时间：2023-07-12 17:07:52
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇云计算的主流技术，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
从业企业应抓紧标准之手
从2007年开始，各种涉及云架构、云安全、云存储、云网络的标准应运而生。近两年，一些主流标准组织的工作渐渐形成气候，通过致力于分布式IT系统的有效管理，聚合众多IT厂商一起进行管理系统的开发、应用及改进等标准化工作的DMTF（Distributed Management Task Force，分布式管理任务组），以及公布了首个云存储标准的SNIA（Storage Networking Industry Association，全球网络存储工业协会），提出SaaS标准、监管XML和WSDL以及OASIS标准的W3C （World Wide Web Consortium，万维网联盟）、IEEE、IETF等标准组织的成果，让云化数据中心的骨架越来越清晰。
但是到目前为止，云计算应用还处在起步阶段，很多标准也还未完全成熟。面对五花八门的标准组织和标准文档，国内众多计划借助云计算契机发展的企业不免有些迷茫。但在华为行业标准部总监罗忠看来，借鉴华为多年参与行业标准和国际标准组织工作的经验，国内产业链内的企业反而应该抓住参与到云计算主流标准制订工作的机会。从提升研发和产品质量的维度来看，参与标准的制订，一方面可以让国内的相关产品、解决方案真正符合国际主流标准，很好地进入市场，被市场最大化地接受；另一方面，通过标准的参与还可以得到更多的业界一手信息，反过来推动、提升国内相关产品、解决方案的质量和性能。
他强调，产业链内的企业需要关注云与行业应用的紧密结合，而智能电网、能源行业、智能交通、电子政务、零售等行业，将是未来可能与云密切相关的领域。通过标准组织，企业会获得更多的商业机会。跟踪主流标准的轨迹应该锁定三个层面：数据中心大二层网络的互联标准（如SPB、TRILL标准和802.1协议标准等），与云高度相关的移动宽带领域的标准以及移动客户端的相关标准。
行业用户期待标准更具开放性
腾讯资深网络架构师杨志华告诉记者，在数据中心规模不断扩大的过程中，腾讯很早就认识到了标准化的重要性。对于云化数据中心架构的复杂性和管理问题，他们感到十分担忧，更希望未来有整合的品牌来为腾讯完成云规划。对于云数据中心的建设，能耗问题也是他们非常关注的。“我们希望市场上能出现‘模块化’或‘集装箱式’的数据中心，以便解决能耗等问题。”杨志华认为，云化数据中心的成本效益必然要基于标准才能得以体现。
对于云计算市场的标准化，大多数企业用户一直报以期待态度，呼唤市场中的相关云产品渐渐形成统一、开放的标准。但是当前，各企业及标准组织显然依旧在进行博弈。以网络市场为例，目前由IEEE、IETF提出的倡导大二层网络架构的SPB、TRILL等开放标准虽然暂时占据了市场的主流，但是由Juniper等厂商提出的倡导一层网络架构的私有标准也同样占有一席之地。
面对云化数据中心的建设，就记者采访的来自互联网、铁路和军队系统的行业用户的意见来看，他们似乎更看好开放标准，而不是厂家提出的私有协议。
他们认为，目前相对主流的TRILL和SPB标准都是为了有效利用节点和分布式特性将网络架构变得更为灵活。而未来，这两种标准很可能会出现融合之势，最终适应各类数据中心业务规模和设计的不同，共同解决云化数据中心网络层面的问题。
升级后的云海OS V2.0重点在开放性、标准化和层次化、构件化方面进行了改进，不仅可按需购买和部署，满足云计算数据中心不同阶段的管理需求，而且形成了一套成熟的API应用接口标准，广泛兼容业界其他厂商的产品。
浪潮集团系统软件总监、云计算产品研发部总经理张东介绍说，云海OS V2.0是浪潮完成云基础架构技术布局之后的重要技术升级产品，它采用开放、融合的技术理念，对于形成云数据中心开放融合的技术标准、建立融合共生的云计算生态体系具有积极的推动作用。
张东说，云海OS V2.0具有五大特点，首先是自主设计、安全可控，云海OS V2.0是国内首款拥有全自主知识产权的产品，其系统架构全部为自主设计，并建立了多层次的安全体系，对用户的信息安全提供全面保障；其次是具有广泛兼容的开放架构，云海OS V2.0既兼容主流厂商的服务器、存储、网络设备和主流服务器虚拟化产品，同时提供完善、开放、可扩展的API，方便其他厂商在此平台上的软件开发和应用优化；第三是构件化、可扩展的系统设计，云海OS V2.0由资源虚拟化、资源调度、运维管理、计量计费、自助服务等功能模块组成，可按需部署，并可扩展；第四是全生命周期资源服务，用户可通过自助式门户进行便捷的资源按需获取，按量计费；最后是智能高效、统一管理，通过云海OS V2.0一站式管理界面，可实现数据中心各种资源的统一管理。
目前，我国云计算已进入应用落地的快速发展期，作为云计算基础的数据中心也面临着从传统的部署管理模式向云计算数据中心转型的问题。张东认为，短期看，广泛兼容的操作系统能够让用户更好地开始云计算转型，但从长期看，用户在成长过程中更需要构件化、层次化的软件系统。当前，我国大部分数据中心仍以资源集中整合为主要需求，云操作系统对于异构设备的兼容性是普遍存在的技术问题。而整合完成后，用户对计费、备份等增值功能的需求就显现出来，因此，要求云操作系统能够按需购买、模块化添加。
云海OS自去年推出后，已有不少成功应用的案例，像青岛的“卫生云”、枣庄地税、上海青浦区“电子政务云”等。上海市青浦区信息化服务中心主任薛赟蓓介绍说，青浦区应用浪潮云海OS+天梭TS850整体解决方案，进行了一期电子政务云建设，能源成本降低了50%以上，新业务的部署时间从以月为单位变成以分钟为单位，同时，系统的利用率大大提高。薛主任说，他们的这一项目还被评为“2011年上海市云计算应用示范项目”，后期他们将继续加大整合力度，并部署更多的高级管理组件。
云计算成为主流共识
云计算能够成为IT 创新实践的主流要归功于如下三方面的因素：
首先，过去十几年来，技术的进步让大规模、集中化计算的构想渐渐化为現实——CPU、GPU的多核进化及虚拟化技术的日趋完善，为信息系统的高性能和低功耗找到了重要的突破点；更大的互联网带宽则使实时的、多元的、复杂的计算应用成为可能；海量存储、数据挖掘、人工智能等技术的不断发展也带来了更快捷、更精确、更人本化的互联网服务。
其次， 我说，云计算是被逼出来的。随着数据越来越多，软件越来越复杂，终端越来越多样，计算量越来越大，服务器和PC客户端已经不能满足用户需求，云计算应运而生， 海量数据成新的生产要素。在未来的5-10年，数据大爆炸仍将持续。据统计，到2015年就将有250亿网的设备，包括智能电表、智能汽车、智能建筑、智能电视、平板电脑、智能手机、移动健康监测设备和传统PC，它们将产生1.6 Zetta Bytes (1021字节)，这是目前全球云计算网络年度流量（130 Exa Bytes,1018字节）的12倍。因此，产业必须依靠云计算才能发展下去。
其三，新商业模式的涌現，让个人和企业用户看到了不同于以往的趋势和可能。多年前我曾指出，“服务化”将成为软件产业的一个趋势，現在看来，这个趋势无疑更加明显。软件不再只是封装（或预装）好的“商品”，还可以通过在线服务、随需租用、附带广告的免费版本等多种多样的形式来获取。此外，P2P资源分享、视频点播、信息搜索、LBS（基于位置的服务），这些都是传统软件不易实現的功能，必须依赖“云”之上的大规模计算资源。
借助大规模数据中心，云计算将提供无限的计算资源、存储容量和处理能力，可以帮助解决全球各地医疗、环境、能源、科研等诸多领域的重大难题，同时也会带来技术架构、商业模式和产业格局的重大转变。基于“云”的多维的创新，将成为推动世界健康、可持续发展的变革的重要力量。
云计算作为新一代信息技术、物联网、移动互联网的神经中枢，一些发达国家和跨国企业已经投入巨资，积极部署云计算的基础架构、操作系统、应用平台，以及开发大量的应用和服务。目前中国政府对云计算高度重视，这非常具有远见。我认为，在推动云计算发展过程中，还须把握核心特征，厘清概念，避免认识误区。
迈向云的征程
从全球看，2011年是云计算产业“稳健”发展的一年。以美国为例，美国“云”的发展要比中国快很多，无论是政府公共服务、中小企业还是大企业，虚拟化和“云”化的程度都很高，过去几年中，微软、亚马逊、苹果、谷歌、Facebook和许多新公司（如Dropbox和Zynga
等）在“云”上已经推出了很多革命性的产品和服务，并逐步得到用户的认可。但不可否认的是，这些在中国却还鲜见。
尤其值得重视的是，以2011年2月初美国联邦政府《联邦云计算战略》白皮书为标志，意味美国已经将云计算提高到了国家战略的高度。在白皮书中，美联邦政府将明确度量云计算产生的效益、注意事项和选择条件；提供决策框架和应用案例，指导各部门向云平台迁移；进一步加强云计算设施的部署力度；制定联邦政府的行动计划，确定相关部门的职责，推动云计算的部署。这意味着在过去的12个月里，美国联邦政府在发展云计算应用方面的开支达200亿美元，占美国联邦政府IT总开支的1/4。
