云计算的基础架构

前言：想要写出一篇令人眼前一亮的文章吗？我们特意为您整理了5篇云计算的基础架构范文，相信会为您的写作带来帮助，发现更多的写作思路和灵感。

云计算的基础架构范文第1篇

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。

参考文献：

[1] 林小村.数据中心建设与运行管理[M].科学出版社，2010.

[2] 刘鹏.云计算[M].电子工业出版社，2011.

[3] MELL P， GRANCE T. The NIST Definition of Cloud Computing[R].

National Institute of Standards and Technology， SP800-145， Gaithersburg：U.S Dept. of Commerce，2011.

[4] 国家科学技术部.中国云科技发展"十二五"专项规划[EB/01].

/tztg/201209/W020120918516104069531.doc，2012

[5] 工业和信息化部电信研究院.云计算白皮书（2012）[M].工业和信息化

部电信研究院，2012.

[6] 田冠华，孟丹，詹剑锋.云计算环境下基于失效规则的资源动态提供

策略[J].计算机学报，2010.33（10）：1859-1872

[7] 朱仕村，张宇峰，张立涛，朱晓文，胡云辉.面向长大桥梁结构健康监测

物联网的云计算[J].现代交通技术，2011.8（1）：24-27

[8] 孟凡立，徐明，张慰.基于云计算的高校数据中心设计与实现[J].现代

教育技术，2012.22（3）：99-103

[9] 杨望仙，朱定局，谢毅，范朝冬.虚拟化技术在云计算中的研究进展[J].

先进技术研究通报，2010.4（8）：5-10

云计算的基础架构范文第2篇

1)云架构云计算的一开始出现主要是为了解决计算机硬件资源问题，它通过虚拟化方式大大降低企业数据中心的应用成本。在这些年的发展之后，云计算的概念和范畴已经扩展为3个层次：基础架构云（InfrastructureasaService,IaaS）、平台云（PlatformasaService,PaaS）和软件应用云（SoftwareasaService,SaaS）。IaaS指基础设施即服务，这一层的作用是提供虚拟机或者其他资源作为服务提供给用户。PaaS指平台即服务，其作用是将一个开发平台作为服务提供给用户。SaaS指软件即服务，是指将应用作为服务提供给客户。它们主要提供的服务如图1。企业利用云计算架构去进一步解决它的烟囱式问题，但主要目标是降低IT运营成本、提升IT资源的利用率，促进企业自身IT建设从粗旷型向集约型进行转变。从上图可以看出，从底至上，IaaS层主要是将服务器、存储及网络资源虚拟化，将虚拟后的资源作为服务提供给用户；PaaS层可以为用户提供一个包括开发、测试环境以及文档等的开发平台，用户可以在此开发平台上编写应用，并且不用关心服务器部署、网络和存储等问题；SaaS层主要是给普通用户提供无需安装就能直接使用的应用。

由于SOA架构主要涉及的是软件体系的架构，而云计算的三层架构中的PaaS的平台开发中亦涉及到软件架构问题，所以本文中主要将云计算中的PaaS模式与SOA进行分析。在PaaS模式中，对用户提供的服务是一种分布式平台服务，包括开发环境、测试环境、服务器平台、硬件资源等。通过PaaS提供的服务，用户可在分布式平台上定制开发应用程序，并通过互联网传递给其他客户。PaaS能够给企业或个人提供研发的中间件平台，提供应用程序开发、数据库、应用服务器、试验、托管及应用服务。Gartner将PaaS分成两类，APaaS(applicationplatformasaservice)和IPaaS(integrationplatformasaservice)。APaaS主要为应用提供运行环境和数据存储，能够将企业内部自建的简单三层架构的应用直接部署到APaaS；IPaaS主要用于集成和构建复合应用。据Gartner称，虽然PaaS市场的规模相对较小，但在市场上提供不完全PaaS产品的公司却有超过150多家。目前市场上的PaaS产品既包括综合PaaS产品，例如网站旗下的，也包含独立的应用基础架构组件，如数据库及其它为云计算服务提供支持的功能型中间件。目前代表产品有GoogleAppEngine,Salesforce的平台，八百客的800APP等。以GoogleAppEngine为例，它是一个由python应用服务器群、BigTable数据库及GFS组成的平台，为开发者提供一体化主机服务器及可自动升级的在线应用服务。用户编写应用程序并在Google的基础架构上运行就可以为互联网用户提供服务，Google提供应用运行及维护所需要的平台资源。

