云計(jì)算核心技術(shù)及安全問題

1云計(jì)算的概念與特征

1.1云計(jì)算的概念

關(guān)于云計(jì)算的概念，從不同的角度來看有不同的定義。

1）從應(yīng)用的角度來定義：

相關(guān)研究和實(shí)踐證明，云計(jì)算既不是什么計(jì)算，也不是一項(xiàng)單純的技術(shù)概念，而是一個(gè)如何在現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上把所有硬件、軟件結(jié)合起來，充分利用和調(diào)動(dòng)現(xiàn)有一切信息資源，通過構(gòu)架一個(gè)新型的服務(wù)模式，或者能提供服務(wù)的一種新的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。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(wù)及信息服務(wù)模式的改變。

2）從技術(shù)的角度來定義：日可以說云計(jì)算是并行計(jì)算、分布式計(jì)算和網(wǎng)格計(jì)算的發(fā)展，或者說是這些計(jì)算機(jī)科學(xué)概念的商業(yè)實(shí)現(xiàn)。

1.2云計(jì)算的特征

不管從哪個(gè)角度來定義云計(jì)算，云計(jì)算應(yīng)該具有如下幾個(gè)特征：

1）以網(wǎng)絡(luò)為中心。云計(jì)算的整體架構(gòu)是建立在由多臺(tái)計(jì)算機(jī)和其他各種硬件、設(shè)備組成的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境之中，離開了網(wǎng)絡(luò)，云計(jì)算也無從談起。

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

3）應(yīng)該具有高擴(kuò)展、高可靠性。因?yàn)橛脩粢�在這上面接受服務(wù)，這是必須要具備的特征和條件。

4）彈性，隨著業(yè)務(wù)增長，這個(gè)系統(tǒng)能平滑過渡，平滑增長。

6）動(dòng)態(tài)，最主要是適應(yīng)現(xiàn)在各種IT業(yè)務(wù)，IT系統(tǒng)用戶需求的快速變化。

7）極其廉價(jià)。“云”的特殊容錯(cuò)措施使得可以采用極其廉價(jià)的節(jié)點(diǎn)來構(gòu)成云：“云”的自動(dòng)化管理使數(shù)據(jù)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(shè)施可以建在電力資源豐富的地區(qū)，從而大幅降低能源成本。因此“云”具有前所未有的性能價(jià)格比。Google中國區(qū)前總裁李開復(fù)稱，Google每年投入約16億美元構(gòu)建云計(jì)算數(shù)據(jù)中心，所獲得的能力相當(dāng)于使用傳統(tǒng)技術(shù)投入640億美元，節(jié)省了40倍的成本。因此，用戶可以充分享受“云”的低成本優(yōu)勢，需要時(shí)，花費(fèi)幾百美元、一天時(shí)間就能完成以前需要數(shù)萬美元、數(shù)月時(shí)間才能完成的數(shù)據(jù)處理任務(wù)。

2云存儲(chǔ)與虛擬化

2.1云存儲(chǔ)

數(shù)據(jù)量對(duì)我們提出嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，使目前數(shù)據(jù)庫技術(shù)已經(jīng)不能應(yīng)對(duì)這些蜂擁而至的數(shù)據(jù)的浪潮。在各個(gè)領(lǐng)域都呈現(xiàn)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)形式，這就是為什么人們積極尋找構(gòu)建新的云存儲(chǔ)，即云數(shù)據(jù)庫來應(yīng)付海量數(shù)據(jù)到來。

數(shù)據(jù)不斷從前端向后端聚集，大部分?jǐn)?shù)據(jù)被聚集到了一個(gè)中心服務(wù)的地帶，因此這兩項(xiàng)趨勢造成我們面臨一個(gè)巨大的數(shù)據(jù)集合 目前數(shù)據(jù)管理面臨挑戰(zhàn)性方面在于：我們?nèi)绾稳��?yīng)對(duì)不斷開展的數(shù)據(jù)規(guī)模，如何提供一種好的可擴(kuò)展性，如何提供一種好的成本效益的一種服務(wù)，如何去支持在這種模式下具備好的容錯(cuò)能力，以及如何有持續(xù)研發(fā)的機(jī)制。這是新的系統(tǒng)要面對(duì)的，也是傳統(tǒng)的不能解決的問題。