中国政府和企业同样也对“云”有了更深的认识。在中国，很多IT企业“云”战略、推出“云”产品，运营商也开始部署基于“云”的应用。对于中国IT产业而言，云计算带来的最大机会在于如何以人、数据和服务为中心，发展出凌驾于云和端之上的社会化网络平台，并推出涵盖搜索、广告、社交与商业的多元化应用。尤其是基于云计算的应用平台，具有很强的区域性和本地特色，相信中国企业在这一领域有巨大的机会。
中国云实践的挑战
正如之前提到的，中国云实践的普及是一个循序渐进的过程，有四个挑战是我们必须面对的。
第一是要解决“谁来建设云基础设施”的问题——随着改革开放步伐的不断加快，近年来中国企业的全球竞争力得到了很大的提升，但总体上，绝大多数中国企业目前还缺少足够的资源和实力去建立大型的云计算平台。这是由于云计算基础设施建设需要巨大的资金投入、长时小企业普遍不具备这样的资源、实力和战略。大型国企普遍缺乏灵活的机制和创新的动力。
第二是怎样确保云计算平台的可靠性与安全性。用户固然可以不必知道自己的数据被存储在哪个地方的服务器里，但却十分关注这些“数字资产”是否不会丢失、损坏甚至是被窃取，所以云服务商本身必须具有长久运营的实力，以及保护用户隐私及机密信息的技术和信誉，这才可能使“云”高度可靠。
第三是如何实現云平台的可跨越性、数据格式与标准的统一性、信息和应用的可移植性。举例来说，原本使用A云服务的企业若希望将所有数据和软件转移到B的平台上，是否必须经过繁琐漫长的转换与迁移过程？如果是，那就势必会大大削弱云计算本身的价值。
第四是云计算基础架构部署带来的挑战。一个大型数据中心需要上百万台高性能服务器，这就对构建这种大规模数据中心的地点提出了很高的要求——至少需要在各种自然灾害发生几率较小、并且有着稳定可靠电力供应的区域，而且在设计和运维数据中心的全过程中，都应当贯彻“绿色IT”的理念和解决方案。因为能源供给和制冷占数据中心运营费用的50%以上。
针对这些挑战，我的建议是：
一、建立政府和企业共同投入、遵循市场化规则运作的“云计算基金”，来扶持和帮助国内云计算产业尽快形成。政府的责任在于投资、评估和激励，如提供种子基金、制定一些明确的政策倾斜与帮扶措施（如税务层面的优惠），来吸引国内外企业投资和参与中国云计算产业，但无需对该基金以及随之形成的产业做太多干预——也就是说，云计算基金的投资应当是开放的、国际化的、市场化运作的。
二、政府应鼓励科研单位和国内企业积极参与国际云计算相关标准（特别是数据标准）和规范的制定，谋求在该领域国际技术标准的主导者地位。然而在争取主导权的同时，也要意识到，开放与合作更重要。所以在云计算标准研发的过程中，应以确保数据互通是国际兼容的、跨厂商、跨平台的，这样才能确保中国不致成为云时代的信息孤岛。
关键词：云计算；SAS；应用；服务
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2012）34-8165-06
1 概述
当软件变得更加复杂，处理更大和更复杂的数据集合时，管理运行这些应用程序的计算机系统也变得更加具有挑战性。新的系统架构，如网格计算的并行处理和多层次的计算机体系结构的设计便是为了扩展优化这种处理性能。这种环境使硬件配置根据用户需求提供匹配的数据挖掘和强大的分析功能。IT组织管理人员，负责安装和管理这些系统的人员面临严峻的挑战，这种需求超越他们的资源能力。这是因为每个供应商和软件系统都有自己独特的电脑配置要求，因此需要一个全职成员验证每个安装的执行和系统的管理维护。这使得云计算必须面对软件解决方案复杂性和独特要求，同时提供给用户在更快更廉价的计算服务，因此云计算要改变方式。众所周知，软件在交付给用户的方式上正经历根本性改变。从历史上看，它经历了几个阶段的演变，现在在应用于云计算后正经历另一个革命性的飞跃。早期的软件开发，软件处理主要驻留在计算机主机。用户连通过一个只显示文本的单色监视器终端接到主机，所有的计算过程及相关文件都在主机进行集中处理。随着个人电脑时代的来临，用户的桌面处理能力变得更加强大，软件安装和转移都在电脑桌面上完成。SAS（全称为Statistics Analysis System，统计分析系统）软件就反映了这种从应用与大型机的早期版本到应用于PC机的8/9版本演变。[1]SAS软件现在大都提供下载，其复杂的多元服务更把软件使用带入到新的云计算环境中来。大众市场接受如谷歌和亚马逊的计算服务有助于推动云计算的发展。复杂的软件配置正转移到一个单独的服务器组，实现对内部资源或个人软件用户的外部管理。这些新系统的软硬件处在“云”后的数据中心，实现单独管理并通过互联网访问。而后通过网页浏览器交付给用户，所以不再需要进行冗长的安装、验证、版本升级和其他相关的软件维护工作。便携性，即能够获得相关的软件和数据的能力结合外包复杂软件系统的管理的能力，对于SAS这样的软件来说更高效也尤为必要。[2]
2 促进云计算发展的因素
有许多因素促进了云计算发展，其中有技术进步因素，也有市场和经济因素。下面列出了一些当前环境下促进云计算发展的主要因素[3]。
1）远程通信――随着光纤和宽带技术的应用，支持高速语音通信和数据连接，促进了云计算的发展。
2）计算机硬件――个人电脑的大规模生产和消费电脑已成为主流，个人电脑最初虽为个人使用而设计，但是也可以通过网络化聚集网成强大的网络系统，可以与超级计算机相媲美，成为云计算的中坚力量。伴随新软件集群的商品化硬件，使得云计算不再局限于大型机构。
3）开放源――分散式的软件开发方法允许个人通过网络协同编写复杂操作系统的程序代码以开发、更新、升级操作系统，Linux就是一例。开放源码软件也对云计算的核心组件――网络服务器技术中有重要作用。
网站上的带有中间件的服务器端软件，如基于XML客户端的组件，成为许多云计算应用的基础
在这些随着中间件服务器包括客户端为基础的成分都是开放源码的形成许多云计算应用基础。
4）Web 2.0――上述硬件和软件技术的结合产生了新的计算平台，Web 2.0就是其中之一。基于Web 2.0的应用程序互动性更强，操作界面更简洁，其应用于云计算也是促进云计算成为计算主流的因素之一。
5）网络发展――云计算需要利用网络并通过网络分享一些核心技术，因此与网络有着共生关系。
6）云计算服务――一些技术和运作成熟的大型公司如谷歌、亚马逊和IBM等，在向组织和个人提供的大型计算业务中采用云计算，设计制作了许多实施云计算的软件和硬件基础设施开发工具。在现有的设施基础上将会有越来越多的新的云计算服务开始提供给企业和个人。
7）外包IT――当前经济环境下，许多公司将外包作为一种削减成本保持竞争力的手段，外包IT的各种不同部分。为了削减成本，外包软件系统安装的能力本身也可以成为服务外包的对象。外包可以使企业组织将资源集中于经营业务，故而推动云计算这类软件即服务的发展。
8）移动计算――随着手提设备如手机、笔记本电脑的不断发展，满足了用户异地访问信息的需要，这也为云计算的发展提供了契机。眼下，网络浏览器是在云中向客户软件的主宰方式，移动计算代表着此方式的未来。
3 云计算的组件
云计算由若干种组件构成，关键组件有比如Web 2.0和SaaS（Software as a Service，软营模式）[4]。
1） Web 2.0――云计算中植入了很多Web 2.0的设计思想以及使用技术，一些国际著名企业公司比如eBay、Craigslist和Wikipedia等都运用Web 2.0技术。首先，Web 2.0的运用极大地利用了互联网用户的协同工作；其次，Web 2.0在互联网上具有接入性好、界面互动性、支持多媒体等优点。
2）SaaS――软营模式，即软件无需安装在用户电脑上或者局域用户组服务器上。软营模式省去了互联网上的程序安装、验证以及组件支持工作。以SAS为例，用户无需执行安装，由应用服务提供商（application service provider，ASP）在互联网上的软件功用，集中安装在用户共享的服务器上，用户可以登录获取核心逻辑相关数据，并通过浏览器界面或者远程链接桌面使用。软营模式非常适合于较为复杂精密的系统，这样的系统所需要的计算机资源以及技能往往超越用户极其支持组的能力范围。云计算的核心逻辑代码可以通过网络集中并传播，因此软营模式非常适用。
4 云计算环境下SAS的运行条件与步骤
本节主要讨论云计算应用的关键条件与步骤，以在云环境中使用Websas和ClinicalSMS等临床安全数据管理为例，详细步骤如下：
4.1 用户登录
云计算软件提供商设置唯一的URL链接，使用户可通过互联网登录云计算，URL设置需要考虑以下几个方面：
1）浏览器兼容性―支持的主流浏览器包括Microsoft Internet Explorer和Mozilla Firefox。有些应用需要支持Google Chrome和Safari。不同浏览器的HTML和JavaScript都不尽相同，首先要确定用户所使用的浏览器，而后在与用户所使用浏览器相匹配的HTML和JavaScript。
2）连接速度――由于用户上网方式不同，从而导致连接速度不同，所以必须优化系统以支持速度最低的用户：可以通过优化JPEG或GIF压缩来优化图像文件；对于通用的图片、XML或者脚该文件，可以在窗口中下载。这些操作都会在内存中读取，会在使用中加速响应。
