云計算核心技術及安全問題

1云計算的概念與特征

1.1云計算的概念

關于云計算的概念，從不同的角度來看有不同的定義。

1）從應用的角度來定義：

相關研究和實踐證明，云計算既不是什么計算，也不是一項單純的技術概念，而是一個如何在現有互聯網的基礎上把所有硬件、軟件結合起來，充分利用和調動現有一切信息資源，通過構架一個新型的服務模式，或者能提供服務的一種新的系統結構。為人們提供各種不同層次、各種不同需求的低成本、高效率的智能化的服務及信息服務模式的改變。

2）從技術的角度來定義：日可以說云計算是并行計算、分布式計算和網格計算的發展，或者說是這些計算機科學概念的商業實現。

1.2云計算的特征

不管從哪個角度來定義云計算，云計算應該具有如下幾個特征：

1）以網絡為中心。云計算的整體架構是建立在由多臺計算機和其他各種硬件、設備組成的網絡環境之中，離開了網絡，云計算也無從談起。

2）以服務為提供方式。這跟過去有所不同，是根據用戶的需要，按需服務的方式，根據不同用戶的個性化需求推出的多層次服務。

3）應該具有高擴展、高可靠性。因為用戶要在這上面接受服務，這是必須要具備的特征和條件。

4）彈性，隨著業務增長，這個系統能平滑過渡，平滑增長。

6）動態，最主要是適應現在各種IT業務，IT系統用戶需求的快速變化。

7）極其廉價。“云”的特殊容錯措施使得可以采用極其廉價的節點來構成云：“云”的自動化管理使數據中心管理成本大幅降低：“云”的公用性和通用性使資源的利用率大幅提升：“云”設施可以建在電力資源豐富的地區，從而大幅降低能源成本。因此“云”具有前所未有的性能價格比。Google中國區前總裁李開復稱，Google每年投入約16億美元構建云計算數據中心，所獲得的能力相當于使用傳統技術投入640億美元，節省了40倍的成本。因此，用戶可以充分享受“云”的低成本優勢，需要時，花費幾百美元、一天時間就能完成以前需要數萬美元、數月時間才能完成的數據處理任務。

2云存儲與虛擬化

2.1云存儲

數據量對我們提出嚴峻挑戰，使目前數據庫技術已經不能應對這些蜂擁而至的數據的浪潮。在各個領域都呈現嚴峻的挑戰形式，這就是為什么人們積極尋找構建新的云存儲，即云數據庫來應付海量數據到來。

數據不斷從前端向后端聚集，大部分數據被聚集到了一個中心服務的地帶，因此這兩項趨勢造成我們面臨一個巨大的數據集合 目前數據管理面臨挑戰性方面在于：我們如何去應對不斷開展的數據規模，如何提供一種好的可擴展性，如何提供一種好的成本效益的一種服務，如何去支持在這種模式下具備好的容錯能力，以及如何有持續研發的機制。這是新的系統要面對的，也是傳統的不能解決的問題。

現有的云數據庫系統大體劃分為兩類：一類是基于Google的系統，結構用了分布式儲存的方式；另一類是以DYNAMO為主體，采用了P2P處理結構。目前該領域開發出有代表性的云數據庫系統，它們是：HADOOPDB，HBASE和CASSANDRA.

未來的數據庫。云數據管理系統。研究方向應該是：可擴展性、成本效益和容錯性，持續的簡化能力和易于管理等等，更重要的是構造的云數據管理要能支持多種形式的應用，這是一個很復雜的問題，因為每種應用需求都不一樣，目前構造的云存儲是針對某種應用或者某種情況設置的，是有局限性的，所以支持多種形式的應用將是云數據庫研究的核心內容。

2.2虛擬化

虛擬化是一個物體虛擬成不同物體，每個物體擔當不同任務，當虛擬物體完成工作后可以關掉，把資源釋放回來做更多事，一臺筆記本虛擬成三臺筆記本，做三臺筆記本工作。

虛擬化本身就是把底層物理設備和上層的軟件進行分離的一種去耦合技術，各個層面做各個層面的工作，不要捆綁在一起，目的就是為了實現信息資源的利用效率和靈活性的最大化。

虛擬化技術可以促進IDC提高資源利用率和服務水平，虛擬化技術能夠降低IDC的運營成本，幫助IDC提供性價比更優的服務，吸引更多企業采用IDC的服務，從而為IDC帶來更大的收益。研究資料表明，虛擬化技術將各種資源虛擬出多臺主機，以提高這些資源的共享率和利用率，將IT環境改造成為更加強大、更具彈性、更富有活力的架構，為IDC帶來以下效益：