現(xiàn)有的云數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)大體劃分為兩類：一類是基于Google的系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)用了分布式儲(chǔ)存的方式；另一類是以DYNAMO為主體，采用了P2P處理結(jié)構(gòu)。目前該領(lǐng)域開發(fā)出有代表性的云數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，它們是：HADOOPDB，HBASE和CASSANDRA.

未來的數(shù)據(jù)庫。云數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。研究方向應(yīng)該是：可擴(kuò)展性、成本效益和容錯(cuò)性，持續(xù)的簡化能力和易于管理等等，更重要的是構(gòu)造的云數(shù)據(jù)管理要能支持多種形式的應(yīng)用，這是一個(gè)很復(fù)雜的問題，因?yàn)槊糠N應(yīng)用需求都不一樣，目前構(gòu)造的云存儲(chǔ)是針對(duì)某種應(yīng)用或者某種情況設(shè)置的，是有局限性的，所以支持多種形式的應(yīng)用將是云數(shù)據(jù)庫研究的核心內(nèi)容。

2.2虛擬化

虛擬化是一個(gè)物體虛擬成不同物體，每個(gè)物體擔(dān)當(dāng)不同任務(wù)，當(dāng)虛擬物體完成工作后可以關(guān)掉，把資源釋放回來做更多事，一臺(tái)筆記本虛擬成三臺(tái)筆記本，做三臺(tái)筆記本工作。

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

虛擬化技術(shù)可以促進(jìn)IDC提高資源利用率和服務(wù)水平，虛擬化技術(shù)能夠降低IDC的運(yùn)營成本，幫助IDC提供性價(jià)比更優(yōu)的服務(wù)，吸引更多企業(yè)采用IDC的服務(wù)，從而為IDC帶來更大的收益。研究資料表明，虛擬化技術(shù)將各種資源虛擬出多臺(tái)主機(jī)，以提高這些資源的共享率和利用率，將IT環(huán)境改造成為更加強(qiáng)大、更具彈性、更富有活力的架構(gòu)，為IDC帶來以下效益：

1）35％-75％ TCO（總體擁有成本）節(jié)�。和ㄟ^將整合多個(gè)物理服務(wù)器到一個(gè)物理服務(wù)器降低40％軟件硬件成本，每個(gè)服務(wù)器的平均利用率從7％提高到60％一80％，降低70％一80％運(yùn)營成本，包括數(shù)據(jù)中心空間、機(jī)柜、網(wǎng)線，耗電量，冷氣空調(diào)和人力成本；

2）提高運(yùn)營效率：部署時(shí)間從小時(shí)級(jí)到分鐘級(jí)，服務(wù)器重建和應(yīng)用加載時(shí)間從20-40 hrs=>15-30 min，每年節(jié)省10000人／h（300臺(tái)服務(wù)器）；以前硬件維護(hù)需要以前的數(shù)天／周的變更管理準(zhǔn)備和卜3小時(shí)維護(hù)窗口，現(xiàn)在可以進(jìn)行零宕機(jī)硬件維護(hù)和升級(jí)；

3）提高服務(wù)水平：幫助企業(yè)建立業(yè)務(wù)和IT資源之間的關(guān)系，使IT和業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)對(duì)應(yīng)；將所有服務(wù)器作為大的資源統(tǒng)一進(jìn)行管理，并按需自動(dòng)低動(dòng)態(tài)資源調(diào)配：無中斷的按需擴(kuò)容；