3）安全套接字――保障服务器与客户端浏览器之间的通信安全。虽然可以使用不同的协议，比如SSL等，但是非标准端口时而会打开（默认端口是http：//myserver：80）。对于内网来说，通过控制路由器便可以在非标准端口上实现通信。而对于外网云计算来说，则需要标准端口号。从而必须设计服务器安全通信系统，并限制连接“云”的次数。
4）移动设备――用户通过移动设备比如iPhone或者其他智能手机上网时，则需要针对不同手机浏览器调整软件方式，为手机定制应用程序，优化功能。
4.2 安全性
SSL是使用最广泛的安全协议，安全套接字层将输入浏览器的信息编码，从客户端传送到服务器，保证一些诸如密码等关键数据的安全。除此之外，也有其他一些措施优化云计算服务的安全性。
1）访问控制列表――用户通过注册帐号登录服务器，可以通过服务器操作系统设置访问控制层，针对不同用户功能角色设置权限，授权管理员账户。当用户超权限访问云时，将被从服务器操作系统中删除。
2） 用户与数据访问――通过访问控制列表识别并验证用户，授权用户端访问IP，根据角色限制用户访问权。
3）密码规则与过期――首先，设置用户密码过期时限，要求其定期输入新密码以确保安全。密码字符由数字与字母或者特殊字符组合而成，以增强安全性，防止黑客盗取。其次，用户登陆后长时间无操作，则要求重新输入密码登录，设置参考时间可为10分钟左右。
4.3 网页浏览
网页界面可采用弹出式菜单，保证高速和友好互动性。
4.4 动态丰富用户界面
采用鼠标移动式信息提醒或者气泡信息提醒方式，树状浏览模式以及拖曳式复制方式。
4.5 用户通信
用户通过内置嵌入的电子邮件互相联系。SMS或者其他短消息发送软件也可以在云中使用。
4.6 系统与用户设置
云计算应用集中安装，用户个别登录访问，需要通过管理员帐户设置用户登录选项与访问背景等参数，并在服务器上保存每个用户的资料信息与参数设置，并设置用户登录后超时无操作，要求重新输4.7 可扩展服务器
根据动态业务需要，根据所需处理的数据资料量，云计算服务器应做到即时添加或者减少。可以采取使用VM虚拟机或者动态控制分配服务器运行数量的方式来实现。例如，通过Websas实现对某一应用不同数量服务器的分配，服务器数量用数字加中括号表示。每一个应用服务器在不同的TCP套接字端口处理请求，允许不同端口上的动态通信，避免应用服务器之间的冲突。以ClinicalSMS为例，应用服务器以缩写形式表述为：
其代表由三个应用服务器提供服务，使用TCP025至5030端口。当用户通过浏览器发出请求时，系统将会自动分配指定这三个处理相同应用的服务器受理，每一个应用服务器通过自身TCP套接字避免通信冲突，可表述为：
其代表30个不同应用服务器受理大用户组发出的同一应用请求。
管理员可以根据需求变化动态添加或者移除应用，灵活配置。
5 结束语
通常来讲，软件越复杂，用户使用起来将约方便。因为软件开发的目的在于简化使用，降低管理要求，从而用户可以通过互联网访问使用复杂、精密的软件。商务活动、公网建设以及经济条件影响下网络技术的发展成为云计算解决方案实现的催化剂。云计算环境下解决方案的成功实施步骤需要综合考虑客户端与服务器情况。客户端改变的根本动因在于商务活动与科技的发展，留给譬如SAS之类的复杂解决方案的挑战恰恰就在于调整服务器端以适应云计算环境下的功能。
参考文献：
[1] 维基百科.统计分析系统[EB/OL].（2012-08-19）[2012-09-20].http：///wiki/SAS系统.
[2] 卢军.云计算离企业应用有多远？[J].信息系统工程，2008（7）：31-33.
当前热门的云计算拥有近乎无限的计算、存储、数据通信能力。云计算对IT资源的大规模集中运营,可极大地优化基础资源的分布与调度。理想的云计算业务模型(如图1所示)对于使用云计算服务的企业或个人而言,能够满足业务的最佳方式为计算能力按需增长、应用部署快速实现、工作负载可动态调整、投入成本规划可控;对于云计算服务供应商而言,为满足大量客户(个人或企业)的IT资源需求,其运营的IT基础架构需要有一个大规模的资源池,可基于服务客户数量的增长、客户业务负载增长的需求变化,提供与之匹配的IT资源支持能力。
大规模的IT集中建设与运营,带来的将是大幅度的成本节约效应。提供云计算服务的IT架构必然是集结了大规模基础资源的数据中心“超级航母”。在大规模云计算运营趋势下,IT基础组件必然走向全面标准化,以使得云所支撑的各部分可以在保持发展的同时相互兼容。当前虚拟化标准组织、云计算标准化组织已经基本形成,它们的工作目的就是制定云计算不同组件、不同技术之间的公共接口,这样,众多的软硬件供应商就能够在云计算环境下提供互通、协作的标准化产品,以求在远期目标上使得云计算的大规模IT运营架构逐步摆脱隔离性、垄断性,使公共服务得以构建在开放的公共化标准技术基础上,并随着技术发展而持续降低成本。
大规模的计算网络,在基础形态上主要有两种模式:虚拟化计算与集群计算。其实这两种方式并非完全地割离,既可分别部署,也可相互结合。
大规模虚拟化计算
虚拟化计算技术已经逐步成为云计算服务的主要支撑技术,特别是在计算能力租赁、调度的云计算服务领域起着非常关键的作用。
在大规模计算资源集中的云计算数据中心,以X86架构为基准的不同服务器资源,通过虚拟化技术将整个数据中心的计算资源统一抽象出来,形成可以按一定粒度分配的计算资源池(如图2所示)。虚拟化后的资源池屏蔽了各种物理服务器的差异,形成了统一的、云内部标准化的逻辑CPU、逻辑内存、逻辑存储空间、逻辑网络接口,任何用户使用的虚拟化资源在调度、供应、度量上都具有一致性。
虚拟化技术不仅消除了大规模异构服务器的差异化,其形成的计算池还可以具有超级的计算能力,一个云计算中心的物理服务器达到数万台是一个很正常的规模。一台物理服务器上运行的虚拟机数量是动态变化的,当前一般是4~20个,某些高密度的虚拟机可以达到100:1的虚拟比(即一台物理服务器上运行100个虚拟机),在CPU性能不断增强(主频提升、多核多路)、当前各种硬件虚拟化(CPU指令级虚拟化、内存虚拟化、桥片虚拟化、网卡虚拟化)的辅助下,物理服务器上运行的虚拟机数量会迅猛增加。一个大型IDC中运行数十万个虚拟机的情形是可预见的,当前的云服务IDC在业务规划时,已经在考虑这些因素。
在虚拟化云计算网络环境中,超高密度的虚拟机数量引入了有别于任何以往传统意义上数据中心的业务承载问题,在表象相似的网络平台上,“服务器/虚拟机”的数量在单位空间和单位网络接口剧增,对基础网络的转发表项、吞吐能力、突发流量吸收提出了苛刻的要求。
虚拟化的云中,计算资源能够按需扩展、灵活调度部署,这由虚拟机的迁移功能实现,虚拟化环境的计算资源必须在二层网络范围内实现透明化迁移。
透明环境不仅限于数据中心内部,对于多个数据中心共同提供的云计算服务,要求云计算的网络对数据中心内部、数据中心之间均实现透明化交换,这种服务能力可以使客户分布在云中的资源逻辑上相对集中(如在相同的一个或数个VLAN内),而不必关心具体物理位置;对云服务供应商而言,透明化网络可以在更大的范围内优化计算资源的供应,提升云计算服务的运行效率、有效节省资源和成本。
大规模集群计算
集群计算很早就广泛应用了,只是在不同的领域有着不同的表现形式,或者说有不同的术语,如在科学计算领域的并行计算或高性能计算当前主要以集群计算的方式实现。集群通过一组松散集成的计算机软件和/或硬件连接起来,高度紧密地协作完成计算工作,在某种意义上,集群可以被看做是一台计算机。
人们使用集群的目的是为了获得强大的计算能力,虽然这可以通过购买具备超级计算能力的大型机来实现,但是那样在成本投入上是巨大的。对于一般计算机,计算能力是有限的,虽然摩尔定律(摩尔定律被普遍认为在过去30年相当有效,未来10~15年依然适用)说计算能力每18个月可以翻一番,但要达到大型机的性能,很长一段时间内还是难以实现的。因此,为突破摩尔定律的限制,将多台低成本计算机通过集群方式,以并行计算来获取更大的计算能力,成为各种追求高性能计算的主流方向。
以互联网应用为例,有的计算服务要求提供超级计算能力,如大型搜索引擎的构建,就是大量服务器群共同协作实现的巨量计算。
科研领域并行计算的主流技术是MPI(Message Passing Interface),但以支持Fortran、C语言的科学计算为优势。云计算领域的代表性技术是Hadoop(还有其他类似的分布式计算技术),突出商用的扩展性架构、大数据量处理,大大简化开发难度,屏蔽系统底层的复杂性。
Hdoop是目前互联网广泛使用的一种云计算支撑架构,借助于Hadoop, 程序员可以轻松地编写分布式并行程序,将其运行于大型计算机集群上,完成海量数据的计算。这一类的集群架构将服务器按群分置不同角色群,角色协同完成大规模计算任务,这些角色包括:NameNode,在 HDFS 内部提供元数据服务;DataNode,为 HDFS 提供存储块。NameNode 是一个通常在 HDFS 实例中的单独机器上运行的软件,负责管理文件系统名称空间和控制外部客户机的访问。DataNode 响应来自 HDFS 客户机的读写请求。NameNode 与每个 DataNode 有定期心跳(heartbeat)消息检查健康性。
