1、概括

　　1.1 云计算概念

　　云计算(Cloud Computing) 是由分布式计算(Distributed Computing)、并行处理(Parallel Computing)、网格计算(Grid Computing)发展而来，是一种新兴的商业计算模型。目前，对于云计算的认识在不断的发展变化，云计算仍没有普遍一致的定义。

　　中国网格计算、云计算专家刘鹏给出如下定义：“云计算将计算任务分布在大量计算机构成的资源池上，使各种应用系统能够根据需要获取计算力、存储空间和各种软件服务。”

　　狭义的云计算指的是厂商通过分布式计算和虚拟化技术搭建数据中心或超级计算机，以免费或按需租用方式向技术开发者或者企业客户提供数据存储、分析以及科学计算等服务.比如亚马逊数据仓库出租生意。广义的云计算指厂商通过建立网络服务器集群，向各种不同类型客户提供在线软件服务、硬件租借、数据存储、计算分析等不同类型的服务目。广义的云计算包括了更多的厂商和服务类型，例如国内用友、金蝶等管理软件厂商推出的在线财务软件。谷歌发布的Goosle应用程序套装等。

　　通俗的理解是.云计算的“云”就是存在于互联网上的服务器集群上的资源，它包括硬件资源(服务器、存储器、CPU等)和软件资源(如应用软件、集成开发环境等).本地计算机只需要通过互联网发送一个需求信息。远端就会有成千上万的计算机为你提供需要的资源并将结果返回到本地计算机，这样，本地计算机几乎不需要做什么，所有的处理都在云计算提供商所提供的计算机群来完成。

　　1.2 云计算的关键特征

　　1.2.1 提供服务高质量、高可靠保证。云计算提供了安全的数据存储方式，能够保证数据的可靠性.用户无需担心软件的升级更新、漏洞修补、病毒的攻击和数据丢失等问题，从而为用户提供可靠的信息服务。云计算系统能够向用户提供满足要求的服务。能够根据用户的需求对系统作出调整，如用户需要的硬件配置、网络带宽、存储容量等。

　　1.2.2 具有高扩展性、可用性和可扩放性。云计算能够无缝地扩展到大规模的集群之上。甚至包含数千个节点同时处理131。云计算可从水平和坚直2个方向进行扩展。云计算系统必须保证向用户提供可靠的服务，保证用户能够随时随地地访问所需要的服务，并且用户的系统规模变化时，云计算系统能够根据用户的需求自由伸缩。

　　1.2.3 支持虚拟技术。云计算是一个虚拟的资源池，它将底层的硬件设备全部虚拟化，并通过互联网使得用户可以使用资源池内的计算资源。通过在一个服务器上部署多个虚拟机和应用，从而提高资源的利用率，当一个服务器过载时支持负载的迁移。

　　1.2.4 廉价性。云计算将数据送到互联网的超级计算机集群中处理，这样无需对计算机的设备不断进行升级和更新，仅需支付低廉的服务费用，就可完成数据的计算和处理，从而大大减少了成本资金。

　　1.2.5 自治性。云计算系统是一个自治系统，系统的管理对用户来讲是透明的，不同的管理任务是自动完成的，系统的硬件、软件、存储能够自动进行配置，从而实现对用户按需提供。

　　2、云计算发展现状

　　云计算与网络密不可分。云计算的原始含义是通过互联网提供计算能力。云计算直接起源与亚马逊和Google两个公司有十分密切的关系，它们最早使用到了“Cloud Computing”的表述方式。目前美国硅谷已经有150家涉及与计算的企业，新的商业模式层出不穷.公开宣布进入或支持云计算技术开发的业界巨头包括微软、谷歌、IBM、亚马逊、Netsuite、NetApp、Adobe等。

　　Google是云计算的提出者。2006年。Google启动了“Googlel01”计划，引导大学生们进行“云”系统的编程开发。2007年1O月，Google与IBM联合宣布，将把全球多所大学纳入类似G0ogle的“云计算”平台之中。随即，IBM在2007年11月推出了“蓝云”计算平台.为客户带来即买即用的云计算平台。它包括一系列的自动化、自我管理和自我修复的虚拟化云计算软件，使来自全球的应用可以访问分布式的大型服务器池。使得数据中心在类似于互联网的环境下运行计算。

