关键词： 云计算； 桥梁安全与健康监测； 数据中心； 数据管理技术
中图分类号：TP391 文献标志码：A 文章编号：1006-8228（2013）12-18-04
Basic architecture and data management technology of bridge safety and health
monitoring data center based on cloud computing
Tu Huimin1，2， Wu Jufeng1，2
（1. Wuhan Bridge Science Research Institute（BSRI） Ltd.MBEC， Wuhan， Hubei 430034， China；
2. Key laboratory of bridge structure and health of Hubei province）
Abstract： With the development of bridge safety&health monitoring data center （BSHM-DC） technology， the monitoring data is increased rapidly in exponential speed， which requires the data storage and management technology of data center to be more intelligent and efficient. In this paper， the data management technology and developing trend of BSMS-DC is put forward firstly. After illustrating the basic architecture of BSHM-DC on the basis of cloud computing， the selections of key devices and related software are discussed. Lastly， its application expectation of BSHM-DC is prospected.
Key words： cloud computing； bridge safety &health monitoring （BSHM）； data center（DC）； data management technology
0 引言
桥梁安全与健康监测系统是通过在桥梁的关键部位布置高可靠性和耐久性的各类传感器，对结构内力、变形、动力特性、环境状况进行实时监测，获取桥梁在营运期内受各种荷载作用下的结构响应，通过理论计算和规范值与实测值的对比、分析，实现结构异常响应报警、结构营运安全性评估、结构损伤识别等。由于该系统7*24小时不间断检测，所采集的数据量飞速增长。在面对多座桥梁监测系统集成管理的情况下通常采用直联式数据存储方式，其数据的存储能力、数据管理难度、数据安全，以及存储资源的利用等，都难以满足系统设计需求。
云计算可以满足新一代数据中心对网络、存储和计算的业务需求，并能提供丰富的应用服务，是新一代数据中心的核心要素[1-2]。本文通过引入云计算的基础架构，建立了基于云计算的桥梁安全与健康监测数据中心，将分散在全国各地的监测系统数据进行集中可靠的存储与管理，并通过云计算数据中心向用户提供高效、安全的服务。
1 桥梁安全与健康监测数据中心建设的现状
随着在役桥梁安全与健康监测建设的发展，桥梁安全与健康监测系统中海量数据的存储与有效利用日显重要，并成为在役系统普遍关注的一个重点。一个中等桥梁安全与健康监测系统数据日增长量在3GB/天左右，一年有1.1TB增量的数据，数据的维护管理主要依赖系统管理员定期执行，数据管理的实施方式难以统一。随着数据量的增加，数据管理工作量、管理难度及管理成本成倍增加，数据也得不到有效利用。
桥梁安全与健康监测数据中心引入云计算，可将业务数据和应用在公有云和私有云之间同步，当数据中心构建的私有云出现故障，应用可以无缝迁移到公有云中。通过云计算将分散在全国各地的业务系统数据通过INTERNET进行集中存储与管理，可向桥梁技术研究者提供数据共享服务分析桥梁健康监测海量数据；桥梁管理单位即使不具备桥梁专业技术知识也可以在任何地方、任何时间监测到桥梁的实际运营状况，获得桥梁健康监测报告及桥梁营运安全性评估等服务并实时反馈专家意见，大大提高了桥梁管养效率。
基于云计算的桥梁安全与健康监测数据中心建设分两部分，一部分是集成中心，另一部分是分散在全国各地的分中心。集成中心的数据增长量在10GB/天，分中心的数据增长量在3GB/天左右，增长量会随着业务量的增加而增加。集成中心利用云计算技术对服务器、存储、网络等IT资源进行虚拟化，将所有的IT资源放在一个资源池中并进行动态资源管理，对IT资源进行监管和云管理。当资源池中分配给某个桥梁安全与健康监测系统的资源出现故障或者该系统获得的资源不够用的时候，云管理平台会自动分配给它新的资源，从而保证系统7*24小时不间断运行。
分中心的数据通过公共Internet网络与集成中心组成云网络，数据进行同步，在集成中心对数据进行异地容灾备份。集成中心有两份数据，一份数据面向桥梁安全与健康监测系统（数据库A），一份数据是完全备份数据（数据库B）。我们主要考虑如何优化实时数据读取和历史数据查询。数据库B中保留所有数据，数据库A只保留最近1周的数据；业务系统实时读取的是数据库A中的数据，而查询一周之前的数据就读取数据库B中的数据。
图1 分中心数据库结构与操作
2 关键技术
云计算（Clouding Computing）由Google、Amazon等公司于2006年首先提出，它是一种利用互联网实现随时随地、按需、便捷地访问共享资源池（如计算设施、存储设备、应用程序等）的计算模式[3]。我国政府高度重视对云计算的发展，把其列为重点发展的战略性新兴产业[4-5]，云计算技术的应用已成为国内外的热点研究问题[6-8]。
基于云计算的桥梁安全与健康监测数据中心的建设所需专业涉及面较广，如桥梁专业、网络通信专业、计算机专业等。本节着重讨论其在计算机领域内实现云计算数据中心的关键技术。
2.1 虚拟化技术
虚拟化技术能让所有计算元件在虚拟的基础上运行，是实现云计算数据中心不可缺少的功能。通过把有限的固定的资源根据不同需求进行重新规划以达到最大利用率的思路，在IT领域就叫虚拟化技术[9-10]（Virtual Technology）。这种解决方案能在很大程度上优化资源、节约成本。虚拟化技术包括计算虚拟化技术、网络虚拟化技术、存储虚拟化技术。系统虚拟化前后的特点如表1所述。
表1 虚拟化前后特点比较
[虚拟化前＼&虚拟化后＼&每台主机一个操作系统＼&每台主机上运行多个虚拟机，每个虚拟机一个操作系统
＼&每台主机上运行多个程序，可能造成冲突
＼&多个程序可分别在运行在多个虚拟机上，应用程序相对独立的运行空间，避免冲突
＼&每台主机配一个存储，存储资源得不到有效利用，且一旦存储出现单点故障，数据可能丢失
＼&多个虚拟机共享存储，当一台主机出现故障时，会自动分配其他主机上的硬件资源给故障主机的应用程序＼&硬件成本高，且配置和管理困难＼&虚拟机独立于硬件运行，可动态资源分配，新程序的部署工作只需要几分钟，有效节约硬件和维护成本
＼&]
目前虚拟化技术的产品主要有EMC的 VMware虚拟化产品，Microsoft的Virtual Server， Sun的Virtual Box，以及Ctrix公司的Xen Server和Xen，占市场份额最大的是EMC的 VMware虚拟化产品。