分布式文件系统的设计需求对应到网络的架构上主要有:并发吞吐性能、可伸缩性、容错需求等。
HDFS的目标就是构建在大规模廉价机器上的分布式文件系统集群,一个文件可以表示为其内容在不同位置的多个拷贝。这样做带来两个好处:访问同一个文件时可以从多个服务器中获取从而改善服务的伸缩性;另外就是提高了容错能力,某个副本损坏了,仍然可以从其他服务器节点获取该文件。同时,集群内部还通过心跳检测、集群的负载均衡等特性提升容错性。
传统HDFS采用一种称为rack-aware的策略来改进数据的可靠性、有效性和网络带宽的利用,典型的组网逻辑如图3所示。图3中每个交换及所接服务器被安装在数据中心的同一个机架(rack)内,该交换机称为Top of rack switch,典型情况下每个机架内部署40台服务器(国外比较流行,国内当前达到这样密度的IDC很少),一般采用48千兆端口的交换机,传统设计中会采用4~8个千兆上行,因此每个机架上行的带宽收敛比一般在5:1~10:1。
不同机架间的两台机器的通信需要通过交换机,通常情况下,同一个机架内的两个节点间的带宽会比不同机架间的两台机器的带宽大。因此Hadoop 的一个假设是:机架内部节点之间的传输速度快于机架间节点的传输速度。
通过一个称为Rack Awareness的过程,Namenode决定了每个Datanode所属的rack id。一个简单但没有优化的策略就是将副本存放在单独的机架上。这样可以防止整个机架(非副本存放)失效的情况,并且允许读数据的时候可以从多个机架读取。这个简单策略设置可以将副本分布在集群中,有利于组件失败情况下的负载均衡。但是,这个简单策略加大了写的代价,因为一个写操作需要传输block到多个机架。
为了降低整体的带宽消耗和读延时,HDFS会尽量让reader读最近的副本。如果在reader的同一个机架上有一个副本,那么就读该副本。如果一个HDFS集群跨越多个数据中心,那么reader也将首先尝试读本地数据中心的副本。
HDFS支持数据的均衡分布处理,如果某个Datanode节点上的空闲空间低于特定的临界点,那么就会启动一个计划,自动地将数据从一个Datanode搬移到空闲的Datanode。当对某个文件的请求突然增加时,也可以启动一个计划创建该文件新的副本,并分布到集群中以满足应用的要求。
Hadoop系统在开发过程中关注了数据交换对象(计算节点)之间的距离,实际上是考虑了网络构建模型中带宽不匹配的因素。这种因素的引入,不仅编程人员需要关心,业务部署人员、网络维护人员也都要关心,在小规模环境下还能够勉强运行,但是如果要支持全互联网级的大规模应用,集群可能达到数千台、数万台,业务的部署、扩展、运行、支撑都会存在很多问题。
随着网络交换万兆技术的发展和设备成本的不断降低,目前大规模集群的构建也发展到新的阶段,需要新的网络结构来支持和运行:
•无阻塞网络架构:满足集群环境中所有服务器的对等通信要求,任意节点之间可以达到相等带宽(当前是以千兆为主),服务器应用程序不再关注数据交互节点是在一个机架内还是在其他机架。
•大规模集群能力:当前2000台规模的服务器集群已经在互联网行业广泛部署,随着云计算业务的开发提供,更大规模的集群(5000~10000台)将成为支持云计算的主流网络结构,无阻塞架构是这种网络的基本要求。
•足够扁平化的架构:所谓扁平化就是极大地减少组网结构层次,目前数据中心扁平化结构以两层物理网络为主流。在还是千兆为主的服务器端口条件下,接入交换机的用户端口数一般为48个千兆,要满足无阻塞的跨机架带宽,则上行带宽需要5个万兆(当然也可以只使用40个千兆接入、4个万兆上行),而核心交换则需要高密的万兆(>120)全线速能力。
图4是一种新的无阻塞网络模型,也被称为CLOS组网结构。在接入层交换机当前可达到50个千兆端口(常规是48个,可用两个万兆自适应千兆),无阻塞上行5个万兆到5台高密万兆核心设备,当核心万兆密度超过140个端口时,则整个集群规模可达到7000台服务器。网络规划上将二层终结在接入层,使用等价路由将接入交换机的上行链路带宽进行负载分担,从而可以实现整个网络的无阻塞交换,任意服务器端口之间可以具有千兆线速的能力,完全消除了云计算集群内部的带宽限制因素。
【关键词】面向对象；并行程序设计；分布对象；并行计算；多线程
在过去的30年间，中国各大高校的研究团队已经形成了一个研究体系，专门研究计算机的并行技术。这个体系用一个通俗的话来概括就是并行技术研究的生态环境，在此环境中我们对并行技术做了个简明的概括，并且对并行技术中的各个知识点以及近年来的发展趋势、面临的一些新的挑战做了一个展望。
1.并行技术的简介
1.1 什么是面向对象技术
长久以来计算机学者们就在研究一种系统的方法能够使现实世界抽象到计算机世界中。面向对象就是在这个大环境下产生的。面向对象的基本思想就是，客观世界是由不同的对象组成，每种对象都有各自的属性和运动规律（或者称为自己主动发生的方法和被外部对象触发的事件）。不同对象之间是可以相互作用和联系的，而这些就构成了我们所说的客观世界。
面向对象的技术面世以来首先是在编程语言方面取得了长足的发展如：C语言、VB语言、Java语言、C++语言等等，慢慢的又延伸到软件开发的前期过程（即软件的分析与设计阶段），现在面向对象的技术已经渗透到软件行业的各个环节之中（包括面向对象的程序设计语言，面向对象的数据库设计（SQL）、面向对象的用户界面设计等）。为了理解“面向对象”的概念，我们首先要对“对象”这个术语进行解释。
“对象”是一个现实世界中的实体，它是“数据”和“程序”结合的产物。以手机为例，手机是我们现实世界中的一个实体，它在计算机就是一个对象，手机有一些自身的属性，包括手机的颜色为黑色，手机的重量为100g等，这些属性我们称之为数据；手机还有一些功能，包括手机可以播放音乐，视频，拨打电话、发信息，当手机来电时还可以接听电话。这些功能有一些是手机主动做的，还有一些事被触发的，如接听来电就是属于被触发事件，这些都是属于对象的程序。
我们常常说一个对象“封装”了数据和程序，这意味着用户不能看见对象“封闭壳”的内部，但可以通过调用对象的程序部分来使用对象。这和传统程序设计最大的区别就在于，传统程序设计中我们必须要清楚的指出计算机的每个步骤，即清楚的告诉计算机如何做，而现在我们只需要在开始时输入参数就可以在最后得到结果，即现在只需要告诉计算机做什么。
术语“面向对象”粗略地说就是对象封装和继承的组合。术语“继承”有时也称为“重用”。继承的大致意思是一个新对象可以通过扩充一个已存在的对象来追寻。现在让我们更精确地理解术语“继承”。以刚才的手机为例，手机有一个基础功能，但是新款的手机还是有一些新的功能，这就是说在老的对象的基础上沿用了原来的老技术，即我们所说的“继承”。
总的来说现实世界在计算机中的模拟的实现是将具体对象抽象到概念，表示成相应的计算机内部形式，再生成计算机对象，其过程用下图示意之（见图1）。
1.2 什么是面向对象并行技术
并行工程是相对串行工程来的，它是指工作不是先完成一件再做第二件的串行完成，而是在做一件事的同时进行着第二件甚至是第三件乃至第N件事情。实现并行性的中心问题是什么活动和谁的活动应当并行执行，以及这些并发活动应当怎样相互作用。
面向对象程序设计语言的并行性表现在两个方面，第一个方面称为对象间的并行性，是指：对象可以单独执行，并且与其他对象之间通过同步或是异步协议进行通信，这样就使得对象之间可以并行执行；第二个方面是指：对象内的并行性，这主要是指对象之内有可以有子对象，我们可以把子对象作为线程，子对象之间又可以单独执行或者与其他子对象之间通过同步或者异步协议进行通信，这样就使得对象内部可以并行执行。
对象之间的通讯方式可分为两种，粗略地可分为同步（请求对象等待结果返回才允许继续执行）、异步（请求对象无需等待即可继续执行）。
1.3 并行计算
并行计算是计算机科学中重要的研究内容，计算机学者们已经对这个概念进行了数十年的研究，用并行计算求解问题的大致过程为：对于一个给定的应用问题，首先，由计算机科学家对这个应用问题进行建模，即将这个应用问题转化为一个数值问题；然后由软件工程师对这个数学问题进行分析，并得出并行算法，接着由程序员用编程语言实现这个算法；最后由应用领域的专家在某台具体的并行计算机上运行此软件解决现实世界中的应用问题。由此，我们可以很自然的发现并行计算由以下几个部分构成：硬件平台（并行计算机），并行算法（并行计算的理论基础），并行程序设计（并行计算的软件支撑），并行应用（并行计算的发展动力）。这些部分涉及到许多方面的研究者，包含了数学家、软件工程师、程序员和应用领域专家等。
2.并行计算近几年的发展趋势
并行计算的发展和一切新兴事物的发展一样，除了受自身学科发展的制约意外也受到整个业界环境的影响，近期随着IT技术的飞速发展，并行计算也有了新的发展趋势，我们下面将简单介绍几个并行计算的新发展：
2.1 以多核为主流的体系结构