1）35％-75％ TCO（總體擁有成本）節省：通過將整合多個物理服務器到一個物理服務器降低40％軟件硬件成本，每個服務器的平均利用率從7％提高到60％一80％，降低70％一80％運營成本，包括數據中心空間、機柜、網線，耗電量，冷氣空調和人力成本；

2）提高運營效率：部署時間從小時級到分鐘級，服務器重建和應用加載時間從20-40 hrs=>15-30 min，每年節省10000人／h（300臺服務器）；以前硬件維護需要以前的數天／周的變更管理準備和卜3小時維護窗口，現在可以進行零宕機硬件維護和升級；

3）提高服務水平：幫助企業建立業務和IT資源之間的關系，使IT和業務優先級對應；將所有服務器作為大的資源統一進行管理，并按需自動低動態資源調配：無中斷的按需擴容；

4）舊硬件和操作系統的投資保護：不再擔心舊系統的兼容性，維護和升級等一系列問題。虛擬化技術為IDC提供了云計算的基礎架構，虛擬化技術除了幫助IDC提供資源利用率和提高服務水平之外，更重要的一點是它釋放了IDC的潛力，為IDC帶來了極大的運營彈性。未來數據中心的面貌就是將底層的硬件，包括服務器、儲存與網絡設備全面虛擬化，建立起一個共享的隨需而選的運作環境，上層的數據可以根據業務型態的不同需求，搭配出各種互相隔離的應用，形成一個服務導向的IT架構。虛擬化技術不僅僅是一個簡單的整合工具，它將更先進的自動化和系統管理引進到數據中心，為數據中心提供了一種共享加隔離（安全、可信）的云計算基礎架構，這樣的數據中心不再是傳統的IDC，而是疊加了云計算功能架構的彈性數據中心。

整個云的變化，其實是一個虛擬化的轉變，包括從一開始看到是一個物理機，慢慢走向虛擬化，走向云計算，云計算是虛擬化最后的延伸 ，虛擬化技術是云計算的核心技術。

3云計算行業應用

3.1中國科技資源共享網

中國科技資源共享網是一種跨學科、跨地域、跨組織的科技創新合作。這里的科技資源包括科學數據，科學成果，科學儀器，通過這種共享可以優化我們國家的科研基礎設施。整個科技資源共享網系統下面有科技文獻的資源，自然科技的資源，科學數據的資源，通過統一的一個規范和標準，進行匯交和集成。

現在科技資源共享網整合了30個專業門戶專業資源，2O多個平臺，3O多個地方平臺的資源。科技平臺涉及材料、農業、海洋，現在涉及到部門是國務院37個部門數據，500多個國家重點工程中心的數據， 目前涵蓋了全國31個地方平臺，200多個生物種子資源，目前形成了資源數據庫28類，提供了六大類各種各樣的特色服務，數據量超過1O00TB.

底層站點有4O多個國家平臺資源。各個專業平臺，林業、農業、生物、海洋包括氣象。還有20多個行業資源，還有31個地省市地方資源平臺占領。科技共享網是去年年底開始正式運行服務。目前的提供是4個服務：

1）跨平臺跨領域的數據文獻儀器的搜索和導航，

2）網絡協同和遠程操作。

3）提供科技資源建設和服務情況的評估監測，

4）專題熱點服務。

在科技文獻子平臺，國內珀勺文獻都可以查詢，國外的可以通過科技引擎來查詢。科技資源共享網整是一個全國性的共享服務設施 同時對加盟的站點，包括幾十個子專業平臺和科技資源站進行實時的監測。

整個科技共享網的定位：

1）是科技基礎條件資源信息回教中心，

2）是資源共享服務的平臺

3）是合理布局決策支持系統

4）是發布和成果展示的窗口

5）是資源動態監控和管理的工具

6）是和國內外相關資源合作交流的樞紐。

3.2鴻蒙網

鴻蒙網站平臺基礎結構：鴻蒙按照行政區域劃分，由中國省、市、縣、鄉鎮、村網站系統組織，每個云網站系統又按照行業分類方式有很多行業網站系統構成。每個行業網站包含多個功能系統，每個網站系統獨立運行，彼此之間相互聯系，形成有利的整體。鴻蒙云計算應用網站平臺是由很平常的服務器操作系統和功能軟件組成的。鴻蒙網站系統的門是由行業門戶的構成，隨著社會需求變化構建不同的行，就是彈性可變的，隨時增加或儉省行業。