2.2 数据存储技术
基于云计算的桥梁安全与健康监测数据中心需要满足大数据管理的需求，为大量桥梁管理者提供服务并且为桥梁研究者提供大数据分析功能。数据安全可靠存储是实现大数据管理分析的基础。
数据存储系统从物理结构来看，底层主要是磁盘，通过光纤、串口线等与磁盘后的板卡和控制器相连。目前最常用的存储方式有DAS（直接连接存储）、SAN（存储区域网络）和NAS（网络附加存储）。直连存储（DAS）是直接通过SCSI线缆或者光纤直接连接到服务器上。存储区域网络（SAN）是通过网络方式连接存储设备和应用服务器，目前常用的SAN结构根据连接介质不同而分为FC SAN和IP SAN。网络附加存储（NAS）是将网络存储设备直接放在网络上提供文件共享服务。这三种技术优缺点如表2所示。
表2 DAS、SAN、NAS数据存储系统技术优缺点
[特征＼&DAS＼&SAN＼&NAS＼&安装难易度＼&较难＼&较难＼&很容易＼&集中管理＼&难＼&专用软件＼&基于网络＼&扩展性＼&低＼&高＼&中＼&数据共享＼&难＼&通过软件实现＼&内部实现＼&处理能力＼&强＼&强＼&视网络情况而定＼&备份＼&传统方式＼&服务器不参与＼&多种方案＼&容灾＼&基于服务器＼&端对端及多点容灾＼&端对端方案＼&安全＼&中＼&高＼&低＼&]
目前主要存储厂商的FC SAN存储可以实现8Gbit/S的传输速率，但费用较高，所以中大型数据中心建设中还是处于领先地位。但是随着IP SAN技术的发展，较高的性价比使FC SAN存储逐渐扩大了在市场的份额。
2.3 动态资源管理
云计算的资源包括存储资源、计算资源、网络资源、基础设施资源以及其他资源[2]。当应用云计算时，面对大量设备和相关技术，如何有效整合各种资源并实施动态资源管理是实现云计算的关键。云计算动态资源管理系统的基本功能，是接受资源请求，合理地调度相应的资源并且把特定的资源分配给资源请求者，使请求资源的业务得以运行。它能跨资源池智能动态调整计算资源，使IT与业务优先级对应，动态提高系统的管理效率。
云计算的动态资源管理必须处理好存储架构问题，解决资源部署、监控和调度策略等问题。在VMware虚拟化产品中，DRS（vsphere Distributed Resources Scheduler）可以根据每一个虚机的实际运行情况，适时地对内存、CPU、网络的消耗进行动态调整，将其平均分配到DRS集群的每一台主机上面。动态分配依靠VMotion实现，所以，VMotion是DRS的先决条件。
3 云计算数据中心实现
基于云计算的桥梁安全与健康监测数据中心实现了数据中心服务器、网络、存储虚拟化及负载均衡，其基础架构拓扑图如图2所示。
整个方案通过两路6核服务器配合后端IP SAN存储技术，并采用云计算虚拟化技术来实现桥梁安全与健康实时监测。在云计算操作系统软件的支持下，将3台两路6核服务器组建HA集群，并配合DRS及VMotion等高级功能，实现业务的连续性，减少计划内宕机时间，有效地提高资源利用率。
3.1 计算系统设备及软件实现
计算系统设备主要是指服务器，服务器的选择上主要考虑的是服务器的性能，满足五年内桥梁安全与健康监测业务的需要，主要计算能力由3台两路6核服务器担任。
而计算系统虚拟化的实现主要是利用软件将服务器虚拟化。目前主流的、最具代表性的虚拟化软件是VMware的Vsphere软件。
本方案采用3台企业级两路服务器（HP Enterprise Server）作为核心数据库平台。该服务器能满足数据库应用的高可用性、可恢复性，并具有错误检测及消除单点故障的功能。采用数据库双机方案也增强了应用的可扩展性，满足业务不断增长的需要。由于该型服务器采用全新的因特尔快速互联通道互联架构配合因特尔志强E5系列处理器及SAS 6Gbps高性能磁盘控制器，使系统联机处理性能提升2.5倍以上，数据库性能提升3倍以上，更加适用于基础架构、数据库核心应用。
3.2 存储设备及数据管理软件
在保障客户应用的前提下，存储将成为一个必须受到关注的核心环节，因此双控制器、多处理器和高可靠光纤8Gb存储成为首选，这能有效保障业务的物理稳定特性。出于数据安全备份的考虑，配置大存储容量6TB存储空间服务器作为虚拟机的备份服务器，可以保证在光纤存储故障时或维护时的业务连续性，并对客户的应用数据也做到了统一备份。为了保障业务运行的高性能、可持续性和可扩展性，我们选择了IP-SAN的存储模式，通过串口线连接磁盘与控制器。云计算计算节点服务器通过交换机连接存储设备，实现数据链路的高品质性能保障。
在数据的统一备份处理上，基于虚拟机文件驻留在共享SAN存储上，可以使用存储区的映像来备份虚拟机文件，这样做不会在运行虚拟机的云计算计算节点主机上引起任何额外的负载。统一备份功能可以满足缩短虚拟机的备份时间，移除客户应用服务器上的备份工作负载，以及从中央服务器中执行备份的工作。其工作流程是从运作中的主机上剥离磁盘，将磁盘链接到专用的统一备份服务器上，然后备份磁盘中适当的文件，此时原始主机仍能看到该磁盘并能正常工作。通过有效利用虚拟机存储区的映象文件，高效地保障客户数据安全。
3.3 网络设备
云计算数据中心网络需实现双链路可靠冗余连接、负载均衡，充分考虑网络的可管理性。本方案采用两台DLINK交换机实现设备冗余，同时通过实现网络虚拟化来保证网络策略安全，使之不受虚拟机位置迁移的影响。
3.4 云平台管理
云管理平台是负责整个数据中心的资源池管理、是实现IAAS的关键环节。本方案采用VMware公司的Vcenter软件，与其他的管理软件相比，该软件的使用为IT管理者大大降低了云计算虚拟环境管理的难度。
该云平台是目前最强大的虚拟环境管理平台，它能提高在虚拟基础架构每个级别上的集中控制和可见性，无论是几十台还是几千台虚拟机，都能集中、简单地管理。它可以通过使用向导或者模板，在几分钟内创建新的虚拟机或主机，最大限度地减少错误和停机；它还可以借用DRS（vsphere Distributed Resources Scheduler） 持续监控各个资源池的使用情况。此外，借助vCenter API和.NET可实现vCenter Server和其他工具的集成，并且支持在vSphere Client中嵌入自定义插件，为管理IT环境提供选择自由。
4 结束语
目前，基于云计算的桥梁安全与健康监测数据中心建设还处在初级阶段，随着桥梁安全监测技术和云计算技术的发展，云计算数据中心会逐渐形成系统化、网络化的全国性的桥梁安全与健康监测平台。该平台能面向所有桥梁行业的客户，提供存储空间及桥梁安全与健康监测服务；同时还能根据存储的大量桥梁相关数据，进行数据挖掘及数据分析，在桥梁学术研究方面具有重要意义。
基于云计算的数据中心建设是一个复杂的系统工程，本文着重从桥梁安全监测数据中心的关键技术方面阐述了系统基础架构，以及关键设备和软件的选型，希望能为其他行业数据中心的建设提供一些参考。
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【关键词】云计算；云基础架构；虚拟化技术；分布式存储系统；并行编程模型
1.引言
自新千年IT业引入云计算概念以来，通过广大的市场需求及雄厚的技术支持，大规模云计算系统已成为当今IT业发展的主流。实现云计算的基础是实现云计算系统基础架构。一个云计算系统的优秀与否，关键在于其基础架构是否能够稳定、高效地完成各项任务。本文试图结合相关资料，对云基础架构及其效能进行分析、定义及具体阐述，为下一步研究提供有力参考。