过去，CPU的发展主要源于工艺的提高和体系结构的改革，从工艺方面来看，晶体管面积越来越小，使得中央处理器的集成度越来越高；从体系结构的改革来看，主要是指指令集并行执行操作的形成。但是虽然指令级可以实现并行操作，但是就程序集来说整体上还是串行结构，只是部分采用了并行的技术。最近几年，随着集成度极限的逼近，工艺达到了一个瓶颈，在此基础上，具有多核结构的产品出现了。
所谓的多核技术就是在同一个CPU内部集成N被完整而又相对简单的计算机未处理器，让他们可以并行的执行指令，这样就可以实现在一个芯片内线程级的并行，甚至在一定的时间段内实现任务级的并行。
多核系统在学术界的探讨和研究具有较长的历史，在20世纪90年代初就已有初步的研究工作，但那个时候只是一个概念雏形，并没有成为主流产品。近年来，随着主流芯片生产商将多核系统作为它们的主要产品推出，使得多核的技术和产品逐渐成为主流。全球主要芯片生产商纷纷推出自己的多核通用微处理器。目前Intel公司和AMD公司都推出了自己的多核处理器。双核和四核处理器目前已经投入市场。现在多核技术已经成为目前市场上的主流产品。
2.2 以数据为中心的云计算
云计算（cloud computing），是指基于当前已相对成熟与稳定的互联网的新型计算模式，即把原本存储于个人PC、U盘等个人存储设备上的大量信息集中在一起存储到强大的服务器上，并且让各个服务器端协同工作。云计算这种新兴的共享计算资源的方法，是顺应现在的大环境而产生的，这些大环境包括（Internet的发展与日趋成熟，搜索引擎的普及、以及当今社会的商务政务要求，另外各种硬件设备的大规模普及和发展也对它的发展做出了卓越贡献），它能够将巨大的系统连接在一起以提供各种计算服务。
云计算是在分布式计算（distributed com-puting）、并行计算（parallel computing）和网格计算（gridcomputing）的基础上发展而来的，它的产生和成长来自于业界的需要和推动。云计算的功能主要在服务器端实现，所以它对于服务器端的并行计算要求非常高，在服务器端计算出结果后，会将结果反馈给用户的浏览器端。换句话来说，它又降低了对用户端的要求。
云计算还在不断的发展过程中，在信息存储与挖掘、信息安全等方面的研究是相对重要的方向。
3.并行计算面临的新挑战
多核技术的出现与主流化，对于并行计算体系结构、并行算法、并行程序设计与并行应用的研究都分别产生了重要的影响，带来了新的挑战。多核技术改变了现在计算机执行程序的面貌使得任务级的并行执行成为可能，并且大大的减少了功耗的问题，但是多核技术的应用也带来了一些新的问题：首先，多核芯片如何管理共享资源，这个问题就是说如何让每个内核独立的访问某种资源，不发生抢占，死锁现象；其次，解决并行计算机系统的高效能问题，虽然多核技术提高了处理器芯片的数量，但每个处理器芯片的性能相对原来来说都简单了许多，而且在这些处理器芯片之间还要进行通信，这些都占用一定的效能；再次，它对并行计算系统的算法和编程带来了一定的困难，以前的算法基础和程序设计都建立在串行执行的基础之上，而现在改由并行执行后，程序代码的迁移即是一个大的问题。
参考文献
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在“互联网+”的迅猛浪潮下，云计算和各种云服务的市场不断持续增长。Gartner最新的研究数据表明，2015年全球在IaaS方面的支出预计达到165亿美元，并且预测至2019年，仍将会以平均年复合增长率（CAGR）29.1%的幅度快速增长。然而，这份鲜亮诱人的预估报告并不能掩盖企业用户在数据中心建设和应用时所遭遇的问题。对此，锐捷网络云计算产品总监刘相平针对数据中心的演化和各个阶段所遇到的挑战进行了分析。他表示：“相对分散独立、高成本、低效率的数据中心架构已无法支撑企业日新月异的业务应用，为此业界提出了软件定义数据中心的新方向。但是，现有的软件定义数据中心方案仍面临挑战，这包括架构设计复杂、缺少自动化部署以及运维管理困难等诸多问题。基于以上挑战，锐捷在充分发挥创新研发能力和借助OpenStack技术优势的基础上，推出了超融合架构的云数据中心解决方案和相关产品。”
“最开放的云”：
JCOS云计算管理平台
锐捷的JCOS，是真正的企业级OpenStack云理平台。该平台在教育、医疗、政府、IDC、运营商等多个行业都得到了规模部署。JCOS具有功能完善、性能卓越、兼容广泛、部署快捷等特点，可针对服务器虚拟化、分布式存储、SDN网络、安全、负载均衡等功能提供一站式解决，其部署仅需60分钟。首先，独有的业界最高性能分布式消息队列，让JCOS可以完美支持大规模集群，同时能发挥统一分布式存储机制，实现性能媲美昂贵的专业存储。其次，原生的OpenStack API接口和强大的OpenStack驱动开发能力，不仅让JCOS可以平滑对接主流服务器、存储、网络设备，兼容vmware、Hyper-V、XEN等多种Hypervisor架构，更能对应老旧及非主流设备，充分考虑用户成本负担。
在行业用户参与的实测功能中，JCOS所具备的弹性计算和虚拟化高可用方案成为了用户公认的亮点。当业务访问高峰时，产生突发连接请求，JCOS监控到当前两台虚机已经无法满足访问需求，则自动创建新的虚机以满足高并发访问。当访问高峰过后，自动将新建虚机删除。这充分发挥了ERS弹性资源扩展、DRS分布式资源调度技术所展示的虚拟机动态调度和迁移方面的技术优势。
“最简单的云”：
UDS超融合云一体机
锐捷的UDS（Unified Delivery System 统一交付系统），是专门针对企业私有云市场设计、内置了锐捷JCOS云管理平台的软硬件融合一体化解决方案。该产品是第三代超融合架构代表之作，在其数十组功能组合可以让云数据中心轻松发挥创新特性，完成了“重新定义服务器”的使命。
作为一体机产品，UDS集计算、存储、网络融合，控制和管理为一身，一箱即云。首先，该产品内置自动化部署丰富的运维管理工具，不仅可以1小时完成整个集群部署，更能时刻监控物理机、虚拟机状态，让管理员脱离部署和运维之苦。在性能方面，锐捷的设计人员为其安装了intel E5 2600V3系列的“心脏”，可达96核心192线程，为应用程序提供超过1.5万亿次的计算能力。在内存配备方面，UDS单节点有16个内存插槽，使用目前性价比最高的16GBDDR4内存条，单节点内存容量可达256GB，整机可达1TB。在网络吞吐方面，UDS提供了1G、10G光口和10G电口等多种选择，并支持FC存储网络，满足不同业务的存储需求。UDS的“致简”还体现在2U四节点的紧凑型态上，不仅节省机柜空间，其整机最大峰值小于1400W的功耗更能符合数据中心“绿色节能”之风。
在云数据中心的产品系列之中，云数据中心的操作系统可以融合计算、存储、网络三方面物理资源，形成一个有机的整体，进行统一、智能、灵活的管理、分配和调度，因此浪潮云海OS可谓浪潮云计算解决方案的灵魂。浪潮集团系统软件总监、云计算产品研发部总经理张东表示，作为核心产品，此次推出的云海OS V2.0仍旧体现浪潮“自主、开放、融合”的技术理念，并直指目前云计算应用中技术流派林立、互不兼容等问题。
自主可控的安全
云海OS V2.0最基础的特色就在于它是国内首款拥有全自主知识产权的产品。张东表示，云海OS V2.0系统架构全部为自主设计，不仅突破了云数据中心资源管理、调度、多资源池融合等多项核心技术，填补了多项国内云计算技术空白，同时建立了多层次的安全体系，能全面保障用户的信息安全。
在浪潮看来，安全可控包括两个层面：一是如何通过一套安全体系让整个系统更安全；另一个层面就是系统完全采用自主设计，掌握所有的核心技术。浪潮坚持自主创新，特别是自主设计核心系统，能够给客户稳健的解决方案，这是一个重要的设计理念，也是整个系统的基础。
实际上自云海OS V1.0推出以来，就因此特点广受政府等行业的用户青睐，上海青浦区电子政务云就是其中一个实例。实施电子政务云之前，青浦区内100多个部门的220多台服务器托管在数据中心内，部署了130多个业务系统，数据中心占地270平方米，电力、空间接近饱和，制冷能力接近上限。 后来，上海青浦区信息化服务中心在应用“云海OS+天梭TS850”整体解决方案后，进行了一期电子政务云建设，能源成本降低了50%以上，新业务的部署时间从以月为单位变成以分钟为单位。
上海青浦区信息化服务中心薛赟蓓主任表示，当初与浪潮合作的重要原因就在于浪潮可以提供完整的解决方案，尤其是考虑到云海操作系统能够实现自主可控的安全。
从安全角度看，上海青浦区电子政务云分为三个层面：角度，围绕电子政务云为核心，需要各种安全设备，包括防火墙、IPS、流量控制、行为管理等；云内角度，需要浪潮的云海数据中心方案能够自主可控。核心业务与业务之间、业务的数据与数据之间能够通过云操作系统实现隔离和访问限制；监控层面角度，需要监控应用的可用性、可靠性并实现预警检测，以保障网络信息安全。
开放融合之路
云海OS V2.0另外一大特点就是开放融合的架构。云计算涵盖了硬件、软件等各个领域，因此，云海OS V2.0既考虑对于第三方厂商软、硬产品的兼容性（兼容主流厂商的服务器、存储和网络设备，同时兼容主流服务器虚拟化产品），同时也将第三方厂商二次开发纳入其中，提供完善、开放、可扩展的接口（API），厂商可在此平台上开发软件并优化应用。从芯片到硬件，到整机到操作系统、数据库等，云海OS V2.0涵盖了一个很大的生态环境。