另外，云计算除了三层架构之外，从横向范畴来说，云还可以划分为公有云、私有云、社区云和混合云等。公有云是指第三方提供商为用户提供的能够使用的云，可在整个开放的公有网络中提供服务。在公有云中，云服务提供商通过自己的基础设施直接向外部用户提供服务，外部用户通过互联网访问服务，并不拥有云计算资源。私有云是为一个客户单独使用而构建的，该客户拥有基础设施，并可以控制在此基础设施上部署应用程序的方式。私有云可由公司自己的IT机构，也可由云服务提供商进行构建，可部署在企业数据中心的防火墙内，也可部署在一个安全的主机托管场所。社区云是由几个组织共享的云端基础设施，支持特定的社区。混合云由两个或者更多云端系统组成云端基础设施，这些云端系统中可能包含公有云、私有云、社区云等，这些系统保有独立性，但借由标准化或封闭式专属技术相互结合，可确保资料与应用程序的可携性。

2)SOA架构长期以来企业面临的关键问题是如何解决已形成的烟囱式的企业计算环境，SOA的出现就是为了解决独立系统间的整合问题，或者说系统架构的问题。SOA作为一种面向服务的架构，是一种软件架构设计的模型和方法论。SOA将异构平台上的应用程序拆分为不同的功能单元（服务），服务之间通过定义良好的接口和规范以松耦合的方式整合在一起。接口是采用中立的方式进行定义的，它独立于实现服务的硬件平台、操作系统和编程语言，这使得构建在各种系统中的服务可以使用一种统一和通用的方式进行交互。从业务角度来看，SOA利用企业现有的各种软件体系，重新整合并构建起一套新的软件架构。这套软件架构能够随着业务的变化，随时灵活地结合现有服务，组成新软件，共同服务于整个企业的业务体系。我们可以把SOA看作是模块化的组件，每个模块都可以实现独立功能，而不同模块之间的结合则可以提供不同的服务，模块之间的接口遵循统一准，可以实现低成本的重构和重组。在SOA的技术框架下，可以把杂乱无章的庞大系统整合成一个全面有序的系统，从而增加企业在业务发展过程中应用系统的灵活性，实现最大的IT资产利用率。

2云架构与SOA架构各自的优缺点

从上两节云架构和SOA架构的概念来看，它们的出现也是为了解决不同的问题，但它们都是企业或政务信息化实施的架构，在业界看来属于竞争关系，甚至有些学者认为云计算可以取代SOA成为新的架构风格。实质上，云计算和SOA架构应用在企业或政务信息化中，各有优势，也有自己的局限性。从发展至今，云计算主要有处理能力强大、应用高度集成、用户成本低、大规模数据存储等优势。但云计算还处于发展初期，局限性也有明显。云的安全性是企业或政府需要考虑的首要问题。另外，现在不同云服务之间的交互能力非常弱，混合云架构缺乏成熟的技术支撑。同时网络带宽的限制也会给云的部署和实施带来一定影响。SOA的优势主要有模块的重用性、模块之间的交互能力以及快速应变能力。SOA方法从服务提供者和服务消费者的角度对功能方面涉及的对象、数据、组件、业务流程、界面等进行层次化，为所有服务提取安全架构、数据架构、集成架构、服务质量管理等中的共用部分。SOA架构契合了企业信息化建设过程中业务创新的需要，同时也可以达到业务重用的效果，充分降低了企业的成本。但是SOA在企业信息化实施过程中仍有一些不足。目前SOA最好的实现方式是web服务，但web服务本身也有不成熟的地方，比如在可靠消息传递、web事务处理等方面的标准还有待完善。另外，如何快速组装服务以及控制服务颗粒度这两方面，还有待进一步研究，而服务颗粒大小问题在某种程度上决定了整个系统的灵活性和效率。