2.云计算简介
云计算的迅猛发展与广大的市场需求和强大的技术支撑密切相关。首先，随着IT业的迅猛发展，各IT运营商都形成了各自庞大的服务器集群。如何实现现有集群的重新整合以降低运维成本，提高效率成为运营商考虑的首要问题；另外，IT市场的迅猛发展也要求各运营商提供更加稳定、快捷的服务。其次，分布式系统、虚拟化技术的不断发展完善，使得服务集群性能的快速提升成为可能。所以，在上述两方面原因的相互作用下，云计算得到了前所未有的发展。
目前，不同公司对云计算有着不同的理解和实现方式。通过对现有云计算系统的分析及对相关资料的研究[1—5]，本文认为云计算是以商业需要为出发点，将数量庞大的服务器集群整合成为分布式的资源池，通过虚拟化技术、Web2.0技术将资源池强大的计算能力、存储能力和构建在其基础之上的各类应用以按需计费的形式从不同的层次（Infrastructure、Platform、Application）租赁给用户的一种新型网络运营模式。
由上述定义可得到云计算体系结构如图1。
由图可知，云计算基础架构位于云计算系统的底层，它为云计算系统的出色运营提供了有力的支持。
3.云计算基础架构
3.1 云计算基础架构的定义
目前，业界及学术界对云计算基础架构还没有一个统一的定义利标准。各IT运营商均根据自身的实际情况，以各自的理解定义和实现云计算基础架构的部署。理工大学教授刘鹏在其著作《云计算》中提出：云基础架构及管理层由数据中心与云基础架构、安全产品、基础架构和运营管理三大部分组成[3]。作为虚拟化技术的龙头，Vmware公司在谈到其云基础架构层产品时说道：云计算基础架构是指通过虚拟化技术将传统数据中心转变为云基础架构并在其之上创建云，将IT基础架构作为服务交付给客户使用[6]。Lenk等人在其文章谈及云计算基础设施层时也指出：云基础架构可划分为基础设施服务和资源集两大部分，其中资源集可分为虚拟资源集和物力资源集；而基础设施服务又分为高级基础设施服务、基本基础设施服务、计算服务、存储服务和网络服务[7]。
通过对现有云基础架构以及对相关文献资料的研究，本文认为云计算基础架构是指由硬件资源（PC服务器、磁盘阵列、路由器、交换机及相关配套设备）组成，通过虚拟化技术、分布式并行技术整合形成的用以直接对外提供存储、计算服务或作为基础设施为上层云计算应用提供存储、计算能力支撑的一种高效、可靠并且具有良好扩展性的底层分布式系统。
3.2 云计算基础架构的分类
通过分析研究现有云计算系统及相关[8—12]，本文认为云基础架构按照服务的对象可分为基础型云基础架构和外向型云基础架构：基础型云基础架构指主要向运系统上层提供计算、存储资源服务的云基础架构，基础型云基础架构的代表系统有：TFS、GFS、Cassandra、KIDC；外向型云基础架构指直接向用户提供计算、存储资源服务的云基础架构，外向型云基础架构的代表系统有：IBM Ensembles、Amazon EC2、Amazon S3、HyperCloud、Megastore。
3.3 云基础架构的结构体系
通过对当前业界主流云基础架构系统的分析和对相关学术成果的研究，可以看出云基础架构的作用是通过将物理资源转化为虚拟资源池，实现对资源的监控、调度和管理以达到为上层应用和用户提供弹性的计算和存储资源的目的。云基础架构结构框架如图2。
由此本文将云基础架构分为以下五个层次：
1）物理层是指搭建、部署云基础架构所需的物理设备和配套环境。起作用时为云基础架构提供基本的物力资源，并保持物理设备的可靠性。
2）虚拟层是指通过虚拟化技术解除实现方式、地理位置或底层物理配置对计算机资源的限制，打破上层与物力资源之间的耦合关系，形成统一的虚拟资源。虚拟层的作用是为上层提供可靠且能够灵活按需分配的虚拟资源。虚拟层由虚拟计算资源、虚拟存储资源和虚拟网络资源组成。
3）数据层是指对云基础架构内运行的客户数据进行基本操作和管理的层次。数据层主要包含两个部分，既数据处理与数据管理。
4）管理层是整个云基础架构中的一个抽象层次。它对云基础架构的各类资源进行监控，根据实际负载状况对资源进行管理和调度并且根据上层需求对资源进行快速部署，以保证云基础架构高效运行。云基础架构管理层主要由资源监控、负载管理、资源部署和安全管理四个部分组成。
5）服务层是指为上层云计算应用调用云基础架构计算、存储资源预留的接口和对用户使用云基础架构计算、存储资源提供的交互界面。服务层对云基础架构效能的影响体现在服务层各类接口的通用性上。因为服务层接口与上层的松耦合性能够减小底层云基础架构对上层应用的限制，从而提高云基础架构自身的可用性。
3.4 云基础架构实现的主要技术
3.4.1 虚拟化技术
虚拟化是表示计算机资源的一种抽象方法。通过虚拟化，可以简化基础设施、系统和软件等计算机资源的表示、访问和管理，并为这些资源提供标准的接口来接受输入和提供输出[2]。通过虚拟化技术，可以实现在一台服务器上运行多个虚拟机，从而提供服务器的效率。由于绝大部分PC产品均属于X86架构，所以本文论述的虚拟化技术主要指X86架构的虚拟化技术。当前X86虚拟化技术的主流产品是VMware的VMware vSphere。
vSphere主要用于服务器的虚拟化，即在一台物理服务器上运行多台虚拟机，以次达到服务器整合和优化的目的。vSphere的核心是ESX架构，它可分为两部分：Service Console和VMKernel。其中前者提供管理服务，后者提供虚拟化能力。
随着虚拟化技术在云计算中发展中的作用越来越重要，对虚拟化技术的研究也成为热点。对虚拟资源的管理便是热点之一，[13]提出将VM模型集成到资源管理框架里，利用两极调度将VM的管理集成至批调度器里，以次为用户提供调度服务。
当前如Amazon EC2等云计算产品大多是以虚拟机的形式为用户提供计算能力，但对于虚拟机的具体配置，需要用户手动完成，因此虚拟化技术在自适应方面还需要进一步研究。
3.4.2 分布式存储系统
随着IT业的发展，网上交易、网上检索等系统所要处理的数据量越来越大。如何利用最低的资源成本创造最高的运行效率成为各大运营商考虑的首要问题。因此研发人员开发完成了一系列分布式存储系统，为云计算提供了强有力的后盾。
分布式存储系统研发目的是为云基础架构提供高效、海量的数据存储能力。各大运营商在搭建自己的云基础架构前都会开发自己的分布式存储系统如Google的GFS分布式文件系统。Google的GFS（Google File System）[14]是Google研发完成的作用于底层的分布式文件系统。GFS的作用是为大规模分布式应用系统提供强大的数据存储服务。GFS的核心设计思路是将系统故障当作一种常态来处理，实现这一思路的技术主要是提供多个副本进行操作。在接口方面GFS除提供基本的Creat、Delete、Open、Close、Read、Write外还提供Snapshot和记录追加两项操作。Snapshot以最低的开销创建一个文件或目录副本，记录追加则保证多客户同时对文件进行数据追加时的原子性和正确性。
GFS含有一个主控服务器（Master）和多个块服务器（Chunk Server）。一份文件由设备经接口，会被分为有限个数据块（每个数据块64MB）。此外，每个数据块都会产生一个元数据（
当前分布式存储系统已成为云基础架构重要组成之一。在学术界，对分布式存储系统的研究逐渐成为热点。[11]提出并实现了一种对等结构分布式存储系统NDSS，该系统取消了类似GFS中主控服务器的中心节点，而是利用分布式共享内存（DSM，Distributed Shared Memory）实现了数据一致性模块，利用分布式共享位图（DSB，Distributed Shared Bitmap）限制了多个节点对信息的同时访问，解决了同步访问控制问题。以此在对等节点中完成了中心节点的主要功能。从测试结果看，NDSS系统的整体性能优于有中心节点的YNS系统[10]。
