云计算研究现状综述Word文档格式.docx

1、来，随着网络技术的不断发展，按照高负载配置的服务器集群，在遇到低负载的时候，会有资源的浪费和闲置，导致用户的运行维护成本提高。而云计算把网络上的服务资源虚拟化，整个服务资源的调度、管理、维护等工作由专门的人员负责，用户不必关心“云”内部的实现，因此云计算实质上是给用户提供像传统的电力、水、煤气一样的按需计算服务，它是一种新的有效的计算使用范式。并且，云计算是分布式计算、效用计算、虚拟化技术、服务、网格计算等技术的融合和发展，其目标是用户通过网络能够在任何时间、任何地点最大限度地使用虚拟资源池，处理大规模计算问题。目前，在学术界和工业界共同推动之下，云计算及其应用呈现迅速增长的趋势，各大云计算厂

2、商如，等公司都推出自己研发的云计算服务平台。而学术界也源于云计算的现实背景纷纷对模型、应用、成本、仿真、性能优化、测试等诸多问题进行了深入研究，提出了各自的理论方法和技术成果，极大地推动了云计算继续向前发展。图云计算模式的演化文献从几种典型的云计算实现方案角度，综述了云计算背后所采用的技术；文献提出了云计算服务栈框架，综述归类了不同的云计算服务对应的服务层次；文献从云计算定义描述的视角，分析了云计算的特点。但上述综述文献没有说明云计算服务类型和框架层次的对应关系，以及最新的研究工作是在何种服务类型和框架内进行。本文则是从云计算服务类型和框架的二维角度综合分析了云计算的本质，阐述了源于这些服务类

3、型和框架的相关研究工作。本文第节针对云计算的概念从不同角度给出多种描述的定义，揭示其本质的特征；第节比较服务、网格、云计算个概念，强调云计算不同于以往相近技术的特征；第节剖析云计算的服务类型和框架；第节就云计算所涉及的范畴的研究作了分类概括；最后总结全文，指出未来研究方向并展望后续工作。云计算的定义和特点目前，不同文献和资料对云计算的定义有不同的表述，主要有以下几种代表性的定义。定义云计算是一种能够在短时间内迅速按需提供资源的服务，可以避免资源过度和过低使用。定义云计算是一种并行的、分布式的系统，由虚拟化的计算资源构成，能够根据服务提供者和用户事先商定好的服务等级协议动态地提供服务。定义云计算

4、是一种可以调用的虚拟化_的资源池，这些资源池可以根据负载动态重新配置，以达到最优化使用的目的。用户和服务提供商事先约定服务等级协议，用户以用时付费模式使用服务。个不同文献的定义中，定义强调了按需使用方式，定义中突出了用户和服务提供商双方事先商定的服务等级协议。这两个定义都从一定的角度给出定义。定义综合了前面两种定义的描述，更好地揭示了云计算的特点和本质。通过以上的定义分析，可以得出云计算具有如下一些特点。（）服务资源池化：通过虚拟化技术，对存储、计算、内存、网络等资源化，按用户需求动态地分配。（）可扩展性：用户随时随地可以根据实际需求，快速弹性地请求和购买服务资源，扩展处理能力。（）宽带网络调

5、用：用户使用各种客户端软件，通过网络调用云计算资源。（）可度量性：服务资源的使用可以被监控、报告给用户和服务提供商，并可根据具体使用类型（如带宽、活动用户数、存储等）收取费用。（）可靠性：自动检测失效节点，通过数据的冗余能够继续正常工作，提供高质量的服务，达到服务等级协议要求（）。云计算新的范式的特点带来了众多的优势，同时引入了一些新的问题亟待解决。这些因素制约着云计算技术及其应用的发展，如表所列。表云计算的优势和对应问题云计算优势问题安全性缩短单机密集数据处理任务时间，把处理任务分配到各个节点计算，提高了效率。用户关注传输到云计算端的敏感处理数据是否安全。可靠性减少用户购买物理硬件设备的费用