3云架构与SOA架构的交叉与结合

上一节提到云架构与SOA架构在信息化建设中各有优缺点，但其实它们之间除了竞争之外，还有着比较复杂的关系。我们认为，云架构和SOA架构之间可以取长补短，在一定程度上结合起来形成新的架构来更好地支撑复杂的信息化建设。首先，从云计算的架构和SOA的概念来看，SOA在云计算中最广泛使用的地方是PaaS平台的中间件组件。PaaS的中间件包含事务型中间件、消息中间件、远程过程/对象调用中间件、应用服务器、数据库服务器、ESB、BPM等多种类型，SOA架构本身即是一种组件模型，可以组合异构平台中的各种应用程序，而目前PaaS平台的能力还尚未成熟，PaaS架构中正是需要这种标准化的组件模型，来支持其平台中应用程序的开发及部署。同时，SOA架构的特性决定了它可用于包括PaaS在内的任何云服务（包括基础设施服务IaaS和软件服务SaaS）的创建与交付中。其次，云计算对于SOA有着良好的促进作用。由于SOA架构是一个好的架构方法，使用SOA架构建成的信息系统间的运行与协作更加方便、标准化。为了获得云计算的优势，企业用户需要通过接口和架构延展出去连接到云计算资源。

为了更好的使用云计算的资源，企业内部需要一定的架构在核心企业信息系统和云计算资源之间建立链接，而这正是SOA可以做到的。另外，市场上云的类型很多，私有云、公有云、社区云将长时间在市场上共存，形成混合云架构。在这种情况下，SOA架构可以很好的支持混合云的发展，利用模块化架构既可以更好地将模块迁移到云，同时还可帮助云端的应用程序进行整合。SOA在企业应用与混合云架构中的作用大致如图2所示。如图2所示，企业内部应用可通过SOA与混合云中某种云的应用进行互相迁移，同时混合云中不同平台的应用及服务也可通过SOA来进行整合或迁移。总的来说，云计算的发展对于SOA架构在网络、基础架构上的应用都造成一定的影响，它们并不是排斥的关系，相反云计算的发展不仅对SOA不是一种取代关系，而是有显著的促进作用，同时云计算中也需要SOA架构的应用，有效地部署云计算服务需要SOA方法。云计算时代的到来，给SOA架构带来了更大的发展空间。

4发展趋势

通过对云计算和SOA架构之间关系的分析，可以看出两者之间的关系比较复杂，并不是简单的替代关系。上一节最后也提到，SOA与云计算架构是密不可分的，对于将来的发展趋势来说，由于两种架构各自的优势，更实际的方式是将两种架构结合应用。将两种架构结合起来有两种方式，一种是在SOA架构中引入云计算，另一种是在云计算架构中引入SOA，两种方式各有偏重，主要区别是解决问题的出发点和侧重点不一致，而实现的途径基本一致。1)在SOA中引入云计算在SOA架构中引入云计算，主要目的还是为了更好的集成软件服务，包括企业内部信息系统与外部服务的集成，如SaaS和IaaS。有研究表示，使用SOA整合SaaS是可以实现的。通过SOA来整合SaaS服务，可以将较小粒度的SaaS服务集成到一起，提供更抽象、粗粒度的软件服务。SOA平台中的ESB总线可以将云计算中的分布式计算模块、云存储等以服务的方式接入。同时SOA平台需要的IT硬件基础设施，可以直接使用云计算中IaaS层的虚拟化的计算能力单元和存储能力单元，均以服务的方式接入到ESB总线上。前文中提到了，SOA中的中间件平台类似于云计算中的PaaS平台，SOA中所包含的ESB总线、流程引擎、规则引擎等都可以发展为PaaS平台的能力。2)在云计算中引入SOA在云计算中引入SOA，主要是为了解决云计算中不同云服务之间的交互能力弱的问题。如图2所示，混合云架构中不同云服务之间通常很难进行整合和迁移，将SOA应用到此处将有益于解决此问题。同时，通过引入SOA中的ESB总线，还可实现云计算中SaaS、PaaS、IaaS三层架构之间的集成。另外，PaaS层可以将SOA中的数据、业务、流程、展现服务均纳入，提供给在线开发环境中应用，这些服务在线进行服务编排和组装可借助SOA本身已有的流程引擎和规则引擎来完成。

5结论

云计算的基础架构范文第3篇

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）.