目前，云基础架构中著名的分布式存储系统还有Google的Bigtable分布式存储系统和Amazon的Dynamo分布式数据存储中心[11]等。它们虽然为云基础架构提供了强大的动力，但仍有改进之处。
3.4.3 并行编程模型
并行编程模型是云计算中的一个重要概念。它是指系统为高效并行处理海量数据而设定的一组数据处理规则。研发人员为了解决输入数据的并行计算、分发数据等问题提出了并行编程模型的概念。
MapReduce是Google公司开发的一种新的抽象模型，也是当前起主导作用的编程模型。它的设计思路来源于函数式编程语言的映射和简化操作[1]。MapReduce的核心思想是将数据逻辑列表通过Map函数处理成为键值对集（），经过排序将具有相同Key值的键值对放在一起后通过Reduce函数将具有相同Key值的键值对的Value值进行合并。
当前对并行编程模型的研究大多以在MapReduce的基础上提出改进方案为主。在文献[15]中。Zaharia等人根据MapReduce建立在系统同构的假设基础上，提出了LATE（Longest Approximate Time to End）调度算法。通过新型调度算法的改进使得MapReduce在异构环境下运行。
虽然现行并行编程模型为云计算提供了强大的技术支持，在某些具体情况的适用性上还需进一步的完善。
4.结论与展望
当前对云基础架构的研究主要集中在业界IT运营商，在学术界对云计算基础架构的研究主要集中在单个技术性能的改进与提高上，明确提出云计算基础架构概念，并进行整体性理论分析研究相对较少。本文通过分析研究现有云计算基础架构实例及相关文献资料，提出了云计算基础架构定义，指出：云计算基础架构是指由硬件资源（PC服务器、磁盘阵列、路由器、交换机及相关配套设备）组成，通过虚拟化技术、分布式并行技术整合形成的用以直接对外提供存储、计算服务或作为基础设施为上层云计算应用提供存储、计算能力支撑的一种高效、可靠并且具有良好扩展性的底层分布式系统。根据云计算基础架构定义，预计在今后的一段时间内，对云计算基础架构的研究会朝着以下几个方面进行：
1）更加高效的数据交互体验。云计算基础架构为上层应用提供存储与计算能力，在此过程中必然会存在基于请求的数据交互过程。而数据交互的速度会直接影响用户对云计算应用的操作体验。所以对高效的数据交互地研究会成为未来云计算基础架构的研究重点。
2）更稳定的系统运行过程。云计算基础架构位于云计算系统的底层，其运行的稳定与否直接关系到整个云计算系统的运作。尽管当前已有多种技术手段（资源监控技术、同步复制技术，心跳检测技术等）来确保云计算基础架构的稳定性。但是这些技术手段任然存在自身消耗资源过大、检测周期与负载变化不适应等问题。而这些问题也会在今后的云计算基础架构的研究中得到解决。所以系统的稳定性也将是云计算基础架构研究的重点之一。
3）更灵活的系统扩展。随着数据量的增加，云计算基础架构不得不面临系统扩展的问题。而实时变化的数据交互量，使得云计算基础架构在扩展的同时更加注重扩展的灵活性。系统的扩展意味着资源的扩充，而系统扩展后的资源合理分配是体现灵活系统扩展的重要部分。当前尽管各类云基础架构都在努力统一和规范各自系统扩展接口并改进资源分配方式，但资源分配是否能够与负载变化同步依然是问题的实质和仍未解决的问题。而这也是云计算发展的基本出发点和立足点。所以，灵活的系统扩展能力是云计算基础架构未来的重要研究方向。
综上所述，云计算基础架构是一个具有现实意义并充满挑战的新兴领域，它的发展将对云计算发展产生巨大的推进作用，而云计算基础架构也会在未来的发展中扮演越来越重要的角色。
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[关键词]云计算；供应商；应用绩效
doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2016.24.037
[中图分类号]TP3 [文献标识码]A [文章编号]1673-0194（2016）24-00-02
0 引 言
近年来，云计算这种新型的信息技术正在飞速的发展，它的出现导致了IT深层次的变革，并将引领IT领域未来发展的方向和潮流，因此，我国企业为了跟上时代信息技术发展的步伐，在国际化的竞争中获得优势，必须要尽快普及云计算的应用，推动企业信息化的升级。
2010年10月，作为创新生产方式的重要保障之一，云计算被纳入国家“十二五”规划，并被认定为我国未来的重点产业之一。这也预示着国家发展云计算，推进企业信息化升级，进而与世界接轨的决心。就目前我国企业云计算应用情况来看，采用云计算的企业比例约为企业总数的18.6%，而49%的企业对云计算的应用根本没有考虑，这充分表现了企业对云计算的认识还不够，对云计算的应用没有信心，小心谨慎，信息化停滞不前。虽然我国的云计算还处于起步阶段，但在国家的高度重视和政策扶持下，相信云计算技术将会被企业广泛的接受，逐步进入云计算的发展和成熟阶段。
云计算是一种新型的IT技术，它采用信息技术整合的方式为需要IT资源的用户提供服务，这种服务是基于互联网的，与其他IT技术不同，云计算不仅仅提供了技术支持，更是为用户提供所需IT的解决方案。虽然云计算自身的可扩展性、弹性、配置动态性等技术特性能够升级企业的信息化，可众多企业出于对新兴技术未知性的恐惧和对云计算应用效果的怀疑而不敢尝试，进而容易造成云计算推广进度的缓慢，丧失企业信息化升级的良机。为了促进云计算在企业中的应用，专家和学者纷纷开始基于企业的视角研究云计算。目前，对企业云计算的研究主要是围绕企业应用云计算的优劣势和采纳的动阻力等方面进行研究，而对如何保证企业云计算应用的成功率从而提升企业云计算的采用率等现实问题还没有进行深入研究。因此，对企业云计算应用绩效的影响因素进行研究是十分必要的，且具有理论和现实意义。
本文对企业云计算应用绩效的影响因素进行分析，得出结论并进行探讨与总结。本文的研究成果将会从研究对象和研究方法方面丰富企业视角下云计算研究的内容；在深化云计算技术给企业带来影响的同时，找出影响企业云计算应用绩效的影响因素，让企业可以通过控制这些因素来提升云计算的应用绩效，为企业实施云计算战略和推进其信息化发展提供建议。
1 云计算应用绩效的影响因素
陈升等研究了信息技术应用绩效的影响因素，认为采用动因、层次、先天条件和实施过程等是信息技术应用绩效的主要影响因素。Iyer和Henderson在研究中基于企业自身条件的角度对企业业务与云计算应用匹配进行了研究，其结论表明：二者匹配程度越高，企业应用云计算的成功率就越高。Garrision 等在其研究中指出，技术能力和管理能力有助于组织对云计算的应用与吸收。Zissis和Lekkas认为，可靠的云计算供应商能够帮助企业解决云计算应用过程中所遇到的技术、安全和隐私风险等问题。基于以上的研究结论，本文把企业云计算应用绩效的影响因素归纳为：企业的自身基础、云计算供应商的可靠性和实施管理3个方面。
2.1 企业自身基础
企业自身基础是指企业在应用云计算时就已经具备的资源条件，它是动态变化的，是企业产生应用云计算需求的源动力，并会影响企业应用云计算的最终效果，具体包括企业管理基础、企业投资基础和企业成员素质基础。