【关键词】云计算；云计算辅助教学；Hadoop
【中图分类号】 G434 【文献标识码】 A 【文章编号】 1009—458x（2012）09—0079—04
引 言
云计算是新兴的技术，云计算技术为教育信息化的发展提供了广阔的空间。从IT发展趋势、环境保护和长期规划等方面全方位审视云计算的价值，制定适合我国国情的云计算发展策略具有重大意义[1]。在高校教育信息化建设方面，云计算技术可以在信息化硬件环境构建、信息化软件资源开发、信息化网络教学实施和信息化个人知识管理等方面提供新的模式。这些模式的转变有利于降低软硬件的采购和维护成本，有利于提升网络教学的效率，有利于加强信息的共享和交流[2]。
一、云计算辅助教学
1. 云计算
云计算（Cloud Computing）是并行计算（Parallel Computing）、分布式计算（Distributed Computing）和网格计算（Grid Computing）的发展，是虚拟化（Virtualization）、效用计算（Utility Computing）、将基础设施作为服务IaaS（Infrastructure as a Service）、将平台作为服务PaaS（Platform as a Service as a Service）和将软件作为服务SaaS（Software as a Service）等概念混合演进并跃升的结果[3]。云计算的目标是用户通过网络能够在任何时间、任何地点最大限度地使用虚拟资源池，处理大规模计算问题[4]。云计算的技术特征和规模效应带来压倒性的性能价格比优势。
2. 公有云与私有云
许多知名信息技术公司都推出了各种云计算平台，从Google Apps 到Zoho Office、Windows Live等等 [5]。这些平台都是公有云平台，根据应用的特点和需求的不同，私有云平台也被广泛研究。高校私有云是对高校的网络中心或是信息中心进行扩充形成的，由各个高校自行管理[6]。高等院校建设云计算平台核心在于充分发挥其建设目的和作用[7]。高等院校建设私有云计算平台可以充分利用校园网络管理中心现有环境和资源，可以减少大量重复投资，将高性能计算服务作为一项网络服务供全校使用。
3. 云计算辅助教学
云计算应用于教育领域，可以在课堂教学、实验教学和辅助教学等诸多方面提供高效服务[8]。高等院校建设私有云计算平台可以为自身的教学服务，开展云计算辅助教学。“云计算辅助教学”（Clouds Computing Assisted Instruction，CCAI）是指学校和教师利用“云计算”支持的教育“云服务”，构建个性化教学的信息化环境，支持教师的有效教学和学生的主动学习，促进学生高级思维能力和群体智慧发展，提高教育质量[9]。云计算为学习者在任何时间任何地点学习提供了有利的技术支持，带来了更多方便的学习工具，提高了学习效率[10]。云计算辅助教学在教学中应用，实现教学、管理和信息交流等功能。从教育的发展趋势和云计算技术的特点看，云计算辅助教学模式应当是今后发展的主要方向[11]。
云计算辅助教学平台可以选择公有云，也可以选择私有云，两者各有利弊。公有云平台能够提供完善的网络教学功能和运行环境，使高校无需自行搭建网络教学平台[12]。但公有云平台并未向一般的教育网用户开放源代码，教育网用户无法将课程资源以编译代码的程序方式上传到云平台上去，智能化建站方式反而限制了云计算辅助教学平台的个性发挥与软件的复用[13]。因此，高等院校应该根据自身的实际情况建设私有的云计算辅助教学平台。
4. 开源云计算系统的选择
建设私有的云计算辅助教学平台可以选择开源的云计算系统。开源技术获得长足发展，适合构建高等院校的私有云。目前开源的云计算系统主要有：Hadoop、AbiCloud、Eucalyptus、MongoDB、Enomalism和Nimbus等[14]，表1为主流开源云计算系统的比较[3]。
[＼&Hadoop＼&Eucalyptus＼&Nimbus＼&参照的商业方案＼&Google＼&Amazon＼&无＼&提供的服务类型＼&PaaS＼&IaaS＼&IaaS＼&服务间的关联度＼&耦合度高＼&耦合度低＼&耦合度低＼&支持的编程语言＼&Java＼&多种＼&多种＼&使用限制＼&较多＼&最少＼&较少＼&支持的功能＼&最多＼&较多＼&较多＼&可定制性＼&较弱＼&较弱＼&较强＼&可扩展性＼&自动＼&手动＼&手动＼&特色＼&广泛应用＼&模块化设计＼&适用于科学计算＼&]
Hadoop云计算系统性能良好、功能丰富，为开展云计算研究提供了很好的平台。Hadoop在很多国内外知名互联网公司得到了广泛的应用[15]，国外的公司包括Yahoo、Amazon和Facebook等，国内的公司包括百度、淘宝和中国移动等。
通过比较和分析主流开源云计算系统的特点，高等院校可以选择Hadoop云计算系统来构建云计算辅助教学平台。
这里有一张我个人绘制的云计算概览图。这张图涵盖的是整个云计算生态链条，不仅仅是云存储。很多人―讨论云计算就集中在了云存储技术上，这就未免有些片面。不过，我今天也片面一下，主要以Google为蓝本来讲。因为虽然业界每个巨头都在讲自己的云计算战略，但惟有Google在云计算的实际动作中最早最深入，产出产品也最成熟，产品链也最完善。
云计算的提出
第一个问题是：我们需要云计算吗?什么样的企业需要云计算?
第一个提出云计算的商业企业便是Google。Google为什么要提出云计算呢?
站在Google的自身角度上来--说：搜索引擎需要大量的语料库的训练才能变得更加精准，而且只有大量的内容能被搜索到这才是一个受欢迎的搜索引擎。Google为了打造最好的搜索引擎，就得把处于发展爆炸期的整个互联网摘要内容通过网络蜘蛛技术爬下来。在这个过程中就不得不随时添加搜索服务器、爬行服务器、数据存储服务器。大量的服务器采购、运营维护等，这也是Google早期发展的最主要消耗。
为了降低这个消耗，Google做了很多自主研发，在节省能源、节省占地空间、节省带宽、低温、随时更换服务器、多点失效保护等等多方面技术都有质的飞跃，过去许多仅限于大学实验室的技术或实验都被广泛的应用到了现实商业中，发挥了巨大的威力。
现在，Google的搜索引擎产品反而成了运行在Google服务器海洋中的一个应用。Google究竟有多少服务器一直是Google的秘密，根据Google一些员工的演讲中泄露的信息推算Google可能有30－50万台服务器，但是由于Google在不断扩张而且随时都有损坏的服务器，所以无法得出一个准确的数字来。
当Google不断在这个海量的服务器集群之上增加应用，如Gmail、Picasa和Youtube等，这些都是极为消耗存储空间也需要高速运行的应用，它们不得不依赖这个海量的计算环境。从这个角度看，云计算环境中的第一个层面成型了，那就是云存储文件系统。它是应用的基础。它是Google各种应用服务的运行基础。Google还要基于之上添加更多的应用，Google也希望自己的这个伟大技术能够受惠于更多的人，让其他需要这种技术但又没有财力搭建这种技术环境的人们一起共享这个已经成型的技术成果。这就是Google提出云计算的原因。
云计算提供的服务
但每个稍具规模或者能力足可以和Google抗争的公司怎么会甘愿把自己的商业产品建造在Google的世界中呢?所以每个商业巨头根据自己的竞争优势和未来商业目标了自己的云计算战略。由于每个商业巨头的云计算战略都是根据自身目前的竞争优势和自己的未来商业目标而的，所以业界每个关心云计算的人听到的云计算解释都不一样，听的越多越糊涂。
我个人的观点还是标杆法，Google提的云计算最早应用也最成熟，我们就以Google为蓝本。
那我们国内需要云存储吗?我们国内的互联网企业，有做搜索的，有做网络游戏的，有做电子商务的，有做即时通信消息的，有做新闻门户的，有做视频播放的，有做地图的。
但是，很少听说哪个企业用了云计算。这可能是由于技术的门槛和过去的发展历程决定的。不过，现在国内各大公司都在关注与研究云存储和云计算。他们都面临的是海量数据、海量用户群、全球范围访问、对并发性能要求高、对正常运行要求高。现在，他们都是在应用各种硬件加速、分区、镜像等等技术，费用高、即时性差、联通性差、共享性差。
不仅仅国内互联网企业需要，做公共事业服务信息服务的企业也需要，如税务、铁路、航空、电信、银行、电力等等。这些信息服务的特点和互联网企业相似。
这样看来，拥有海量用户和海量数据，而且运行质量要求严格的企业比较适用于云计算。这样的企业国内都找不出几个，这样看来，扎堆关注云计算意义就不大了。
移动才是主战场
但我们要关注一个事实，而就是这个事实，会引发我们全部思维的转变。这个事实就是：全国的计算机总量在1亿多，而手机总量却在6-7亿。3G目前建设与竞争的风风火火，3G应用在不断涌现。
没有全国ADSL宽带业务的发展，就不可能有我们今天流畅的网络游戏、网络听音乐、网络看电影、网络视频聊天。我们过去总是说如果硬盘能达到200G，我们该放些什么呀?