　　亚马逊(Amazon)在云计算的发展中也起了重要的作用。该公司是著名的网络在线零售商，拥有众多的服务器，但利用率不到10％。新的云体系架构为大幅提高企业效益提供了机遇。2006年，亚马逊就开始在效用计算的基础上通过“Amazon Web Services”提供接人服务。在技术上，亚马逊研发了弹性计算云EC2和简单存储服务，为企业提供计算和存储服务。

　　IT界的另一巨头微软自然不甘落后。2008年1O月，微软推出了Windows Azure(译为“蓝天”)操作系统，通过在互联网架构上打造云计算平台，让Windows真正由PC延伸到“蓝天”上。2008年7月，雅虎、惠普和英特尔联合宣布将建立全球性的开源云计算研究测试床，称为OpenCirrus鼓励开展云计算、服务和数据中心管理等领域中各方面的研究。2010年初，云安全联盟(CSA)和Novell共同宣布了一项名为“可信任云协议的计划”，帮助云服务提供商开发被业界认可的安全和可互操作身份识别、访问和一致性管理的配置系统。

　　这些国际知名大公司在全世界建造了庞大的云计算中心。Google的搜索引擎有分布于200多个站点、超过100万台服务器的支撑，而且设施数量正在迅猛增长。2008年，IBM宣布投资4亿美元用于其设在美国和日本的云计算数据中心改造，并在1O个国家投资3亿美元建设13个云计算中心。微软已经配置了220个集装箱式数据中心，包括4_4万台服务器。目前.TT产业界和学术界的机构和个人纷纷加入云计算研发队伍，不断扩展其应用领域，可以说，云计算已经进入了高速发展期 。

　　3、云计算的关键技术

　　3.1 虚拟化技术

　　虚拟化技术是指计算元件在虚拟的基础上而不是真实的基础上运行，它可以扩大硬件的容量，简化软件的重新配置过程，减少软件虚拟机相关开销和支持更广泛的操作系统方面。通过虚拟化技术可实现软件应用与底层硬件相隔离，它包括将单个资源划分成多个虚拟资源的裂分模式，也包括将多个资源整合成一个虚拟资源的聚合模式。虚拟化技术根据对象可分成存储虚拟化、计算虚拟化、网络虚拟化等，计算虚拟化又分为系统级虚拟化、应用级虚拟化和桌面虚拟化目。在云计算实现中。计算系统虚拟化是一切建立在“云”上的服务与应用的基础。虚拟化技术目前主要应用在CPU、操作系统、服务器等多个方面，是提高服务效率的最佳解决方案。

　　3.2 分布式海量数据存储

　　云计算系统由大量服务器组成，同时为大量用户服务，因此云计算系统采用分布式存储的方式存储数据，用冗余存储的方式(集群计算、数据冗余和分布式存储)保证数据的可靠性。冗余的方式通过任务分解和集群，用低配机器替代超级计算机的性能来保证低成本，这种方式保证分布式数据的高可用、高可靠和经济性，即为同一份数据存储多个副本。云计算系统中广泛使用的数据存储系统是Google的GFS和Hadoop团队开发的GFS的开源实现HDFS。

　　3.3 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，因此，数据管理技术必需能够高效的管理大量的数据。云计算系统中的数据管理技术主要是Google的BT sT~lO数据管理技术和Hadoop团队开发的开源数据管理模块HBase。由于云数据存储管理形式不同于传统的RDBMS数据管理方式，如何在规模巨大的分布式数据中找到特定的数据，也是云计算数据管理技术所必须解决的问题[61。同时，由于管理形式的不同造成传统的SQL数据库接口无法直接移植到云管理系统中来，目前一些研究在关注为云数据管理提供RDBMS和SQL的接口，如基于Hadoap 子项目HBase和Hive等。另外，在云数据管理方面，如何保证数据安全性和数据访问高效性也是研究关注的重点问题之一。

　　3.4 编程方式

　　云计算提供了分布式的计算模式，客观上要求必须有分布式的编程模式。云计算采用了一种思想简洁的分布式并行编程模型Map—Reduce。Map—Reduce是一种编程模型和任务调度模型。主要用于数据集的并行运算和并行任务的调度处理。在该模式下，用户只需要自行编写Map函数和Reduce函数即可进行并行计算。其中，Map 函数中定义各节点上的分块数据的处理方法，而Reduce函数中定义中间结果的保存方法以及最终结果的归纳方法[71。