4）舊硬件和操作系統(tǒng)的投資保護(hù)：不再擔(dān)心舊系統(tǒng)的兼容性，維護(hù)和升級(jí)等一系列問題。虛擬化技術(shù)為IDC提供了云計(jì)算的基礎(chǔ)架構(gòu)，虛擬化技術(shù)除了幫助IDC提供資源利用率和提高服務(wù)水平之外，更重要的一點(diǎn)是它釋放了IDC的潛力，為IDC帶來了極大的運(yùn)營彈性。未來數(shù)據(jù)中心的面貌就是將底層的硬件，包括服務(wù)器、儲(chǔ)存與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備全面虛擬化，建立起一個(gè)共享的隨需而選的運(yùn)作環(huán)境，上層的數(shù)據(jù)可以根據(jù)業(yè)務(wù)型態(tài)的不同需求，搭配出各種互相隔離的應(yīng)用，形成一個(gè)服務(wù)導(dǎo)向的IT架構(gòu)。虛擬化技術(shù)不僅僅是一個(gè)簡單的整合工具，它將更先進(jìn)的自動(dòng)化和系統(tǒng)管理引進(jìn)到數(shù)據(jù)中心，為數(shù)據(jù)中心提供了一種共享加隔離（安全、可信）的云計(jì)算基礎(chǔ)架構(gòu)，這樣的數(shù)據(jù)中心不再是傳統(tǒng)的IDC，而是疊加了云計(jì)算功能架構(gòu)的彈性數(shù)據(jù)中心。

整個(gè)云的變化，其實(shí)是一個(gè)虛擬化的轉(zhuǎn)變，包括從一開始看到是一個(gè)物理機(jī)，慢慢走向虛擬化，走向云計(jì)算，云計(jì)算是虛擬化最后的延伸 ，虛擬化技術(shù)是云計(jì)算的核心技術(shù)。

3云計(jì)算行業(yè)應(yīng)用

3.1中國科技資源共享網(wǎng)

中國科技資源共享網(wǎng)是一種跨學(xué)科、跨地域、跨組織的科技創(chuàng)新合作。這里的科技資源包括科學(xué)數(shù)據(jù)，科學(xué)成果，科學(xué)儀器，通過這種共享可以優(yōu)化我們國家的科研基礎(chǔ)設(shè)施。整個(gè)科技資源共享網(wǎng)系統(tǒng)下面有科技文獻(xiàn)的資源，自然科技的資源，科學(xué)數(shù)據(jù)的資源，通過統(tǒng)一的一個(gè)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行匯交和集成。

現(xiàn)在科技資源共享網(wǎng)整合了30個(gè)專業(yè)門戶專業(yè)資源，2O多個(gè)平臺(tái)，3O多個(gè)地方平臺(tái)的資源�？萍计脚_(tái)涉及材料、農(nóng)業(yè)、海洋，現(xiàn)在涉及到部門是國務(wù)院37個(gè)部門數(shù)據(jù)，500多個(gè)國家重點(diǎn)工程中心的數(shù)據(jù)， 目前涵蓋了全國31個(gè)地方平臺(tái)，200多個(gè)生物種子資源，目前形成了資源數(shù)據(jù)庫28類，提供了六大類各種各樣的特色服務(wù)，數(shù)據(jù)量超過1O00TB.

底層站點(diǎn)有4O多個(gè)國家平臺(tái)資源。各個(gè)專業(yè)平臺(tái)，林業(yè)、農(nóng)業(yè)、生物、海洋包括氣象。還有20多個(gè)行業(yè)資源，還有31個(gè)地省市地方資源平臺(tái)占領(lǐng)�？萍脊蚕砭W(wǎng)是去年年底開始正式運(yùn)行服務(wù)。目前的提供是4個(gè)服務(wù)：

1）跨平臺(tái)跨領(lǐng)域的數(shù)據(jù)文獻(xiàn)儀器的搜索和導(dǎo)航，

2）網(wǎng)絡(luò)協(xié)同和遠(yuǎn)程操作。

3）提供科技資源建設(shè)和服務(wù)情況的評(píng)估監(jiān)測，

4）專題熱點(diǎn)服務(wù)。

在科技文獻(xiàn)子平臺(tái)，國內(nèi)珀勺文獻(xiàn)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(wǎng)整是一個(gè)全國性的共享服務(wù)設(shè)施 同時(shí)對(duì)加盟的站點(diǎn)，包括幾十個(gè)子專業(yè)平臺(tái)和科技資源站進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測。