企业的管理基础会影响云计算的应用效果。姜岳新基于实证在其研究中指出，企业的流程、组织、文化和制度等都会影响企业信息化实施的结果。而企业的信息化不仅涉及单纯的信息技术的应用，更要建立与之相匹配的管理体制，从企业的组织战略管理、组织结构管理和业务流程管理等方面着手，最大程度提升企业信息化给企业带来的红利。由此可见，企业的管理基础越好，越能够保障云计算实施的成功率，云计算的应用绩效也越高。
云计算的应用是个系统工程，需要企业为之投入相应的资源。投资的资源应包括相应的财务、时间、人力和物力，投资过程就是企业资源分配的实施。企业的管理层会根据自身投资的基础对云计算项目的实施做出评估，投资基础越好，云计算的应用过程就越能够得到保障，其应用绩效也就越好。
企业的成员包括企业的中、高层的管理人员和基层的工作人员，其素质也会影响云计算在企业中的应用效果。云计算作为一种新兴的信息技术，企业成员对云计算技术的认知和接受能力及对应用云计算重要性的认可度都需要以其自身的素质为基础。无论是管理人员的战略决策，还是基础员工的终端使用，他们对云计算技术及相关信息技术的知识越丰富，越能拓展企业应用云计算的深度和广度，进而提升云计算的应用绩效。
2.2 云计算供应商的可靠性
关键词：大数据 云计算 资源池
历史上曾发生过三次技术革命，分别是十八世纪中叶的工业革命、十九世纪的电力革命和二十世纪至今的信息技术革命。每一次技术革命都促进了生产力的大幅度提高，尤其是信息技术革命期间，计算机和互联网的发展，极大地提高了生产力，甚至从许多方面改变了人们的生活和工作方式，人们也因此步入了信息时代。物联网、电子商务、ERP等新的互联网技术的发展为企业运营管理带来便利的同时，也产生了大量结构化的非格式化的数据。如何通过数据挖掘，从海量数据和大数据中获得有用的信息，为用户提供更好的用户体验，从而增强企业的竞争力，这对企业来说是一个巨大的挑战，同时又是一个难得的机遇。
随着信息时代的来临，企业为解决大数据难题，在传统的网格计算等计算技术的基础上，开发出了云计算技术。云计算是被改进了的分布式计算技术的一种，它能够以极低的成本高效处理海量数据，被越来越多的企业所关注和研究。数据处理是企业运营的一个重要内容，也是其关键部分。云计算技术凭借其众多优点和无限的发展潜力，必将继计算机和互联网之后，成为信息技术革命期间第三个深刻影响未来的发明。
1 云计算概述
云计算最早的定义是由Ramnath Chellappa教授于1997年在美国芝加哥召开的INFORMS（运筹学和管理学研究协会）会议上提出的，那时的云计算界限是由经济的合理性来决定的。后来云计算凭借其“高效率，低成本”的优越性，被许多IT企业所关注 ，并被越来越多地应用于商业领域，经过如亚马逊、Google、IBM、微软等众多大型IT企业近两年的研究实践，云计算技术的商业特性得到了前所未有的开发。云计算从单纯的一种架构技术，发展成为一种服务，甚至是一种资源。
1.1概念
云计算是一种计算服务的交付和使用模式，它通过网络架构、分布式计算、虚拟化等技术将若干计算机硬件个体连接成为一个巨大的计算资源池，也就是所谓的“云”。
云计算也有广义的云计算和狭义的云计算。所谓狭义的云计算，是指基于IT基础设施交付和使用的一种服务。所谓广义的云计算，是指云计算作为一种服务被交付和使用，这种服务的范畴很广，可以是与IT、软件和互联网相关的，也可以是其他任意领域的服务。但是不论是狭义的云计算还是广义的云计算，他们的共同特点是易扩展，而且是按需分配和收费。
可以说，云计算既是一项技术，也是一种服务。本文是将云计算作为一种服务来解读的。
1.2发展过程
Google成立之初并没有充足的资金购买大量的服务器，他们的创始人布林和佩奇就通过购买被淘汰的主板、过期的CPU、便宜的小容量硬盘和廉价的电源等最便宜的器件自己搭建服务器，并通过自己设计的一套新型运算方法将这些独立的服务器连接起来，实现了高性能运算，这就是“云计算”的雏形。
在WEB2.0时代，个人电脑和互联网得到了前所未有的普及，人们也从单纯的信息消费者成为了信息的生产者，信息的数量出现了爆炸性的增长，如何以高性价比的方式存储和处理数据成为一个被大家热议的话题。2005年，Apache基金会开发出了一个类似于Google的开源的云计算架构的Hadoop基础架构，许多IT企业基于这个架构开发出了自己的云计算架构，并出租他们的云计算服务，极大地促进了云计算技术的推广和发展，也为许多中小型企业提供了成本极低而功能强大的计算平台。
1.3原理
以Google云计算为例，云计算架构主要由以下几个部分构成：Google文件系统GFS，并行编程模式MapReduce，分布式锁服务Chubby，分布式结构化数据表Bigtable，分布式存储系统Megastore以及大规模分布式系统的监控基础架构Dapper。Google将海量数据分成若干块分布存储在GFS上，然后通过MapReduce技术高效处理这些数据然后生成结构化文件存储在Bigtable上。
也就是说，要实现云计算必须要有一个分布式文件系统，然后通过MapReduce这种处理海量数据的并行编程模式将文件系统上的海量数据进行处理，并将结果存储到另外一个结构化数据库中，从而实现高效的信息处理。
1.4应用形式
从功能方面来讲，云计算的应用形式有三种，它们分别是：基础设施即服务Iaas（Infrastructure as a Service）、平台即服务Paas（Platform as a Service）以及将软件即服务Saas（Software as a service）。Iaas提供的服务是云计算架构中的各种硬件设施等基础资源，用户可以根据自己的需求任意部署和安装运行任意软件，同时管理和控制底层的云基础设施。Paas为用户提供一个已经部署好的云计算基础架构，用户可以在这个既成架构上任意部署自己需要的应用程序，但不用自己管理和控制云基础设施。Saas为用户直接提供已经安装在云基础设施上的应用程序，用户不用自己管理云基础设施和上面的应用程序，只需通过客户端对云平台进行访问即可应用云基础设施上面的应用程序。
2 云计算在商业应用中的局限性
虽然云计算在商业应用领域有着独特的优越性，但其自身拥有的局限性是云计算技术进一步发展和普及的最大障碍。
2.1安全性
安全性是用户选择云计算时的首要考虑的因素，也是云计算实现可持续发展的关键。由于多个用户共享同一个云基础设施，这就必然造成用户对自身企业数据泄露的担忧，这也是许多大型企业对云计算技术始终保持观望态度的重要原因。
目前许多提供云计算服务的企业开发出了公有云、私有云和混合云等不同的云架构，其目的就在于为企业提供更多的选择，从而更好的避免数据泄露的风险。
云计算的安全性研究是今后云计算发展的一个重要课题，解决好云计算的安全性问题，必将推动云计算向更高水平发展。
2.2带宽限制
云计算的服务是通过互联网实现的，而云计算资源池中的海量数据也是通过互联网流动的，由此就容易发生服务中断、网络延迟等问题。企业如果要实现云计算的流畅运行和操作，多多少少都要改变企业自身的网络架构，而且需要更大的宽带带宽。然而企业并不是每时每刻都面临海量数据的挑战，改变自身网络架构和一次性部署大带宽对他们来说并不划算。因此要使云计算走进企业，解决网络接入和宽带带宽技术的问题也成为一项重要议题。
3 结束语
云计算技术具有“低成本，高效，环保”的独特商业特性，该特性不但能够被应用于商业领域，更能被拓展利用于科研、数据挖掘和人工智能等社会的各方各面，必将在今后对社会经济文化的发展产生深刻的影响。
【参考文献】
[1]张为民、唐剑峰、罗治国、钱岭，《云计算深刻改变未来》，科学出版社，2009（12）.
