摘要：云計算系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)管理技術(shù)主要是的數(shù)據(jù)管理技術(shù)和團(tuán)隊開發(fā)的開源數(shù)據(jù)管理模塊。五典型云計算平臺介紹由于云計算技術(shù)范圍很廣，目前各大企業(yè)提供的云計算服務(wù)主要根據(jù)自身的特點和優(yōu)勢實現(xiàn)的。藍(lán)云平臺的一個重要特點是虛擬化技術(shù)的使用。

(3) 海量數(shù)據(jù)管理技術(shù)

云計算需要對分布的、海量的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析，因此，數(shù)據(jù)管理技術(shù)必需能夠高效的管理大量的數(shù)據(jù)。云計算系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)管理技術(shù)主要是Google的BT(BigTable)數(shù)據(jù)管理技術(shù)和Hadoop團(tuán)隊開發(fā)的開源數(shù)據(jù)管理模塊HBase。

BT是建立在GFS, Scheduler, Lock Service和MapReduce之上的一個大型的分布式數(shù)據(jù)庫，與傳統(tǒng)的關(guān)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(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。

Google的很多項目使用BT來存儲數(shù)據(jù)，包括網(wǎng)頁查詢，Google earth和Google金融。這些應(yīng)用程序?qū)T的要求各不相同：數(shù)據(jù)大小(從URL到網(wǎng)頁到衛(wèi)星圖象)不同，反應(yīng)速度不同(從后端的大批處理到實時數(shù)據(jù)服務(wù))。對于不同的要求，BT都成功的提供了靈活高效的服務(wù)。

(4)虛擬化技術(shù)

通過虛擬化技術(shù)可實現(xiàn)軟件應(yīng)用與底層硬件相隔離，它包括將單個資源劃分成多個虛擬資源的裂分模式，也包括將多個資源整合成一個虛擬資源的聚合模式。虛擬化技術(shù)根據(jù)對象可分成存儲虛擬化、計算虛擬化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化等，計算虛擬化又分為系統(tǒng)級虛擬化、應(yīng)用級虛擬化和桌面虛擬化。

(5)云計算平臺管理技術(shù)

云計算資源規(guī)模龐大，服務(wù)器數(shù)量眾多并分布在不同的地點，同時運(yùn)行著數(shù)百種應(yīng)用，如何有效的管理這些服務(wù)器，保證整個系統(tǒng)提供不間斷的服務(wù)是巨大的挑戰(zhàn)。

云計算系統(tǒng)的平臺管理技術(shù)能夠使大量的服務(wù)器協(xié)同工作，方便的進(jìn)行業(yè)務(wù)部署和開通，快速發(fā)現(xiàn)和恢復(fù)系統(tǒng)故障，通過自動化、智能化的手段實現(xiàn)大規(guī)模系統(tǒng)的可靠運(yùn)營。

五、典型云計算平臺介紹

由于云計算技術(shù)范圍很廣，目前各大IT企業(yè)提供的云計算服務(wù)主要根據(jù)自身的特點和優(yōu)勢實現(xiàn)的。下面以Google、IBM、Amazon為例說明：

(1)Google 的云計算平臺

Google的硬件條件優(yōu)勢，大型的數(shù)據(jù)中心、搜索引擎的支柱應(yīng)用，促進(jìn)Google云計算迅速發(fā)展。Google的云計算主要由MapReduce、Google文件系統(tǒng)(GFS)、BigTable組成。它們是Google內(nèi)部云計算基礎(chǔ)平臺的3個主要部分。Google 還構(gòu)建其他云計算組件，包括一個領(lǐng)域描述語言以及分布式鎖服務(wù)機(jī)制等。Sawzall是一種建立在MapReduce基礎(chǔ)上的領(lǐng)域語言，專門用于大規(guī)模的信息處理。Chubby是一個高可用、分布式數(shù)據(jù)鎖服務(wù)，當(dāng)有機(jī)器失效時，Chubby使用Paxos算法來保證備份。

(2)IBM“藍(lán)云”計算平臺

“藍(lán)云”解決方案是由IBM云計算中心開發(fā)的企業(yè)級云計算解決方案。該解決方案可以對企業(yè)現(xiàn)有的基礎(chǔ)架構(gòu)進(jìn)行整合，通過虛擬化技術(shù)和自動化技術(shù)，構(gòu)建企業(yè)自己擁有的云計算中心，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(yīng)用對資源的獨(dú)占，從而幫助企業(yè)實現(xiàn)云計算理念。

IBM 的“藍(lán)云”計算平臺是一套軟、硬件平臺，將Internet上使用的技術(shù)擴(kuò)展到企業(yè)平臺上，使得數(shù)據(jù)中心使用類似于互聯(lián)網(wǎng)的計算環(huán)境?！八{(lán)云”大量使用了IBM先進(jìn)的大規(guī)模計算技術(shù)，結(jié)合了IBM自身的軟、硬件系統(tǒng)以及服務(wù)技術(shù)，支持開放標(biāo)準(zhǔn)與開放源代碼軟件。