云计算的基础架构范文第4篇

关键词：云计算；软件架构；数据管理

中图分类号：TP371.11

互联网的快速发展使人们的生活更加便利，传统门户网已经无法满足人们的需求，而对高业务量的互联网服务需求与日俱增。随着计算机存储信息及硬件设备、数据库建设及维护等方面的相对成本逐渐上升，利用新的平台及调度机制以进行高效的数据处理显得尤为重要。近多年来，云计算成为国际上业界学者进行相关研究的热潮，是信息产业较大的一项创新。云计算是基于互联网的一种动态的能够伸缩虚拟化的新型计算模式，为用户提供了包括计算能力、存储能力、交互能力等多种计算资源的服务。云计算不同于传统方式下采用桌面计算资源的模式，其新型的资源管理模式使计算资源成为提供大众服务的一项社会基础设施。随着云计算的不断发展和深入，更多的应用逐步迁移到云计算。不过，云计算在发展过程中也存在着一些非常关键的问题，最突出的莫过于数据的安全性问题，这也是限制云计算发展的首要因素。只有对云计算所存在的众多问题进行全面正确的分析，才能够使其在众多组织、企业中被普遍的应用，将自身的数据资源安心的存放到云计算所提供的服务中以便进行企业的管理。因此，提出一种能够安全可靠的进行数据访问的方案对用户来说至关重要。

1 云计算的基本概念

云计算逐渐的被大众认可，其概念与相关技术也被普遍的提及并得到大量的研究，但是并没有出台世界范围内认可的标准。根据我国云计算网所给出的定义，云计算在分布式计算（Distributed Computing）、并行计算（Parallel Computing）及网格计算（Grid Comouting）的基础上发展而来，是较为新型的一种商业性计算模型。云计算的基本特性有分布式计算、存储特性、较高的扩展性以及良好的管理等。该技术的特征：云计算系统提供服务的实现机制是透明的，不需要用户作具体的了解便可方便的获取所需服务；云计算系统利用软件即数据冗余及分布式存储的方式降低系统的出错率，确保数据可靠；云计算具有海量存储及高效的计算性能而为用户提供更好的服务，具有较高的可用性；云计算系统采用高层次的编程模型方便用户根据自身的数据特点编写满足自身需求的云计算程序；服务多样且具有良好的经济性。

2 基于云计算平台的软件架构

2.1 云计算的软件架构层

通过对现有的关于云计算产品及其系统架构的分析和总结，可以将云计算的架构分为三层，它们分别是核心服务层、服务管理层和用户访问接口层。核心服务层作为架构层的主体，其主要作用是将系统的硬件基础设施、软件运行环境及应用程序整合成面向用户的，具有高可靠性、多样化及适应能力强的应用服务。而服务管理层则主要是对核心服务层的活动进行管理和控制，以确保其始终安全稳定的提供面向用户的服务。用户访问接口层的作用是为用户端与云系统之间提供访问和交流的通道。

2.1.1 核心服务层

一般来说，云计算的核心服务层又可以分为3个子层：基础设施即服务层（IaaS）、平台即服务层（PaaS）和软件即服务层（SaaS）。其中IaaS主要是为用户按需提供实体或虚拟的计算、存储和网络资源等基础设施部署服务。在这个过程中，用户需要向供应商提供相关的配置信息及个人数据。而PaaS是为云计算应用程序部署及其管理提供服务。通过基于该层的软件工具和开发语言，软件开发者可以绕过底层网络、系统和存储的限制，很方便的使用云计算平台进行软件架构。SaaS是一种基于云计算基础平台所开发的应用程序。对于企业来说，通过该层可以建立自己的电子邮件服务系统。而对于普通用户来说，SaaS可以实现对云系统应用程序的泛在访问。

2.1.2 服务管理层

服务管理层主要是面向核心服务层，它能为核心服务层的安全稳定及可靠运行提供保障。其服务内容包括服务质量保障和安全管理等。由于云计算系统结构庞大、服务繁杂，用户很难直接找到自己所需的资源。因此，通过服务质量保障协议，云计算服务提供商就能根据用户的具体需求，提供相应的服务，保障其面向每一个用户的服务质量。而用户在获取云数据和云服务时，确保信息交流的安全性是非常重要的。通过安全管理协议，可以对云系统采取数据隔离、隐私保护和访问控制等安全保护措施，确保核心服务层的安全稳定运行。