整個(gè)科技共享網(wǎng)的定位：

1）是科技基礎(chǔ)條件資源信息回教中心，

2）是資源共享服務(wù)的平臺(tái)

3）是合理布局決策支持系統(tǒng)

4）是發(fā)布和成果展示的窗口

5）是資源動(dòng)態(tài)監(jiān)控和管理的工具

6）是和國內(nèi)外相關(guān)資源合作交流的樞紐。

3.2鴻蒙網(wǎng)

鴻蒙網(wǎng)站平臺(tái)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)：鴻蒙按照行政區(qū)域劃分，由中國省、市、縣、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村網(wǎng)站系統(tǒng)組織，每個(gè)云網(wǎng)站系統(tǒng)又按照行業(yè)分類方式有很多行業(yè)網(wǎng)站系統(tǒng)構(gòu)成。每個(gè)行業(yè)網(wǎng)站包含多個(gè)功能系統(tǒng)，每個(gè)網(wǎng)站系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行，彼此之間相互聯(lián)系，形成有利的整體。鴻蒙云計(jì)算應(yīng)用網(wǎng)站平臺(tái)是由很平常的服務(wù)器操作系統(tǒng)和功能軟件組成的。鴻蒙網(wǎng)站系統(tǒng)的門是由行業(yè)門戶的構(gòu)成，隨著社會(huì)需求變化構(gòu)建不同的行，就是彈性可變的，隨時(shí)增加或儉省行業(yè)。

鴻蒙網(wǎng)的云計(jì)算特征。作為中國首個(gè)云計(jì)算應(yīng)用平臺(tái)。鴻蒙網(wǎng)有以下特征

1）采用虛擬化技術(shù)按照行業(yè)進(jìn)行劃分，搭建獨(dú)個(gè)系統(tǒng)，每個(gè)系統(tǒng)有獨(dú)個(gè)用戶，從而形成獨(dú)系統(tǒng)獨(dú)用戶。比如說河北鴻蒙網(wǎng)是一個(gè)系統(tǒng)，都是獨(dú)立的，現(xiàn)在已經(jīng)搭建了60000個(gè)系統(tǒng)，其中行業(yè)里面是將近1O0萬個(gè)。而中國鴻蒙網(wǎng)包含多個(gè)行業(yè)網(wǎng)站平臺(tái)，每個(gè)網(wǎng)站平臺(tái)有多個(gè)用戶，從而形成比較復(fù)雜的云中云系統(tǒng)。我們這個(gè)圖示比較形象地研究云的組合。

2）網(wǎng)站平臺(tái)里的數(shù)據(jù)按照其物理屬性進(jìn)行描述，因此數(shù)據(jù)是連通的。比如一個(gè)村里的數(shù)據(jù)，同時(shí)屬于上級(jí)行政區(qū)域。所以在鴻蒙云計(jì)算網(wǎng)站平臺(tái)里，不存在信息“孤島”問題。

4云計(jì)算時(shí)代的安全解決方案

當(dāng)我們進(jìn)入云計(jì)算時(shí)代，對(duì)機(jī)器的控制和權(quán)限從企業(yè)慢慢走到服務(wù)商時(shí)，則我們的所有數(shù)據(jù)都必須在云提供商的數(shù)據(jù)中心里。此時(shí)，系統(tǒng)變成不可控，資料變成可控，這便是在云中最大的兩個(gè)變化，也是云和傳統(tǒng)最大的變化。

