云计算发展态势与关键技术进展

云计算发展态势与关键技术进展

罗锋,梁珺,王浪,贺一通,杜焕明

北方自动控制技术研究所 山西太原 030006

摘要：随着信息技术的突破和数据科学的崛起，云计算引起了产业界、学术界和政府部门的高度关注。云计算涉及到的应用计算较为广泛，主要包括分布式、并行式、网络计算及虚拟化等，但经常使用的主要是将软件服务与虚拟化进行混合使用，这也是一种演进方式。利用云环境，将虚拟化技术进行进一步扩展，延展数据的应用与服务，在计算能力与空间存储等领域为用户节约了资源。本文探讨了云计算的关键技术，对云计算发展趋势提出建议。

关键词：云计算，数据科学，大数

前言：随着信息技术的快速发展，科学数据的进步，推动着云计算受到学术界、产业界等部门的关注。在云环境下，通过虚拟化技术建立的功能强大的、具有可伸缩性的数据和服务中心，为用户提供足够强的计算能力和足够大的存储空间。在任何时间和任何地点，用户只要拥有一个可以上网的终端比如手机，就可以访问云，实现随需随用。

1. 云计算体系架构

在近些年来，通过云计算技术人员不断的研究，发现云计算结构一般分为核心服务、服务管理和访问接口3层。然而在核心服务里包括3个子层，分别是：IaaS层、PaaS层与SaaS层。云计算的体系架构大多是用来保证服务质量与信息安全的。云计算具有可用性强、成本低的显著特点，所以这也是现阶段云计算技术的主要研究方向。云计算的平台规模是非常大的，所以一般情况下核心服务并不能满足每个用户的每个要求，这是非常有难度的。但是云计算服务一直在尽力为用户提供最好的服务，使用户在访问接口层利用云计算实现连接云端的访问。

2. 云计算技术

2.1虚拟化技术

虚拟化技术有着提升使用效率、提高设施可靠性的优势，使用范围广泛，尤其是兴起的云计算更需要虚拟化技术的帮助。虚拟化技术主要源于二十世纪五十年代，在后来的十多年虚拟化技术迈向初始时期。在二十世纪六十年代，国际某家公司发明虚拟机监控技术。二十世纪七十年代相继有公司将虚拟机化化技术，引进到公司的精简指令服务器和小型机计算器中，由于不同厂商的技术和产品无法兼容在一起，导致虚拟化技术进程发展缓慢。直到2003年推行最新半虚拟化技术，实现虚拟监视器，并在数据中心用户群体盛行开展。在2005至2006年期间，CPU生产商硬件进行修改，从而推广除硬件虚拟化技术，此项技术改变了虚拟化效能，x86架构变成虚拟化技术发挥的核心平台。虚拟化技术由于云计算的快速发展，随之进入鼎盛时期。虚拟机技术是核心技术，在云计算系统中，它可以整合各类计算存储资源，充分使用高校技术，通过虚拟化手段。经异构硬件资源转为有效的虚拟资源从而构成云计算基础设备，为云计算平台服务提供对应支撑。但虚拟化技术也引入许多安全风险，因为物理主机的虚拟机可不通过防火墙与交换机设备进行访问，所以使用虚拟技术的云计算平台，应确保为用户提供安全性。当前许多研究也针对于虚拟化系统管理安全问题进行商讨，基于硬件特性安全监控和虚拟机的数据隔离制度，为云服务提供新的措施。

2.2数据存储管理

云计算系统是用数据存储支持，方可向外提供存储服务云存储，优化了传统存储系统在容量和性能上存在着不足，扩展性强、性价高等优势受到外界广泛追捧。为确保用户存储数据的可用性和可靠性，云计算分布式文件系统使用存储方式，一份数据备份多个副本。这是一个简单有效的方法，但却不是最佳方法。针对此种情况，是否可以使用相同策略，在不改变存储可靠性的基础上，降低存储副本数量。因为云计算对于大数据操作频率高于数据更新频率，所以云计算的数据管理一般选用分布式列存储技术。列存储的特征是便于储存结构化和半结构化的数据，易于压缩，对于某几列的查询有着优势，目前典型的列存储模式分布式数据存储系统是谷歌公司的HBase和Table。