2.1.3 用户访问接口层

用户访问接口层能够实现用户对云系统程序的泛在访问。其表现形式一般包括命令行、Web服务和Web门户等。其中命令行和Web服务作为一种直接的访问云系统的工具，能够实现多种服务方式的组合。而Web门户则是将用户端与云系统连接起来的通道和平台。通过它，用户可以将本地的应用程序转移到云系统中。这样用户只要能连接到云系统服务器，就可以随时随地的访问其本地的数据和程序。这显然可以极大的释放本地服务器的压力，提高用户的办公效率。

2.2 云计算软件架构关键技术

云计算是以数据为中心的一种数据密集型的超级计算方式。在数据的存储、管理及编程模式方面都采用特有的多种先进技术，其中主要的关键性技术包括海量数据存储与处理、编程模型及虚拟化技术。

2.2.1 海量数据存储与处理技术

云计算系统以数据冗余和分布式方式进行大数据集的分析、处理以保证高可用性和经济性。为及时满足海量用户的不同需求，并行提供各种服务，云计算所采用的数据存储技术必然具备高传输率、高吞吐率的能力。未来的发展方向会集中于高效的数据定位及超大规模的数据存储、加密、安全可靠性和持续提高I/O速率等方面。

2.2.2 编程模型

为了让用户可以利用编程模型根据自身需要编写简单的程序而更加轻松的获得云计算带来的服务，所采用的编程模型须非常简单。同时要保证后台的并行执行及任务调度对用户及编程人员的透明化。改进现有的编程模式以便程序员可以方便的进行紧耦合程序的编写，实现运行过程中的高效调度和任务的执行，是将来MapReduce发展的主要方向。

2.2.3 虚拟化技术

虚拟化的实质是将整合之后的资源用和物理量没有关联的方式进行调用，是一种由物理资源转变为服务形态的过程。虚拟化的应用使硬件的容量增大同时使软件的管理维护过程得到简化，提高了资源的灵活性和使用率，实现了物理资源的复用，是未来实现资源的自动协调和配置的基础。虚拟化技术把操作系统和物理硬件相隔离，允许多个操作系统不相同的虚拟机在一个物理机上独立运行。不管所采用的物理硬件是否相同，操作系统均把它们看作是一致的标准化硬件。

2.3 云计算的软件架构应用

软件系统框架有架构元件、联结器及任务流三个元素，为提高软件的安全可靠性及扩展能力需要对软件架构进行设计。三层架构设计是软件框架设计的一种重要结构，它将系统在应用逻辑上分成数据服务层、业务逻辑层及表示层。表示层主要用于用户与系统的交互，通常指的是系统的操作界面。业务逻辑层的功能是数据的格式及其是否有效进行验证，用户的合法性验证等以保证系统能够健壮的运行。数据服务层专用于数据库的交互并执行数据的修改、增删、显示等操作。目前的软件系统大都采用基于C/S技术的三层架构，数据的存储一般采用DBMS或者XML文档的方式易使服务器发生不可修复的错误后产生数据丢失的可能。

软件的设计开发随着云计算技术的迅猛发展而面临挑战，三层架构模式能够完全迁移至云计算中的SaaS服务模式中。不过SaaS服务模式也存在一些较为突出的问题，包括与云计算服务供应商之间的信任，以及软件对云计算服务过于依赖的问题。此外，在云计算服务正常时，网络状况也会对软件的使用产生影响。基于云计算技术目前的发展情况，为降低软件对云计算和网络性能的依赖程度，下面提出一种较为可行的基于云计算平台的软件架构模式

与传统的三层架构模式相比，基于云计算平台的软件架构在表示层及业务逻辑层并不发生变化，只是在数据服务层提供包括本地数据及云数据的两种数据服务。本地数据服务不需安装DBMS软件而只采用XML文档存储数据，从而使服务器的性能得到提升。不论是选择本地服务器的XML文档或是云计算服务中的数据服务，软件均能够一次读取数据到内存中，在完成数据处理以后再把数据处理结果传回数据服务并长久储存，有效的提高了系统的工作效率。