1 云计算概述
云计算诞生于二零零六年，二零零八年云计算得到大面积推广，云计算的诞生立即引起全球信息行业的广泛关注，云计算的出现给IT行业发展带来了新的改革浪潮，云计算的特征是：按需服务、共享资源、按需付费、网络面广。云计算作为二十一世纪新兴的技术，彻底改变了传统软件工程。云计算现如今已经被应用到了各个领域。云计算的核心技术有海量数据存储与计算、虚拟化技术、分布式存储技术、并行编程模式技术。云计算实现了将庞大数据拆分成若干子程序进行分布处理，处理后发送给服务器群计算，最后将分析处理结果统一融合后回传给用户。狭义上来说云计算是通过计算机和各类用户终端实现信息交互和应用。广义上讲云计算是一种强大的网络服务模式。云计算的虚拟化技术将一台计算机虚拟化成多台计算机，使资源利用率提高，从而降低成本。云计算的分布式计算技术，实现了根据使用需求情况分布资源。另外，云计算相比传统硬件平台相比，维护费用低廉，管理方便易操作，无需大量的资金支持。
2 物联网概念
物联网是互联网的重要组成部分，物联网是物物相联的互联网，物联网的基础仍然是互联网，物联网是以互联网为基础发展和延伸出来的网络。物联网最早提出于一九九零年。一九九一年麻省理工学院开始对物联网进行研究，一九九九年麻省理工学院对物联网做了实验。物联网底层数据的感知是物联网技术的基础，在物联网感知层中，呈现出的特点是数据量大、种类多。物联网感知采用了信息后，通过传输层实现数据与传递。物联网按照功能分为三层：应用服务层、网络传输层、感知控制层。物联网应用十分广泛，现如今几乎已经渗入到人类生活的各个方面。例如：智能交通、智能家居、资源管理、科研实验、医疗领域、军事领域。物联网的发展和推广受到了国家的重视。但就目前来看，物联网技术不论是技术上，还是理论上仍然处于发展阶段，距离物联网普及和大面积应用仍然有着一定的距离。
3 基于云计算的物联网系统架构
从物联网技术的特征来看，未来物联网技术更新和改革离不开对云计算的应用，云计算的优势是物联网技术所需要的，物联网的推广和应用必然不能缺少云计算，物联网数据产生和收集过程具有实时性和不间断性，处理时间的延迟必然会导致数据量的扩大。但由于数据量大、节点有限、存储点等技术限制，必然影响物联网性能。云计算的分布式技术，便可很好的解决这些问题，使物联网实现有效的控制多源、多位置的不同数据处理。云计算和物联网的融合，使物联网获得了强大的计算能力和存储能力，云计算搭建了一个辅助物联网的平台。
基于云计算的物联网系统架构主要包括了三个层次：物联网中间件层、物联网基础设施层、物联网应用层。这三层相互协调融合构成了物联网系统，向人们提供服务。
3.1 物联网应用层
物联网应用层是整个物联网系统架构的核心内容，应用层通过应用管理中提供管理工具，其中包括：用户管理、资源管理、安全管理、影像管理。每一个管理工具能够为用户提供不同的服务，用户管理包括：用户账户管理、计费管理等等。安全管理包括：用户身份验证、用户资料保护等等。资源管理包括：资源恢复、故障检测等等。影像管理包括：应用生命周期管理、影像部署等等。
3.2 物联网中间件
物联网中间件层是整个物联网的连接媒介，包含着整个物联网的所有中间件产品。所包括的功能有：感应设备管理、智能终端接入等等，除此之外，还具有面向服务的物联网应用的功能。
3.3 物联网基础设施层
物联网基础设施是物联网系统实现的基础，离开了物联网基础设备，物联网系统无从谈起。物联网基础设备层包含了：虚拟集群、物理硬件及感应终端。虚拟集群是基于云计算的虚拟化技术的基础上实现的，以虚拟化方式为用户提供服务。物理硬件包括：云计算必要的网络设备、存储设备、服务器设备等等。感应终端包括传感器、控制器等智能终端设备。物联网基础设备由物联网中间件负责管理和协调运作。
关键词 云计算；云测试；软件测试
中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）09-0058-01
近年来，云计算（Cloud Computing）异军突起，已经发展成为新一代信息技术革命的基础产业。尤其在软件应用领域，无论是软件工具开发，还是开发环境和工作模式，可以说云计算深刻影响了传统软件产品的供应和消费模式，这些也势必将改变软件测试的技术，方法和工具。在云计算环境下，软件的测试活动被拓展到云环境条件下进行，充分调用了云环境条件下提供的各种计算和资源平台。
1 云计算体系的结构组成
云计算是计算机技术发展到一定程度，基于软件和硬件互动而产生的创新模式：一方面需要它借助互连网络获得服务支持，因而具有鲜明的互连网特征；另一方面云计算搭建基于众多主机或服务器构成的资源集群，其需要对这些集群进行协同化的统一管理。
从其系统构成来看，云计算主要包括物理基础设施、云计算服务以及云计算运营等三个组成部分。物理基础设施是承载云计算的物质基础，包括服务器，存储，网络及其相关的管理技术；云计算服务是云计算的核心和中枢神经，包括基础设施即服务（IaaS），平台即服务（PaaS）以及软件即服务（SaaS）三个层次；而云计算运营则是提供云计算服务运营的各项关键技术的总括，包含认证，监控，计费等各个环节。
2 云计算技术在软件测试中的应用
伴随着云计算技术的蓬勃发展，尤其是基于互联网分布式和协同计算技术的不断成熟，软件测试也发生了深刻变革，一种基于云计算环境下的软件测试技术，即云测试也应运而生。云测试的诞生离不开云计算技术的发展与创新，离不开云计算技术在软件测试领域渗透和应用。在云测试中应用的主要云计算核心技术包括如下几点。
1）分布式存储技术。云计算的海量数据运用分布式存储技术存储在多个设备上，借助互联网络可以方便地实现系统的拓展，显著提供云计算系统的利用效率和可靠性能，为云测试提供强大的物理基础设施。
2）数据管理技术。 在云计算中，涉及到大量的复杂的海量数据，这些天文量级的海量数据对传统数据管理提出了挑战。如何有效管理这些海量数据并应用于分布式存储设备，是云计算发展的核心技术。
3）平台管理技术。 云计算的数据存储在多个设备上且这些设备分布各处，因而如果保证这些设备能够统一步伐，实现云计算或者云测试结果的有效输出就显得尤为关键。对于云计算而言，高效的平台管理技术是其核心保证，也是目前云计算领域的重点研究课题。
3 基于云计算环境下的软件测试特征及优点
依托于云计算的软件测试与传统的基于本地环境的软件测试有诸多不同。笔者认为可以从性价比这个角度切入，将基于云计算环境下的云测试简要归结为技术、服务质量以及价格三个方面的特征进行阐述。
1）测试技术平台化。基于云计算环境的软件测试可以由云测试平台提供测试的基础设施和各方面的资源支持，无需本地化的软硬件投资，并通过众包模式获取专业测试领域专家型人才。从本质说，由于云计算实现了平台化，将众多的测试技术要求从本地移植到云计算平台，让测试更容易实现，因而降低了测试的门槛以及资源需求。
2）统一可控的质量保证。相比传统软件测试模式的分散式管理容易导致参差不齐的软件质量，基于云计算环境的软件测试借助强大的云平台，实现了统一管理，可有效实现软件测试的标准化和规范化，保障软件质量的完整性与统一性。
3）有效降低测试成本。传统的软件测试模式需要大量的基础设施投资以及人力投资，尤其是对一些特殊性的项目，可能造成脉冲性浪费。云计算测试通过云平台的协同效应，可有效降低测试的基础设施以及人力资源投资，降低测试的复杂度，有效降低测试成本。
4 基于云计算环境的软件测试应用现状及平台研究进展
云测试平台综合了复杂的软硬件和服务，是云测试领域的核心技术，因而也备受学界和工业界的高度重视。日本筑波大学，瑞士洛桑理工大学，英国约克大学等诸多知名学府的专家和学者或搭建自己的云测试平台模型，或是对云测试核心技术进行阐述研究。筑波大学开发了一款基于云计算的可靠并行分布式测试平台，支持虚拟故障插入技术。而洛桑理工大学则通过研究云测试和预期软件质量直接的关系，提出测试即服务，试图降低软件测试成本。
与此同时，在工业界多家知名计算机服务商业提供了商业化的云测试平台服务，有力地推动云测试从理论研究到商业化转变进程。从平台类型上，这些众多商业化的云测试平台主要分为私有云、公共云以及混合云三种平台类型；在业务模式上，各家既有提供测试外包服务，也有专注于客户自行测试。IBM推出了一款名叫Smart Business Test Cloud的私有云，提供自行测试和测试外包两种模式的服务，帮助企业建立虚拟，安全，动态可拓展的测试环境，因而其测试环境位于公司防火墙之后，所以其是公司私有云的一部分。专业云测试公司CloudTesting推出的cloud testing平台，提供多种浏览器平台。用户只需要编写测试脚本并上传到其网站，就可以借助cloud testing平台运行测试脚本，在商业模式上，cloud testing 平台也进行了探索，提出按需付款的商业模式。另一件专业化公司UTest推出的Utest测试平台，通过云计算，众包等方式帮助开发者进行软件测试，查找错误和解决问题，提供测试外包服务，Utest还针对不同的软件测试特点和需求将测试分为五种方式：功能测试，负载测试，安全测试，本地化测试以及可用测试。
参考文献
[1]李乔，郑啸.云计算研究现状综述[J].计算机科学，2011，38（4）.