虛擬技術(shù)是云計(jì)算的核心技術(shù)，我們的數(shù)據(jù)資料都是運(yùn)行在數(shù)據(jù)中心的虛擬機(jī)上，但是虛擬機(jī)和虛擬機(jī)之間會(huì)互相攻擊，這就使得我們的系統(tǒng)變成了不可控。虛擬機(jī)有一個(gè)現(xiàn)象叫做“跑出去”，就是說虛擬機(jī)會(huì)跑動(dòng)，這就使得我們的資料變成了不可控。例如，現(xiàn)在要設(shè)計(jì)資料中心，傳統(tǒng)的方法是買一個(gè)最好的防火墻把資料中心圍住，機(jī)器都在里面；但是在云計(jì)算時(shí)代，我們的資料都在虛擬機(jī)里，虛擬機(jī)會(huì)跑動(dòng)，此時(shí)，防火墻就沒有作用了，當(dāng)然我們的資料也就變成了不可控。

另一個(gè)安全問題是數(shù)據(jù)的隱私性。一個(gè)現(xiàn)象是，當(dāng)我們把數(shù)據(jù)放到互聯(lián)網(wǎng)上時(shí)，除了我們自己能夠看到外，服務(wù)商也能夠看到，因?yàn)槲覀兊臄?shù)據(jù)是被保存在服務(wù)商的數(shù)據(jù)中心里；另外一個(gè)現(xiàn)象是，一旦我們把數(shù)據(jù)放到互聯(lián)網(wǎng)上時(shí)，服務(wù)商會(huì)把數(shù)據(jù)作好幾個(gè)備份，數(shù)據(jù)的備份歸服務(wù)商管理，所以數(shù)據(jù)銷毀變得不可能。

防止虛擬機(jī)之間相互攻擊的解決方案是，在每個(gè)虛擬機(jī)里都做一些防火墻和IDS；把防范措施做到虛擬機(jī)里，讓它跟著虛擬機(jī)跑動(dòng)，并且把虛擬機(jī)里的資料進(jìn)行加密和解密；為虛擬環(huán)境的隔離做有效區(qū)分，監(jiān)控虛擬機(jī)的狀態(tài)。數(shù)據(jù)的隱私性解決方案是，需要建立服務(wù)商和用戶之間的信任，通過建立相應(yīng)的法規(guī)來保護(hù)用戶數(shù)據(jù)的隱私性。

5云計(jì)算平臺(tái)與應(yīng)用實(shí)踐

IBM的智慧城市和智慧地球。IBM智慧城市的構(gòu)想要達(dá)到兩個(gè)基本的技術(shù)要求：第一是可量化，從我們手中的終端機(jī)或者從城市終端機(jī)采出數(shù)字，例如，在高速公路上采取車流資料，幫助我們分析今天會(huì)在哪段塞車；第二互聯(lián)互通。通過網(wǎng)絡(luò)的連接。我們采集到的數(shù)據(jù)可以締造需要的終端——作為存儲(chǔ)和分析。

存儲(chǔ)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(duì)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(gè)很智能系統(tǒng)化工具幫我們處理這些信息，這就非常方便了。這個(gè)系統(tǒng)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(zhì)最，這是我們的最終目的。一些數(shù)據(jù)說：現(xiàn)在碰到一些困難，最終目標(biāo)就是物聯(lián)網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)和智慧城市是這樣，物聯(lián)網(wǎng)以物采取數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分析，最后提供智能，這是物聯(lián)網(wǎng)三步曲，這是符合中國的國情，中國提倡要突破物聯(lián)網(wǎng)提升幫助我們國家更智能地支撐民生，招商引資。物聯(lián)網(wǎng)需要互聯(lián)網(wǎng)，云計(jì)算可以支撐有彈性的存儲(chǔ)和分析。IBM智慧地球概念可以理解為物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)融合，以云計(jì)算支撐。

6結(jié)束語

本文簡紹了云計(jì)算的概念和特征，以及在云計(jì)算行業(yè)領(lǐng)域有代表性的兩個(gè)應(yīng)用和在云計(jì)算平臺(tái)與應(yīng)用實(shí)踐方面具有影響力的一個(gè)項(xiàng)目；通過探討和分析，得出云存儲(chǔ)和虛擬化在云計(jì)算技術(shù)中占有非常重要的地位，系統(tǒng)、資料的不可空性以及數(shù)據(jù)的隱私性是云計(jì)算技術(shù)中必須解決的兩個(gè)核心問題。

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