6、，资源以服务的方式进行租赁，降低用户资金投入的前期风险，促进用户把精力投入业务中。虽然用户不需要维护软件、硬件，但是用户使用云计算服务的质量依赖云计算本身的质量。可维护性提供专业的软件管理和维护服务，减少了普通用户软件平台的日常维护管理成本。是否所有的软件应用都适合在云计算环境下开发应用，而以往的软件应用如何移植到云计算环境下。交互性用户可以根据业务需要动态地按需请求云计算服务，处理高峰期负载并在非高峰期释放资源。云计算服务提供商的实际扩展能力有限，需要多个云计算服务商间的交互，而云计算服务之间的交互性较差。服务、网格和云计算服务、网格和云计算很多地方有相似之处，并且云计算是前两者的演化、发展

7、，因此各个概念间容易混淆。区分相关概念间的差异性，有助于理解和把握云计算的本质。如表所列，本节比较每个概念之间的特征，分析彼此间的相互关联。（）异构性：服务仅支持软件层次上异构的服务，用户调用的服务可以是各种语言开发的功能模块，而网格和云计算模型均支持软件和硬件的异构资源聚合调用。（）虚拟化：服务没有虚拟化，提供的是系统的功能模块，网格和云计算分别支持虚拟化的技术，并且云计算是对硬件资源、操作平台的虚拟化，而网格只是数据和计算资源的虚拟化。（）应用驱动：服务用户通过调用服务提供者暴露给外界的，使用该系统需要的某个特定功能。网格计算是利用网络未用计算资源进行科学计算，云计算则提供给了普通用户需要

8、的各种服务，如存储、计算、应用服务等，具有更宽泛的适用性。（）可扩展性：服务扩展能力有限，网格服务主要通过增加节点来扩展处理能力。云计算可根据需求，重新动态自动配置资源池，具有较好的扩展性。（）标准化：服务和网格技术经过不断的发展和成熟，在用户调用以及内部资源调用接口上，实现了较好的互操作性，而云计算由于本身发展的不完善性，在这方面还存在很多问题有待解决，制约了云计算的应用。（）节点操作系统：服务和网格各节点都采用相同的操作系统，而云计算则比较灵活，提供了多种操作系统的虚拟机，为上层的云计算应用服务。（）容错性：云计算在实现机制上采取了冗余的数据副本，保证了不必像服务和网格计算那样数据执行失效

9、后还需重新执行。表服务、网格、云计算的比较特征服务网格云计算异构性支持软件层次的异构性支持软件、硬件层次的异构性虚拟化无数据和计算资源虚拟化硬件、软件资源虚可扩展性可变可变，较好按需提供应用驱动调用其他系统特定的功能模块有限的科学计算服务提供普通用户硬件、存储、软件等服标准化比较完善比较完善有待解决节点操作系统相同的系统相同的系统多种操作系统的虚拟机容错性重新执行重新执行转移到其他节点继续行云计算的类型和框架云计算的类型从不同的角度有不同的划分，本节从地理位置部署的横向和云计算提供服务从底层到高层的纵向角度分类介绍各种云计算，结合典型的云计算服务平台，在表中总结比较各自的异同和特征，由此在图中

10、分析云计算框架的构成，讨论各层次需要构建的机制和实现方案。表代表性的云计算服务及平台比较属性 （）等类型_服务内容存储、计算、管理和应用服务程序运行和开发、部署系统平台应用和服务用户调用方式可靠的底层和命令行工具和命令行工具主要以简单的浏览器方式使用平台， ，平台，特征提供用户虚拟化的存储、处理、计算服务等基础设施资源和框架提供在云环境下的程序应用开发运行平台提供任何时间、地点的应用程序使用部署模式及语言自定义基于的亚马逊虚拟映象（）和语言，支持的语言无需部署，可以浏览器方式调用图云计算框架图从云计算部署的角度，云计算分为私有云、社区云、公共云和混合云。私有云被一个组织管理操作。社区云由多个组

11、织共同管理操作，具有一致的任务调度和安全策略。公共云由一个组织管理维护，提供对外的云服务，可以被公众所拥有。混合云是以上两种或两种以上云的组合。从云计算服务的角度，云计算服务类型可以分为基础设施即服务（）、平台即服务（）、软件即服务（）。（）在服务层次上是最底层服务，接近物理硬件资源，通过虚拟化的相关技术，为用户提供处理、存储、网络以及其他资源方面的服务，以便用户能够部署操作系统和运行软件。这一层典型的服务如亚马逊的弹性云（，）和的开源项目。与提供的云计算服务不同，只为在互联网上的应用提供云计算平台，开发人员无法在这个平台上工作，因此只能转而通过开源的软件支持来开发云计算应用。而给用户提供一个