[2]李乔，柯栋梁，王小林.云测试研究综述[J].计算机应用研究，2012，29（12）.
1 云计算技术的含义
云计算技术从实现至今还没有一个统一的官方概念，不同的机构组织对于云计算技术有不同的看法，自然就有不同的定义。据相关调查资料显示，目前社会团体对云计算的定义大概有30种左右。比如美国给出的官方定义是：云计算技术是使计算机资源快速的整合部署，通过网络链接实现网络支付的模式，并且整个过程不需要过多的管理工作。这一定义主要是根据Gartner对云计算技术的看法，他认为云计算技术是一种利用网络技术作为技术支持，从而为用户提供计算机服务的技术。随着计算机的广泛应用，云计算技术的不断发展，人们对于云计算技术的定义将会有更深入的认识。
单纯从云计算这个名字来看，云计算不仅是一项网络技术的代名词，它更意味着多种计算机技术的结合，其目的在于计算机基础的交付使用。从技术层面来看，云技术的实现主要受两方面因素的制约，其一是计算机载体的数据信息存储能力，其二是计算机的计算能力。云主要是由存储云与计算云两个方面的含义。云计算发展的势头很猛，目前已经引起了各个行业的关注和兴趣，各个相关行业屡出奇招，不断促进和推动着云计算技术的发展。
2 云计算技术的基本框架构成
云计算技术的实用性强，拥有很大的应用价值，这种技术除了具备基本的扩展、计算功能外，还含有很多其他的隐性价值。以互联网、网络服务、网络使用量为基础是它的特点；以虚拟化的网络技术、网络计算机存储、网络计算等为技术核心，不仅能够为用户提供网络支付服务，而且可以根据用户的需要提供扩展服务。云计算由三个部分构成其基本框架：基础设施设备、应用程序、应用平台。他们分别从互联网资源的存储、资源的提供、资源的共享为用户提供服务。
2.1 基础设施设备
云计算技术在大学生计算机应用大赛中的作用主要是为参赛者提供平台，这个平台可以供参赛者和评委进行互动，参赛者通过该平台提交含有代码的参赛作品，同时可以方便的和评委在平台内交流，便于评委对学生参赛作品的分析和评审。这一平台是依靠计算机硬件服务群来实现的，资源存储在资源池组合服务器之中，按照平台的存储空间和虚拟平台等可以讲它分为不同的等级。不同等级的云计算技术设备可以实现不同的资源共享、资源分析、资源评价等布骤。
2.2 应用程序
云计算应用程序不是固定的，它根据不同的需要，在大学生计算机应用大赛时，由参赛组队提前进行应用部署，参赛组队根据整体的实际情况开展应用程序的调试工作，以期最大限度的满足不同组队、不同参赛选手对实现其作品需要的技术支持。
2.3 服务平台
服务平台最为主要的作用是为用户提供虚拟化的技术，这种技术是用户体验系统操作和其他服务的基础。虚拟化的技术为用户提供技术支持是在IOS和Linux模板的基础上实现的，其次，服务平台也为云计算技术提供其他七大开发平台，包括有：Window Template、LinuxUnix Template、Apple OS Template、Android、Apple IOS、Windows Phone、J2ME、MTK、Blackberry、Symbian。
3 云计算技术在大学生计算机应用大赛中的应用
云计算技术在大学生计算机应用大赛中的使用主要是为大赛提供计算机资源。由于大学生计算机应用大赛是全国性的，来自全国各地的选手均可公平竞争，所以计算机大赛的规模相对来说会比较大，云计算技术为选手提供平台递交作品，替评委提供平台考核作品。比赛结束后，参赛者还可以利用这一平台快速登录系统，随时随地浏览网页，了解大赛章程和结果。
云计算技术之所以能在大学生计算机应用大赛中得到重视和广泛应用，主要是因为网络安全技术以及负载均衡技术使得云计算技术运行畅通，从而为大赛提供了运行流畅的云平台，访问者访问进入速度更加快捷，这在一定程度上保证了系统的安全性和可靠性。同时，即使是云计算技术在负荷量和均衡度上有什么问题也可以快速得以解决。无论在何种状况下，计算机技术的使用首先要考虑的就是使用安全性，因此在云计算技术的使用过程中，要从数据的安全性、网络连接的安全性、虚拟技术的安全性等多个方面去考虑，务必用最佳的方式使用云技术，保证大赛得以顺利进行。在云技术安全因素方面，重点是数据的安全，无论大赛运用哪一种云计算模式，为了大赛的公平公正，为了保障每一位参赛者的权益，大赛需要将参赛选手提交的数据进行保留备份，即使数据遭恶意破坏或是意外损失，也能够在很短的时间内得以恢复，不影响大局。
一般情况下，大学生计算机应用大赛在赛事开始，主办方会通知参赛选手提出云平台的使用需求，参赛者根据自己的需要，可以提出使用资源的时间期限，这个期限从半小时到一年不等。云平台一共提供七个开发平台可供选择，参赛选手只需要付费就可以自主使用，享受多元化的资源服务。云平台不仅可供用户共享网络资源、备份多种开发手段、进行多种版本的数据备份等，同时还可以在网上进行快照的建立和维护工作，让团队协作更加默契，合作效率大步提升，最终获得更大的团队效益和经济利益。
关键词：云计算；体系架构；关键技术
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）33-0035-02
云计算相关概念早在1961年就有一定的思想雏形，人们预言计算资源可以发展为一种公共设施被人们使用，随后出现的效用计算、服务计算以及网格计算等技术，均是云计算的发展基础。就一般情况而言，云计算习惯利用计算机集群构成相应的数据中心，用户通过付费获得相应的服务，具体模式与用水、用电类似。云计算对于服务弹性具有一定的要求，还需综合考虑经济性、可用性、运行可靠性等内容。
1 云计算基本特征分析
云计算具体特征与其实际使用要求关系紧密，具体包含弹、资源池化、可计费服务、按需服务、泛在接入等。
1）弹特征分析
云计算相关服务可依据业务负载实际变化，自动完成相应的快速伸缩变化，具有良好的服务弹性。这种弹可有效增强用户使用与业务需求的一致性，从而避免因服务器性能冗余或过载，造成的资源浪费或服务质量下降问题。
2）资源池化特征分析
云计算所有资源均通过共享资源池模式进行管理，以保障管理的系统性和统一性。这种管理模式借助虚拟化技术，实现不同用户的资源分享，并保障资源的管理、放置以及分配对用户完全透明。
3）可计费服务特征分析
云计算可自动完成用户实际资源使用量的监控，并依据相应的收费标准，对用户使用的服务进行计费。
4）按需服务特征分析
云计算系统可依据用户的实际需求，完成资源的自动分配，以资源服务的形式，为不同用户提供基础设施、应用程序以及数据储存等资源。云计算相关服务不需要系统管理员进行干预。
5）泛在接入
云计算系统对于终端设备并无具体要求，在互联网条件允许情况下，用户可使用笔记本电脑、智能手机以及PC电脑等设备访问云计算服务。
2 云计算体系架构分析
云计算以一系列的服务集合为主要表现形式，从而满足弹性资源、按需服务的实际需求，结合当前云计算相关研究、应用分析，其体系架构主要分为三层，具体包括服务管理、核心服务以及用户访问接口三部分内容，如图1所示。核心服务层主要负责间应用程序、硬件基础设施以及软件运行环境抽象为可用性高、可靠性高且规模可伸缩的服务，以充分满足云计算的应用需求；服务管理层负责给予核心服务层相应的支持，以提高服务的安全性、可用性及可靠性；用户访问接口主要负责实现用户端到云的有效访问。
1）核心服务层