如今200G的硬盘比比皆是，而我们却放的满满的仍然嫌空间不够大速度不够快。这就是发展。从时间上来说，1999年新浪、搜狐刚刚成立到如今仅仅10年的时间，我国的互联网就发展到了如此丰富多彩的阶段，其间变化令人惊叹。有了这么大的基础，未来的发展更会加速，时间更可能从10年缩短到5年。
可以想象，5年后，每个人都手拿一部可以随时高速上网而且性能媲美现在的计算机性能的手机，那时的应用和盈利前景让人多么的激动。
也就是说，云计算看的重点不是如今的PC和服务器，而是看中的5年后的3G手机和互联网。正因为如此，Google在多年前就购买电信频段、租用卫星、资助发展通信电缆、开发适应于3G时代的手机操作系统。多年前，评论家认为Google在漫无目的的海花钱碰运气找商业机会，但今天看来，Google的战略是清晰的也是成体系。
当初，有传闻Google要推出手机，大家都在猜测Google为什么要切人手机行业，Google将来怎么和诺基亚、摩托罗拉、三星竞争。但时隔不到3年，手机行业发生巨变。苹果iphone惊世出现定义了未来手机的主流特征，诺基亚宣布转型互联网，摩托罗拉渐渐沉沦。
而Google推出的手机却仅仅是一款嵌入式的操作系统Android。前不久，Android又被人安装在了上网本，于是出现了一种可能：Android也可以裁减被安装在上网本、数字电视、数码设备、家庭游戏机、掌上游戏机等等一切小巧而又要求高性能多应用运算的设备中，它不仅仅为手机而准备。
未来的3G访问也不仅仅限于手机，我们完全可以在旅游的时候用数码相机拍下照片自动传到我们在网上的个人相册中，而无须回到住所连上USB线再导入到电脑中再上传到网上。
PC是固定的，而人类的活动是移动的，是无处不在的。而Google作为一家需要上网才能访问的公司，必须要求用户能够随时随地上网，而手机恰恰是目前最主流的每个人都能配备的上网 设备。
5年后的中国，将有6亿人要通过手机上网访问应用，而目前才有1亿计算机，可想对于信息服务提供商的压力有多大。服务1亿人，可能用不到云计算，服务6亿人，这个可要发生变化了。而且现在有这样一个趋势，用户的应用越来越多的基于互联网了。
过去还有很多应用是客户端存放数据和运行应用较多，近3年内，越来越多的应用是互联网的形式了，大量的运算需要服务器来承担。这两个因素综合在一起，现有的服务器架构模式显然不能适应未来5年后的发展，云计算将成为必然的选择。
云计算的价值体现
有了访问终端，有了云计算和云存储环境，我们还需要什么?这就好比我们有了计算机，我们有了硬盘，我们有了操作系统，但是上面没有任何应用，那用户来了有什么用。这是微软发明了Windows后必然要发明Office的原因，这也是Google发明了云计算和基于云的搜索引擎后，还要发明Gmail、Google Earth、Gtalk、Picasa、GDocs的原因。只有大量的应用才能留住用户，只有大量的用户才能让云计算更有价值。
而用户的需求是无穷无尽的，而Google也并不想多面开花，保持自己在云计算这个生态产业链中的关键位置和角色，领导这个产业链走向未来，是Google的定位。那众多的需求如何满足?这就不得不提到Google API。
现在各类Google应用都已开放出了大量的API。假设Win-dows不开放API，那除了微软自己，我们就不会开发各种Win-dows应用。没有大量的Windows应用，Windows本身也就没有多少存在意义。
Google当然深知这个道理。我们现在已经能看到许多基于Google API扩展开发的应用了。众人拾柴火焰高，Google的云计算战略就更加稳固，而扩展应用开发商也乐于在Google应用的基础上进行开发，开发起来快速方便，不需要考虑底层技术，还能利用已有的成熟功能，还能保持自己的独立特色。
Google还在早期推出了code搜索，方便程序员快速找到所需功能代码完成功能编写。还有code托管，便于程序员版本管理以及代码分享与下载。还有关于代码Wiki、代码网上显示、代码讨论Groups，这些功能完整的支持了程序员开发小组跨互联网协作开发过程。
此外，Google伺机推出了Google AppEngine。它可以让程序员编写的应用在Google的托管环境中运行，也可以利用现在Google公布出来的所有应用API。这些应用又会夯实Google的产业链基础。听说，前不久它开始已经支持JAVA语言了。
只有在云上讨论代码、在云上编写代码、在云上管理代码、在云上运行代码，整个云软件的链条才会完整，Google已经初具规模。
谷歌的盈利模式
如何盈利，如何分成，Google也必须给这些合作伙伴―个清晰的模式，否则谁会心甘情愿投入力量给Google的这座大厦添砖加瓦。现在各大巨头都在成立App Store。苹果公司虽然也和应用开发者收取费用，甚至以后要分成。但iphone给开发者提供了明确的盈利模式，根据次数或流量或时间统一给开发者提供计费服务，开发者的银行卡和开发应用绑定，然后苹果就会把收入自动转给开发者。
已经有不少关于iphone传奇开发者淘金发财的故事了。在手机互联网上，量大价低是主流的盈利模式，就如同咱们国内的彩铃和短信，就这一条一毛到一块的单价，就让电信运营商赚的眉开眼笑。而国内开发者在开发小而精致的应用方面颇为擅长。
现在国内流行SNS，虽然现在其表面是各种Web Game，但我也注意到了最近增加了许多生活类和学习类的应用。
也就是说，SNS只是人们给它的一个定义，一个表象的定义，或者是它切入的一个入口，然而它现在所具备的职能，实质上是一个应用集成平台和应用运行门户。现在，不管是SNS，还是iphoneStore，或者诺基亚、Google An-droid都想采用这样的盈利模式和分成模式。国外有信用卡，国内就有Q币和支付宝，各有各的灵活支付方式。
过去大家讨论Web2.0，说SNS，说点评，说AJAX，说RSS，说RIA，其实都是只看到了Web2.0的一斑。现在Web2.0的热潮不在，而这恰恰是因为Web2.0进入了一个实质性的落地应用阶段，而已过了概念宣传阶段。Web1.0的特点是一个个的网站就是一个个的应用，这就组成了如今如网状的互联网。
对IT产业而言,激动人心的颠覆性技术突破往往要隔好几年才会出现一次,但渐进式的产品创新则每时每刻都在发生――聚焦2009年,以下这些技术趋势或许有可能成为企业追捧、大众关注的热点。
一是云计算渐趋主流化。经过多年的积淀和持续的探索,眼下,云计算终于开始成为一种全球IT产业共同应和的、主流的声音――把所有的计算应用和信息资源都用互联网连接起来,供个人和企业用户随时访问、分享、管理和使用,相关的应用和资源可以通过全球任何一台服务器或者某个数据中心来获取。在这样一种应用愿景的激励下,包括Amazon、IBM、HP、Google在内的IT业领导企业均开发了不同版本的云计算解决方案,而微软亦于去年正式了完整的云计算平台Windows Azure(蓝天),并投入巨资在全球范围内建造数据中心――微软希望“云平台”最终同PC平台一样,能够让成千上万的第三方开发人员开发出丰富的应用和新颖的服务――而这样的平台势必会造就一个全新的“云产业”。
二是智能终端产品继续保持多元化的发展态势。除笔记本电脑、智能手机、移动娱乐终端以外,上网本和家用网络影音设备过去一年来的热销足以说明,在数据和应用渐趋集中化的大背景下,大多数用户仍然渴望获得多元的、随享的(可随时随地获取的)、个性化的体验。2009年是中国3G元年,以移动多媒体和宽带为主要特征的3G通信网络的建设和完善势必会激发新的用户需求,孵化出新的生态体系与产业巨人,并让无线宽带环境下的办公和娱乐变得易如反掌。
三是三屏(电视屏、PC屏、手机屏)走向融合。在CES 2009大会上,微软首席执行官史蒂夫•鲍尔默指出,微软不仅要“提高计算机的普及率”,使全球的每一个人“都能买到价格适中的计算机”,还将以持续的技术创新加速“三屏融合“的趋势,使其逐渐发展为“单一的无缝生态系统”。归根结底,打通各种屏幕、平台与网络(互联网、移动通信网、广播电视网)间的壁垒,让数据和各种计算资源无处不在、触手可及,这将是全球IT产业参与者共同肩负的任务。
四是自然用户界面(NUI,Natural User Interface)――特别是触控技术将使人机交互变得更加自然直观,更为人性化。比如Surface(平面电脑)、iPhone和一些采用Windows Mobile系统的手机已经让用户体验到触控的便利,而在Windows 7中,触控技术将首次进入PC操作系统。它将为用户在键盘、鼠标以外提供更新颖的控制方式,只需手指轻轻滑动,就能让PC欣然听命――虽然这意味着用户必须升级自己的显示器,但好在新版操作系统对硬件性能的要求并不算高,用户不至于为体验新科技付出过高的成本。“设备台”和“移动宽带”则是Windows 7的另外两个值得用户尝试的亮点功能――前者旨在为手机、DV、便携游戏机等形形的数字装备提供清晰、简洁、智能化的管理界面和操作方式,让硬件设备制造商定制个性化、差异化的服务,它能够让用户直观地看到“装备”的性能数据,并随时更新产品说明书、软件和增值内容;后者则大大简化了网络配置的步骤,提升了PC接入网络及与其他设备互联、互用资源的功能。
