度更高、更深的服务。美国的at&t以Synaptic 为品牌，通过与EMC等厂商的合作，自2009年5月起先后推出了Synaptic Storage、Synaptic Compute和Synaptic Hosting 等云服务，主要利用数据中心以及宽带优势为客户提供“可靠、灵活、安全”的数据存储、虚拟主机及应用托管服务。美国Verizon的CAAS(Computing as a Service)服务也在2009年6月正式推出，主要提供在线存储、虚拟主机和应用托管等服务。 总体来看，英国电信对云计算领域的探索代表了通信行业未来对外提供云服务的方向，那就是协同上下游建立产业链、发挥运营商的固有优势和资源，为客户提供高