　　3.5 云计算平台管理技术

　　云计算资源规模庞大，服务器数量众多并分布在不同的地点，同时运行着数百种应用，如何有效的管理这些服务器，保证整个系统提供不问断的服务是巨大的挑战。云计算系统的平台管理技术能够使大量的服务器协同工作，方便的进行业务部署和开通，快速发现和恢复系统故障，通过自动化、智能化的手段实现大规模系统的可靠运营。

　　4、云计算面临的挑战

　　随着云计算的发展，互联网功能的日益强大，实现云计算系统面临着诸多挑战，现有的云计算系统的部署相对分散，未来发展所面临的挑战不可忽视。首先，从平台统一角度看。目前，云计算还没有形成统一的标准，服务器商众多，不同厂商的解决方案不同，各云计算平台之间不具互操作性直接影响了云计算的大规模市场化和商业应用。

　　其次，从数据安全的角度看，虽然云计算为存储数据提供了无限的空间，也为数据的处理提供了无限的计算能力，但是用户对于托管自己加密数据的云计算运营公司能否确保数据的安全还存在质疑.而且在使用云计算服务时，用户往往不清楚自己数据存放的位置，这样就会导致用户对数据安全的担心，云计算架构于互联网之上，传统安全问题依然存在，如病毒、木马的入侵、隐私信息的泄露等，新的安全问题也将浮出水面。另外，身份认证、授权与访问控制、责任认定、安全与隐私等技术问题也都还处于探索阶段。

　　再次，从用户体验的角度看.良好的网络性能也是云计算面临的挑战之一。用户使用云计算离不开网络，稳定较高的带宽是提供云计算服务的保障。此外，在云计算网络中完成信息的高效处理，云计算集群服务器要具备较高的性能，也要提供高性能的通信设备。

　　最后，从系统管理角度看，良好的互操作性也是需要解决的问题。

　　当一个云系统需要访问另一个云系统的计算资源时，必须要对云计算的接口制定合理高效的交互协议，使得不同云计算服务提供者相互合作，以便更好发挥云计算强大的服务。

　　另外，云计算的相关领域还存在许多不足，国内外的云计算研究都还处在起步阶段，云计算系统核心功能和管理还没有成熟的技术体系。不少公司虽然推出自己的云计算服务。但大都处于试验阶段.商业模式不成熟，对于如何充分发挥云计算作用、实现云计算的商业价值尚未形成明确的认识。

　　5、云计算的发展趋势

　　虽然云计算的发展面临着以上挑战和问题，但是云计算作为一种新兴的商业计算模式，它具有更低成本、更高的性能、更低的rr基础设施成本、更少的维护问题、更低的软件成本、更即时的软件更新、更强的计算能力、无限的存储容量、增强的数据安全、更容易的群组协作等优点，它改进了操作系统之间的兼容性，改进了文件格式的兼容性，消除了对特定设备的依赖，它的出现改变了用户使用习惯，改变了软件企业的销售方式，改变了开发者的开发模式，从而改变了整个rI’产业游戏规则 。在广大科研人员、运营商和大公司的支持下，云计算技术正以前所未有的速度扩张。

　　结合战略性新兴产业抢占先机，将云计算与下一代移动通信、物联网等新兴产业和两化融合、三网融合等新应用结合推进，通过示范工程加速推进云计算的行业应用。在积极争取国家产业政策扶持的同时.鼓励云技术创新、应用模式探索，以云应用服务作为云计算产业发展的切入点。支持企业、科研院所等开展云计算应用模式、服务模式研究，分析云计算应用对系统、设备、网络等资源的需求，指导企业、行业用户对现有信息化基础设施的改扩建.适应云计算的应用需要：通过组织实施云计算试点示范工程，探索云计算应用模式和服务模式的创新，推动云计算在各行各业中的应用：建立云计算公共服务平台.为中小企业提供云计算服务。云计算作为一种新兴的商业计算模式。在利益链的驱动下更会在多个领域扩大研发。同时，高校和科研机构也为云计算的理论和技术起到了很好的支撑的作用。