五是显示技术的持续演进。当前,大屏幕、全高清的LCD或PDP电视机已走进许多家庭,但新一代显示技术也正在趋于成熟。CES 2009大会上,一款厚度仅为1/3英寸的超薄高清显示器给我留下了深刻的印象。这表明液晶和等离子显示技术还有很大的潜力可挖――同时亮相的还有基于OLED技术的显示产品。我想,这些产品和技术都会为消费者创造全新的视听体验,从而引领下一代的消费娱乐潮流,创造出巨大的商业契机。
六是绿色IT科技已成为众多企业共同关注的焦点。时下,IT软硬件开发商和服务提供商都在探索更环保的解决方案――不只让用户能够以能效比更高的方式获取各种计算和通信体验,还包括在企业自身管理和运营的过程中贯彻环保意识。以微软部署的“蓝天”(Azure)云计算平台为例,“蓝天”的底层是微软全球基础服务系统――Global Foundation Services(GFS),由遍布全球的第四代数据中心构成。几年前微软便开始筹建数据中心,因此目前正在运行的数据中心已升级到能效比表现更优异的第四代――旨在支持所在区域的环境保护事业,为绿色IT做贡献。目前,所有的微软数据中心都采用了清洁能源,并兼顾了系统的性能、工作效率和可靠性。
自上世纪80年代初至今,技术的持续进步令IT产业抒写了远超传统产业发展速度的传奇,亿万用户的工作与生活也由此被彻底改变。2009年,虽然IT产业也在金融危机阴霾的笼罩下,但作为全球经济发展的风向标,无论顺境、逆境,创新一直都是IT产业发展的核心动力,同时也为传统产业的升级和增值提供了宝贵的契机。无论形势如何变化,我相信包括微软在内的IT业参与者都将一如既往地关注创新,投资创新,推进创新。
【关键词】云计算；私有云；企业；解决方案
在本世纪已经过去的10年里，半导体芯片技术遵循着摩尔定律不断发展，高性能的计算机网络将全世界的企业和个人连接了起来，并且颠覆性的影响着每个企业的业务运作和每个人的日常生活。
一、云计算是企业信息化发展的必然选择
企业的管理者很早就认识到了计算机网络对企业的重要性，对于一家信息化程度很高的企业而言，企业在行政、财务、人事、生产、仓储以及销售等方面的日常管理，基本上都要依赖于网络系统来完成。因此，庞大的数据中心不仅是企业管理效能的倍增器，也是企业不得不背负的巨大包袱。
云计算是一种革新的IT运用模式，它透过硬件的虚拟化将大量的服务器硬件抽象成为一个巨大的资源池，可以动态的为用户提供基础设施、平台和应用三种形式的服务。企业在进入云计算时代的两大选择是公有云和私有云，其中公有云无疑是企业最为理想的选择。在公有云的条件下，企业可以完全抛弃复杂庞大的基础设施，以及与之相关的升级改造和管理维护工作。取而代之的则是，按照自己的需要从公有云购买和获得相应的计算资源与应用服务。不过，中国目前的公有云发展还并不尽如人意。尽管已经有了阿里云和盛大云，微软与亚马逊也加快了进入中国公有云市场的步伐，但中国的公有云还存在着一定程度的技术问题，另外在严苛的监管政策和网络互连互通问题的限制下，企业将自己最核心的业务迁移到公有云上还是有很大顾虑的。考虑到业务上的可靠性、安全性、可控性，很多企业将自己的目标定位在了更加现实的选择上，建设企业私有云。
不同于公有云，私有云是建立在企业自有设施的基础之上的，是为一个企业客户单独使用而构建的，因而能够提供对数据、安全性和服务质量的最有效控制。企业拥有基础设施，并可以控制在此基础设施上部署应用程序的方式。更重要的是，很多企业已经建立了较为完善的硬件设施，只要进行必要的升级和改造，这些硬件资源是可以在私有云的建设中被充分利用起来的。此外，在云计算环境下服务器的利用率的提高将极大的改善数据中心的工作效能，更灵活的应用部署也带来了管理效能的提升。
二、云计算平台的基础架构建设
企业建设私有云的第一步就是完成基础设施的建设。在企业越来越关注云计算所带来的革命性的变化时，主流的IT厂商就已经为企业准备了集合硬件、软件和服务于一体的整体解决方案。可以帮助企业用户实现“一站式”快速搭建云计算架构，降低企业用户部署云计算的难度，从而促进云计算走进企业内部。目前业界比较主流的四个私有云解决方案，包括IBM CloudBurst、虚拟计算环境联盟（VCE）的Vblock、HP CloudStart、Oracle Exalogic Elastic Cloud。
其中IBM的CloudBurst 2.1是基于HS22V刀片服务器，最多可在两个BladeCenter机箱放置28个刀片服务器，可运行多达960个虚拟机。最新的CloudBurst基于IBM POWER7处理器，单机架版本配置了1台Power 750服务器和32个处理器核心，可运行160个虚拟机，顶配系统在5个机架内配置了11个Power 750服务器，可运行多达2960个虚拟机。VMware ESXi 3.5内置管理程序直接存储在每个HS22刀片主板上的闪存中。
管理方面，x3650 M2管理服务器和HS22管理刀片安装的是IBM的Tivilo Provising Manager V7.1，Monitoring V6.2.1和System Director6.1.1系统管理工具，包括可以控制IBM服务器能量封顶特性的活动能量管理器，实现基于需求的最佳性能。
HP CloudStart是基于HP的刀片矩阵系统（BladeSystem Matrix）。是一个结合了服务器、存储、网络和软件的平台，创建了一个可以在物理环境和虚拟环境中运行的资源池。HP BladeSystem Matrix套件在一个机架内容纳了Proliant刀片、StorageWorks阵列、HP Virtrual Connect Flex-10 Ethernet、8GB Fibre Channel模块、管理和自动分配资源的Insight Dynamics软件。套件本身体积相当于一个机架内的几个刀片，但是基于模块化的扩展可以让用户无限地进行扩展。BladeSystem Matrix主要为用户提供了VMware、微软Hyper-V和思杰HyperVisor支持选项，未来将扩展到在基于安腾的刀片上支持惠普自己的Integrity虚拟机。
与一体化的解决方案不同，随着微软新一代的服务器操作系统Windows Server 2012的，为私有云的建设提供高度动态可用，并且成本低廉的服务器平台。Windows Server 2012中集成的Hyper-V是一套完善的虚拟化平台，可提供更好的扩展性与性能，是一套可用于从数据中心到云端的弹性的灵活解决方案。企业可以通过Hyper-V将现有的服务器硬件虚拟化以及对服务器硬件投资进行优化，并进一步完成云基础设施的建设，借此节约成本。
三、数据业务的迁移与虚拟化整合
在实现云计算的解决方案时，企业有必要结合自身特点进行更加科学长远的规划。传统的大型企业，尤其是那些以制造业为主的企业，其内部的数据系统往往与生产过程紧密结合，因此对这些用户而言，核心业务的迁移过程就变得十分谨慎。而采用逐步演进式的发展方式，才能适合一些传统应用的改造。把这些重要的应用连同运行的环境集成在一个虚拟化的环境里面，然后再逐步去提高自动化，动态化的数据管理。
但是，对于很多新兴产业的大型企业，比如像谷歌、阿里巴巴、微软等，他们则更倾向于使用一个全新的应用模式，包括应用底层的基础架构乃至高层的平台与服务，都包含在一个云计算大规模扩展的环境中。
即便是云计算中的基础设施服务，对于很多企业而言也是非常有价值的。企业的数据中心可以根据项目进行的需要，在几分钟之内完成一个虚拟机的建立，并快速的部署到需要其资源的部门，在项目完成之后，管理中心亦可快速的回收已分配的资源。
四、总结
企业放弃传统的IT发展模式，选择高效集约化的云计算平台是技术进步的必然。稳定的和渐进式的发展模式是被大多数企业所接受的。在一体化的云计算方案中，企业可以很方便的建立起自己的云基础架构。私有云会成为企业最得力的助手，企业获得了更为灵活和便捷的资源配置手段，大大的拓展了企业的业务能力。
参考文献：
[1]孙明俊.云计算发展的国内外对比分析[J].电信网技术，2010，（09）.
[2]丘群业.企业私有云计算基础架构研究与设计[D].2012.
[3]周祥.私有云构建中资源和数据管理的研究[D].2012.