“藍(lán)云”基于IBM Almaden研究中心的云基礎(chǔ)架構(gòu)，采用了Xen和PowerVM虛擬化軟件，Linux操作系統(tǒng)映像以及Hadoop軟件(Google File System以及MapReduce的開源實現(xiàn))。IBM已經(jīng)正式推出了基于x86芯片服務(wù)器系統(tǒng)的“藍(lán)云”產(chǎn)品。下圖為IBM “藍(lán)云”的架構(gòu)：

由圖可知，“藍(lán)云”計算平臺由一個數(shù)據(jù)中心、IBM Tivoli部署管理軟件(Tivoli provisioning manager)、IBM Tivoli監(jiān)控軟件(IBM Tivoli monitoring)、IBM WebSphere應(yīng)用服務(wù)器、IBM DB2數(shù)據(jù)庫以及一些開源信息處理軟件和開源虛擬化軟件共同組成。“藍(lán)云”的硬件平臺環(huán)境與一般的x86服務(wù)器集群類似，使用刀片的方式增加了計算密度?！八{(lán)云”軟件平臺的特點主要體現(xiàn)在虛擬機(jī)以及對于大規(guī)模數(shù)據(jù)處理軟件Apache Hadoop的使用上。

“藍(lán)云”平臺的一個重要特點是虛擬化技術(shù)的使用。虛擬化的方式在“藍(lán)云”中有兩個級別，一個是在硬件級別上實現(xiàn)虛擬化，另一個是通過開源軟件實現(xiàn)虛擬化。硬件級別的虛擬化可以使用IBM p系列的服務(wù)器，獲得硬件的邏輯分區(qū)LPAR(logic partition)。邏輯分區(qū)的CPU資源能夠通過IBM Enterprise Workload Manager來管理。通過這樣的方式加上在實際使用過程中的資源分配策略，能夠使相應(yīng)的資源合理地分配到各個邏輯分區(qū)。p系列系統(tǒng)的邏輯分區(qū)最小粒度是1/10顆CPU。Xen則是軟件級別上的虛擬化，能夠在Linux基礎(chǔ)上運(yùn)行另外一個操作系統(tǒng)。

虛擬機(jī)是一類特殊的軟件，能夠完全模擬硬件的執(zhí)行，運(yùn)行不經(jīng)修改的完整的操作系統(tǒng)，保留了一整套運(yùn)行環(huán)境語義。通過虛擬機(jī)的方式，在云計算平臺上獲得如下一些優(yōu)點 ：

1)云計算的管理平臺能夠動態(tài)地將計算平臺定位到所需要的物理節(jié)點上， 而無須停止運(yùn)行在虛擬機(jī)平臺上的應(yīng)用程序，進(jìn)程遷移方法更加靈活；

2)降低集群電能消耗，將多個負(fù)載不是很重的虛擬機(jī)計算節(jié)點合并到同一個物理節(jié)點上，從而能夠關(guān)閉空閑的物理節(jié)點，達(dá)到節(jié)約電能的目的；

3)通過虛擬機(jī)在不同物理節(jié)點上的動態(tài)遷移，遷移了整體的虛擬運(yùn)行環(huán)境，能夠獲得與應(yīng)用無關(guān)的負(fù)載平衡性能；

4)在部署上也更加靈活，即可以將虛擬機(jī)直接部署到物理計算平臺上，而虛擬機(jī)本身就包括了相應(yīng)的操作系統(tǒng)以及相應(yīng)的應(yīng)用軟件，直接將大量的虛擬機(jī)映像復(fù)制到對應(yīng)的物理節(jié)點即可。

“藍(lán)云”計算平臺中的存儲體系結(jié)構(gòu)：“藍(lán)云”計算平臺中的存儲體系結(jié)構(gòu)對于云計算來說也是非常重要的，無論是操作系統(tǒng)、服務(wù)程序還是用戶的應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)都保存在存儲體系中?！八{(lán)云”存儲體系結(jié)構(gòu)包含類似于Google File System 的集群文件系統(tǒng)以及基于塊設(shè)備方式的存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)SAN。

在設(shè)計云計算平臺的存儲體系結(jié)構(gòu)時，可以通過組合多個磁盤獲得很大的磁盤容量。相對于磁盤的容量，在云計算平臺的存儲中，磁盤數(shù)據(jù)的讀寫速度是一個更重要的問題，因此需要對多個磁盤進(jìn)行同時讀寫。這種方式要求將數(shù)據(jù)分配到多個節(jié)點的多個磁盤當(dāng)中。為達(dá)到這一目的，存儲技術(shù)有兩個選擇，一個是使用類似于Google File System的集群文件系統(tǒng)，另一個是基于塊設(shè)備的存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)SAN系統(tǒng)。