就一般情况而言，核心服务层具有三个子层，分别是平台即服务层（PaaS，platform as a service）、软件即服务层（SaaS，software as a service）、以及基础设施即服务层（IaaS，infrastructure as a service）。
基础设施即服务层主要负责提供硬件基础设施相关的部署服务，根据不同用户的实际需求，为其提供虚拟或实体的网络、储存、计算等相关资源。用户在实际使用基础设施即服务层过程中，需将基础设施相应的配置信息提交给IaaS层的提供商，同时包含基础设施运行的程序代码及其他数据。就基础设施即服务层而言，数据中心是基础，其优化及管理问题一向是该部分的研究重c。随着云计算研究不断深入，IaaS层应用了虚拟化技术，以进一步提高硬件资源分配的科学性，同时为用户提供规模可扩展、可靠性更高的优质服务。
平台即服务层是指应用程序的具体运行环境，主要负责相关管理服务及程序部署服务的提供。借助平台即服务层的开发语言和相应的软件工具，应用程序开发者通过上传具体数据和程序代码即可获得相应的服务，有效避免了底层操作系统、存储以及网络的管理问题。
软件即服务层是一种在云计算基础平台基础上，开发的应用程序，主要用于解决企业的信息化问题。企业主要通过租赁的形式实现该平台的使用，以GMail为例，企业并不需要对服务器相关的维护、管理问题分心，均有Google数据中心负责。
2）服务管理层
服务管理层主要负责保障核心服务层的安全性、可靠性、及可用性，具体分为安全管理和服务质量保障两部分内容。
云计算用户客观要求其实现高可用性、高可靠性，且成本低廉的个性化服务。但云计算本身结构复杂且规模庞大的系统平台，提高了这些要求实现的难度。因袭，云计算服务提供商常需围绕服务质量与用户进行有效的协商，并通过服务水平协议的形式，名列双方的服务需求，以控制双方需求的一致性。如提供商未能遵照协议提供相应质量的服务，用户可依据协议内容获得赔偿。
安全性也是用户重点关注的问题。采用资源集中式管理模式会导致云计算平台出现单点失效问题，即发生停电、地震等突发事故时，可能导致数据中心的数据丢失问题。因此，云计算平台还需加强个性化安全管理相关探索，利用隐私保护、数据隔离等技术，提高平台使用的安全性。
3）用户访问接口层
用户访问接口层是云计算平台实现泛在接入功能的基础，具体包含Web门户、Web服务以及命令行等形式。其中Web服务和命令行模式，既可作为应用程序的开发接口，又具备多种服务组合的能力。Web门户则是另一种访问接口形式，借助Web门户，云计算可实现用户桌面至互联网的迁移，完成这种迁移之后，用户可借助浏览器完成相关程序及数据的访问，不受时间和空间的影响，从而极大地提高用户的实际工作效率。随着云计算的发展，其计算接口逐渐趋向统一化标准发展，从而实现了不同企业间的无缝合作。
3 云计算关键技术
云计算平台的最终目标就是低成本条件下为用户提供可靠、安全、弹性的个性化服务。为全面满足不同用户的使用需求，云计算广泛应用了虚拟化技术、数据中心管理技术、QoS保障技术等关键技术。
3.1 基础设施即服务层关键技术分析
IaaS层是整合云计算平台的基础，承担着海量硬件资源提供、按需配置硬件资源以及个性化基础设施服务的重要职能。该层应用的关键技术，主要包含以下几点内容。
1）数据中心关键技术分析
数据中心作为云计算的绝对核心，其运行可靠性及资源规模，关乎于云计算服务的整体质量。该部分内容的技术应用要点主要分为两点，其一数据中心网络拓扑应满足成本经济性、运行可靠性要求，其二加强节能技术研究，以减少环境污染。
就现阶段云计算数据中心而言，通常由近万个计算节点组成，且随着云计算平台不断发展，节点数量有进一步上涨的趋势。在这种背景下，传统的树形网络拓扑结构具有较大的应用局限性，包括可靠性地、可扩展性差以及网络宽带有限等。为解决数据中心网络拓扑问题，相关研究人员相继提出了PortLand、BCube、VL2等网络拓扑结构。这些创新性网络拓扑结构，通过类似mesh构造的融入，相同提高了节点间的容错能力和连通性，增强了节点负载的均衡性。此外，这种形式的拓扑结构通过小型交换机即可完成，进一步降低了建设成本。
云计算平台数据中心普遍规模较大，在实际运行过程中，涉及计算机设备、制冷装置、通风系统、不间断电源等多项耗电单元，会消耗大量的电力能源。因此，加强绿色节能技术的研究，具有重要的现实意义。
2）虚拟化技术分析
数据中心作为大规模资源的提供基础，需满足平台资源按需分配的实际需求，即虚拟化技术的应用，包括虚拟机快速部署以及在线迁移两部分技术内容。虚拟机模板技术的应用，极大地简化了其部署过程、缩短了部署时间；在线迁移技术具体是指保持虚拟机运行状态下，实现不同物理机转移的技术，其应用意义主要包括以下几点：（1）增强系统运行可靠性；（2）促进负载均衡；（3）便于节能方案设计。
3.2 平台即服务层关键技术分析
平台即服务层在核心服务层中处于中间位置，需同时满足上层分布式编程框架和下层复杂数据调度管理的双重需求，该层的技术重点在于数据的储存与处理。
1）数据存储技术分析
就云计算平台实际需求而言，其数据存储需综合考虑文件的可用性、可靠性要求，和系统I/O性能要求。以Google公司的数据存储技术GFS（google file system）为例，在其实际运行过程中，大文件被有效分为若干数量的数据块，每块数据块具有统一的标准大小，分布存储于节点对应的本地硬盘中，且每一块数据块均具有多个副本，以确保数据存储的可靠性。这种技术的优势在于：一，数据存储能力强，通过文件分块，GFS可满足PB级的存储要求；二，并行读取模式；三，可有效解决数据块副本同步的简化问题；四，数据存储可靠性提升。
2）数据处理技术分析
除数据存储外，平台即服务层还包括相应的数据处理功能，由于该平台建立在大规模硬件资源上，故而其数据处理要求相应的抽象处理过程，同时要求规模扩展功能。
以Google公司的数据处理技术MapReduce槔，是一种建立在GFS之上运行的数据处理技术。在实际运行阶段，可将完整的作业分解为多个Map任务及Reduce任务，从而通过两个阶段的数据处理过程完整相应的数据处理工作。第一阶段为Map阶段，该阶段主要读取Map任务，并完成相应的处理，其中间结果通常保存在对于的Map节点中；第二阶段为Reduce阶段，读取Reduce任务的同时，完成Map中间结果的合并。
3.3 SaaS层关键技术分析
SaaS层主要面向用户终端服务，负责互联网软件应用服务的提供，在Web服务、Mashup、Ajax等技术飞速发展的背景下，带动了SaaS应用的迅猛发展。
4 结语
综上所述，云计算是一种新型的信息技术，具有弹、资源池化、可计费服务、按需服务、泛在接入等特性。云计算体系架构主要分为三层，具体包括服务管理、核心服务以及用户访问接口三部分内容，分别对应不同的服务功能。同时为进一步满足不同用户的实际使用需求，云计算广泛应用了虚拟化技术、数据中心管理技术、QoS保障技术等关键技术。目前，云计算还处于研究发展阶段，针对其运行可靠性、可用性、成本经济性要求，仍需相关人员不断进行探究，以促进云计算的进一步发展。
参考文献：
[1] 罗军舟，金嘉晖，宋爱波等.云计算：体系架构与关键技术[J].通信学报，2011（7）.
[2] 黄晓雯.云计算体系架构与关键技术[J].中国新通信，2014（13）.
[3] 杨通国.云计算的体系架构与关键技术研究[J].科技展望，2016（25）.
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