鴻蒙網的云計算特征。作為中國首個云計算應用平臺。鴻蒙網有以下特征

1）采用虛擬化技術按照行業進行劃分，搭建獨個系統，每個系統有獨個用戶，從而形成獨系統獨用戶。比如說河北鴻蒙網是一個系統，都是獨立的，現在已經搭建了60000個系統，其中行業里面是將近1O0萬個。而中國鴻蒙網包含多個行業網站平臺，每個網站平臺有多個用戶，從而形成比較復雜的云中云系統。我們這個圖示比較形象地研究云的組合。

2）網站平臺里的數據按照其物理屬性進行描述，因此數據是連通的。比如一個村里的數據，同時屬于上級行政區域。所以在鴻蒙云計算網站平臺里，不存在信息“孤島”問題。

4云計算時代的安全解決方案

當我們進入云計算時代，對機器的控制和權限從企業慢慢走到服務商時，則我們的所有數據都必須在云提供商的數據中心里。此時，系統變成不可控，資料變成可控，這便是在云中最大的兩個變化，也是云和傳統最大的變化。

虛擬技術是云計算的核心技術，我們的數據資料都是運行在數據中心的虛擬機上，但是虛擬機和虛擬機之間會互相攻擊，這就使得我們的系統變成了不可控。虛擬機有一個現象叫做“跑出去”，就是說虛擬機會跑動，這就使得我們的資料變成了不可控。例如，現在要設計資料中心，傳統的方法是買一個最好的防火墻把資料中心圍住，機器都在里面；但是在云計算時代，我們的資料都在虛擬機里，虛擬機會跑動，此時，防火墻就沒有作用了，當然我們的資料也就變成了不可控。

另一個安全問題是數據的隱私性。一個現象是，當我們把數據放到互聯網上時，除了我們自己能夠看到外，服務商也能夠看到，因為我們的數據是被保存在服務商的數據中心里；另外一個現象是，一旦我們把數據放到互聯網上時，服務商會把數據作好幾個備份，數據的備份歸服務商管理，所以數據銷毀變得不可能。

防止虛擬機之間相互攻擊的解決方案是，在每個虛擬機里都做一些防火墻和IDS；把防范措施做到虛擬機里，讓它跟著虛擬機跑動，并且把虛擬機里的資料進行加密和解密；為虛擬環境的隔離做有效區分，監控虛擬機的狀態。數據的隱私性解決方案是，需要建立服務商和用戶之間的信任，通過建立相應的法規來保護用戶數據的隱私性。

5云計算平臺與應用實踐

IBM的智慧城市和智慧地球。IBM智慧城市的構想要達到兩個基本的技術要求：第一是可量化，從我們手中的終端機或者從城市終端機采出數字，例如，在高速公路上采取車流資料，幫助我們分析今天會在哪段塞車；第二互聯互通。通過網絡的連接。我們采集到的數據可以締造需要的終端——作為存儲和分析。

存儲和分析最終目的是要有智能，判斷我們在生活和工作中所做的決定是否正確。這可以人工所為。對于所收到的信息。我們可以自己找出所需要的信息：但是如果有個很智能系統化工具幫我們處理這些信息，這就非常方便了。這個系統可以簡化我們需要的信息，能夠減少我們每天的煩惱，增加生活質最，這是我們的最終目的。一些數據說：現在碰到一些困難，最終目標就是物聯網。物聯網和智慧城市是這樣，物聯網以物采取數據，數據存儲分析，最后提供智能，這是物聯網三步曲，這是符合中國的國情，中國提倡要突破物聯網提升幫助我們國家更智能地支撐民生，招商引資。物聯網需要互聯網，云計算可以支撐有彈性的存儲和分析。IBM智慧地球概念可以理解為物聯網和互聯網融合，以云計算支撐。

6結束語

本文簡紹了云計算的概念和特征，以及在云計算行業領域有代表性的兩個應用和在云計算平臺與應用實踐方面具有影響力的一個項目；通過探討和分析，得出云存儲和虛擬化在云計算技術中占有非常重要的地位，系統、資料的不可空性以及數據的隱私性是云計算技術中必須解決的兩個核心問題。

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