在藍(lán)云計算平臺上，SAN 系統(tǒng)與分布式文件系統(tǒng)(例如Google File System)并不是相互對立的系統(tǒng)，SAN提供的是塊設(shè)備接口，需要在此基礎(chǔ)上構(gòu)建文件系統(tǒng)，才能被上層應(yīng)用程序所使用。而Google File System正好是一個分布式的文件系統(tǒng)，能夠建立在SAN之上。兩者都能提供可靠性、可擴(kuò)展性，至于如何使用還需要由建立在云計算平臺上的應(yīng)用程序來決定，這也體現(xiàn)了計算平臺與上層應(yīng)用相互協(xié)作的關(guān)系。

(3)Amazon的彈性計算云

Amazon是互聯(lián)網(wǎng)上最大的在線零售商，為了應(yīng)付交易高峰，不得不購買了大量的服務(wù)器。而在大多數(shù)時間，大部分服務(wù)器閑置，造成了很大的浪費(fèi)，為了合理利用空閑服務(wù)器，Amazon建立了自己的云計算平臺彈性計算云EC2(elastic compute cloud)，并且是第一家將基礎(chǔ)設(shè)施作為服務(wù)出售的公司。

Amazon將自己的彈性計算云建立在公司內(nèi)部的大規(guī)模集群計算的平臺上，而用戶可以通過彈性計算云的網(wǎng)絡(luò)界面去操作在云計算平臺上運(yùn)行的各個實例(instance)。用戶使用實例的付費(fèi)方式由用戶的使用狀況決定，即用戶只需為自己所使用的計算平臺實例付費(fèi)，運(yùn)行結(jié)束后計費(fèi)也隨之結(jié)束。這里所說的實例即是由用戶控制的完整的虛擬機(jī)運(yùn)行實例。通過這種方式，用戶不必自己去建立云計算平臺，節(jié)省了設(shè)備與維護(hù)費(fèi)用。

上圖為EC2系統(tǒng)的使用模式。從圖中可以看出，彈性計算云用戶使用客戶端通過SOAP over HTTPS協(xié)議與Amazon彈性計算云內(nèi)部的實例進(jìn)行交互。這樣，彈性計算云平臺為用戶或者開發(fā)人員提供了一個虛擬的集群環(huán)境，在用戶具有充分靈活性的同時，也減輕了云計算平臺擁有者(Amazon公司)的管理負(fù)擔(dān)。彈性計算云中的每一個實例代表一個運(yùn)行中的虛擬機(jī)。用戶對自己的虛擬機(jī)具有完整的訪問權(quán)限，包括針對此虛擬機(jī)操作系統(tǒng)的管理員權(quán)限。虛擬機(jī)的收費(fèi)也是根據(jù)虛擬機(jī)的能力進(jìn)行費(fèi)用計算的，實際上，用戶租用的是虛擬的計算能力。

總而言之，Amazon通過提供彈性計算云，滿足了小規(guī)模軟件開發(fā)人員對集群系統(tǒng)的需求，減小了維護(hù)負(fù)擔(dān)。其收費(fèi)方式相對簡單明了：用戶使用多少資源，只需為這一部分資源付費(fèi)即可。

為了彈性計算云的進(jìn)一步發(fā)展，Amazon規(guī)劃了如何在云計算平臺基礎(chǔ)上幫助用戶開發(fā)網(wǎng)絡(luò)化的應(yīng)用程序。除了網(wǎng)絡(luò)零售業(yè)務(wù)以外，云計算也是Amazon公司的核心價值所在。Amazon將來會在彈性計算云的平臺基礎(chǔ)上添加更多的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)組件模塊，為用戶構(gòu)建云計算應(yīng)用提供方便。

六、云計算技術(shù)發(fā)展面臨的主要問題

盡管云計算模式具有許多優(yōu)點，但是也存在的一些問題，如數(shù)據(jù)隱私問題、安全問題、軟件許可證問題、網(wǎng)絡(luò)傳輸問題等。

· 數(shù)據(jù)隱私問題：如何保證存放在云服務(wù)提供商的數(shù)據(jù)隱私，不被非法利用，不僅需要技術(shù)的改進(jìn)，也需要法律的進(jìn)一步完善。

· 數(shù)據(jù)安全性：有些數(shù)據(jù)是企業(yè)的商業(yè)機(jī)密，數(shù)據(jù)的安全性關(guān)系到企業(yè)的生存和發(fā)展。云計算數(shù)據(jù)的安全性問題解決不了會影響云計算在企業(yè)中的應(yīng)用。

· 用戶使用習(xí)慣：如何改變用戶的使用習(xí)慣，使用戶適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)化的軟硬件應(yīng)用是長期而艱巨的挑戰(zhàn)。

· 網(wǎng)絡(luò)傳輸問題：云計算服務(wù)依賴網(wǎng)絡(luò)，目前網(wǎng)速低且不穩(wěn)定，使云應(yīng)用的性能不高。云計算的普及依賴網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展。