基于云计算平台的软件架构新增了同步服务层，它不仅使本地服务器XML文档与云计算服务中的数据实现同步，也能够监测数据服务的运行状态。在软件系统将数据信息一次读入内存之后，用户在内存中进行各种数据操作。数据同步服务可以利用时间控件在用户不使用软件系统的时间终止业务逻辑层的相关服务，同时把放入内存的数据更新到本地服务器的XML文档及云计算服务中，完成同步操作以后就可以重新进行业务逻辑层的服务，提高了网络宽带的使用率。同步服务监测软件可以保证在发现数据服务问题后立刻启动新的数据服务，使其不再依赖云计算。

在基于云计算平台的软件架构中，系统中的数据同时备份在本地服务器的XML文档及云计算服务中的数据服务中。即使出现云计算服务障碍，软件依旧保存相对应的数据备份。在本地服务器发生故障而导致数据的丢失时，云计算服务保留数据备份，从而使软件系统中的数据具有双重备份而得到保障。此外，这种软件架构模式具有不产生孤岛信息、不需涉及数据迁移等优点。

从软件架构的数据流图中能够看到本地数据及云数据是通过数据缓存实现同步的。在用户需要获取系统中的数据信息时，会把被访问的数据表存入到缓存区域以方便用户能够进行再次访问。用户进行数据的再次访问时不需反复的读取数据库而只是从内存中对系统的数据进行操作。这样就在很大程度上缩短了系统响应的时间，从而有效的提升了运行的效率。

3 结束语

上述基于云计算平台的软件架构模型提高了云计算条件下数据的安全可靠性。随着云计算的广泛应用，为提高系统的运行效率，系统架构的升级有待进一步的研究。

参考文献：

[1]李刚健.基于虚拟化技术的云计算平台架构研究[J].吉林建筑工程学院学报，2011（01）.

[2]程国江.云计算简介及应用前景[J].中国新技术新产品，2011（08）.

[3]李晓辉.云计算技术研究与应用综述[J].电子测量技术，2011（07）.

[4]韩金华.云计算综述[J].企业技术开发，2010（15）.

云计算的基础架构范文第5篇

虚拟化：

云计算的第一步

业界普遍认为，虚拟化是通往云世界最自然也是最合理的方式。而目前，企业在虚拟化方面仍然存在一定障碍或者说担心，影响到虚拟化的部署，进而影响了企业向云计算的迁移。

通常，虚拟化的部署分为三个阶段，即IT生产、业务生产和IT即服务。在IT生产阶段，IT部门会将其控制的诸如开发、测试等低风险的工作负载迁移到虚拟化平台上，此阶段追求的是成本降低；业务生产是将企业的核心业务迁往云平台，此阶段追求的是可靠性；而IT即服务阶段则是IT部门像业务部门一样运作，IT基础架构转变为灵活高效的资源池和具有自我管理能力的虚拟架构，此阶段追求的是业务灵活和敏捷。目前，大部门企业还处于从IT生产阶段迈向业务生产的阶段，也就是正在逐步把企业核心和关键业务向虚拟化平台迁移，但很多企业同时存在担心：虚拟化技术能否承载这些关键应用。

“新一代的vSphere在性能和可靠性上都有了新一步的提高，可以让用户更有信心地在虚拟化平台上部署关键应用。”VMware(中国)公司高级产品经理吴启新说。

据悉，vSphere 5有着近200 项全新或经过增强的功能，特别是增加了一些非常重要的新特性，比如提供智能策略管理以支持无需人工干预的自动化服务器部署和存储管理。正是基于这些改进和增强，使得vSphere 5的虚拟机性能比上一代提高了4倍，支持虚拟内存空间达到了1TB、虚拟CPU数达到了32个，虚拟机每秒达到了100多万次I/O操作，能胜任几乎所有计算密集型的关键企业业务应用。

简化云基础架构管理

在本次全球同步的云基础架构套件中，除了最为核心的产品vSphere 5之外，还包括一系列其他产品，以提供云基础架构平台部署和管理所需要的自动化、自助服务和安全特性， 这包括三款新产品的升级版：

1．VMware vShield 5: 为虚拟化和云环境设计提供自适应、基于软件的安全模式，其中提供有企业应用所需的敏感数据保护功能。

2. VMware vCenter Site Recovery Manager 5: 推出内置式存储复制功能、全新的自动回复功能和经过规划的迁移功能。

3. VMware vCloud Director 1.5:实现了横跨内外部资源架构供给的自服务模式，从而大幅缩短提供新服务器所必需的时间。