2.3节能技术

数据中心在云计算环境中，是独立计算单位，数据中心的设施一般是由计算机组成，但随之而来需要解决的问题是消耗数据中心的能源，针对此类情况，有关机构研究多种降低耗能的措施。第一，组件节能。目前计算机系统组件设计追求目地是，让组件能根据使用率比例消耗能源、存储系统和消耗内存磁盘等，用部分消耗或仅消耗的能量。组件级节能包括存储组件节能和CPU组件节能。早期解决服务器能源问题是主流系动态电压和频率，压缩法核心思想是动态调整CPU频率与电压，让其能动态适应负载，从而达到节能。对于云数据中心，人们更感兴趣的是共处物理机，虚拟机的消耗。第二，整合服务器。研究早期节能方法通过虚拟技术，研究方法是借助虚拟技术整合服务器，让物理机处在空闲状况，再让其处在休息状态，从而达到节能作用。比如才能够消耗能源的目地出发，整合服务器优点，研究者对于使用虚拟技术进行动态研究和优化，以此整合服务器。第三，启动或关闭节点。与服务器整合技术有关的技术是关闭、启动节点。根据研究可知，能够减少节点数量，从而实现能耗的节省。

3. 云计算发展趋势

通过上述对云计算关键技术的分析，云计算未来发展趋势如下：

3.1云计算的标准化及PaaS未来趋向

对于云计算的认识，各个业界标准不一，如果要能够完成云计算产业化，就需要对云计算规定一些技术标准及运行模式。IaaS优点是能够让用户使用起来较为方便，且可以自己选择，缺点是无法实现系统实时编制能力。PaaS对与后台硬件架构的屏蔽性较好，且能够为用户提供整个软件周期中的产品需求分析、开发阶段、测试阶段及后期维护的一些工具。所以，PaaS才是未来发展分主要方向，这也是很多企业愿意采用的。

3.2混合云将成用户首选

随着云计算的不断发展，很多企业都将会运用到此功能，近几年，几乎都是采用公有云或私有云模式，这样可以为用户提供不同需求。混合云模式属于可定制型，其架构主要结合了两者云模式优点，例如私有云可靠性、可控性强，公有云具有成本低、灵活性强等优势。所以，混合云将会是提供商视为爆发的方向。

3.3云计算的标准化

工信部电信研究院标准所副所长何宝宏博士表示：“全球参与云计算标准化工作的企业和组织有很多，很多企业和组织为云计算成立了专门的部门，虽然非常‘热闹’，但是成果并不是特别多，只有少量的标准得到广泛认可。”这主要是由于云计算还处于不断发展阶段，业界各方很难达成共识。正如俗话说“无规矩不成方圆”，因此，要实现云计算真正的产业化并步入平稳发展阶段，必须制定统一的技术标准和运营标准。确保云计算平台的互操作性以及云服务的可移植性和互操作性，即应优先制定云服务提供商之间的接口标准以及云服务提供商与用户之间的接口标准。值得一提的是，由中国重点参与的2项云计算国际标准《信息技术-云计算-概述和词汇》、《信息技术-云计算-参考框架》已正式发布。这2项国际标准的发布标志着云计算国际标准化工作进入了一个新的阶段。

3.4图应用

高新技术不断出现，云计算作为其中的代表，已然成为了社会发展的必然趋势，而其中的图应用更是推动着社会的进步。图应用可以使云计算终端满足用户的各种需求。由于云计算的运行过程是不断变化的，所以这也就要求图应用在运行高端程序时需要高配置的硬件设施，用户可通过云计算实现复杂的图形密集应用。

4.结束语：

综上所述，云计算随着社会的快速发展，已变成新型发展趋势，最终通过终端模式展现出来，因此云终端需要满足用户需求。作为新兴技术，云计算在未来的发展一定会越来越好，为社会能够做出更多的贡献。

参考文献：

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