12、虚拟的环境，使得可以基于虚拟的操作系统环境运行自身的应用程序。同时，用户可以创建亚马逊机器镜像（），镜像包括库文件、数据和环境配置，通过弹性计算云的网络界面去操作在云计算平台上运行的各个实例（），同时用户需要为相应的简单存储服务（）和网络流量付费。是一个开源的基于的分布式存储和计算的项目，其本身实现的是分布式文件系统（）以及计算框架。此外，包含一系列扩展项目，包括了分布式文件数据库（对应的）、分布式协同服务（对应的）等等。有一个单独的主节点，主要负责的目录管理（）以及作业在各个从节点的调度运行（）。（）是构建在基础设施即服务之上的服务，用户通过云服务提供的软件工具和开发语言，部署自己需要的软件

13、运行环境和配置。用户不必控制底层的网络、存储、操作系统等技术问题，底层服务对用户是透明的，这一层服务是软件的开发和运行环境。这一层服务是一个开发、托管网络应用程序的平台，代表性的有和。使用，用户将不再需要维护服务器，用户基于的基础设施上传、运行应用程序软件。目前，用户使用一定的资源是免费的，如果使用更多的带宽、存储空间等需要另外收取费用。提供一套使用或来方便用户编写可扩展的应用程序，但仅限范围的有限程序，现存很多应用程序还不能很方便地运行在上。构建在数据中心内，允许用户应用程序，同时提供了一套内置的有限，方便开发和部署应用程序。此平台包含在线服务、关系数据库服务、各式应用程序服务器服务等。（）

14、最上一层，该服务是前两层服务所开发的软件应用，不同用户以简单客户端的方式调用该层服务，例如以浏览器的方式调用服务。用户可以根据自己的实际需求，通过网络向提供商定制所需的应用软件服务，按服务多少和时间长短支付费用。最早提供该服务模式的是公司运行的客户关系管理系统（），它是在该公司的 平台下开发的，而的在线办公自软件，如文档、表格、幻灯片处理也是采用服务模式。云计算提供的不同层次服务使开发者、服务提供商、系统管理员和用户面临许多挑战。图对此做出归纳概述。底层的物理资源经过虚拟化转变为多个虚拟机，以资源池多重租赁的方式提供服务，提高了资源的效用。核心中间件起到任务调度、资源和安全管理、性能监控、计费

15、管理等作用。一方面，云计算服务中涉及到大量的调用第三方软件及框架和重要数据处理的操作，这需要有一套完善的机制，以保证云计算服务安全有效地运行；另一方面，虚拟化的资源池所_在的数据中心往往电力资源耗费巨大，解决这样的问题需要设计有效的资源调度策略和算法。在用户通过代理或者直接调用云计算服务的时候，需要和服务提供商之间建立服务等级协议（，），那么必然需要服务性能监控，以便设计出比较灵活的付费方式。此外，还需要设计便捷的应用接口，方便服务调用。而用户在调用中选择什么样的云计算服务，这就要设计合理的度量标准并建立一个全球云计算服务市场以供选择调用。相关工作本节主要阐述云计算最新研究进展，就云计算各个方

16、面的研究工作分类讨论并分析各个方向研究问题的相互关联，论述相关研究工作是关于哪种云计算服务类型以及涉及到框架中的哪些内容。表做了分类概括。表云计算相关研究对比研究方向研究内容所属服务类型涉及的框架部分性能优化研究执行过程中各因素的影响，找出优化方案任务调度、资源管理、性能监控测试测试云计算底层服务的运行错误并利用云计算服务资源对其他软件进行测试， 资源管理性能监控仿真云计算执行的仿真、模拟 主要框架内容网络安全云计算底层的网络架构、协议设计、存取控制等，底层网络、存储、用户管理、安全管理技术应用云计算和其他技术的结合，主要框架内容成本云计算服务资源使用计费、度量，计费管理（）性能优化这个子领域

17、的文献研究重点是优化层次的云计算服务的性能，文献围绕资源、用户数量、服务质量水平（）之间的相互关系展开，建立各个因素之间关系的云计算性能模型，为预测和优化云计算的性能问题提供了依据。文献从效用计算的视角分析不同负载的任务使用，提出了优化云计算性能的方法。文献另辟角度，讨论了云计算节点在异构环境下的执行性能问题及优化。以上可以看出，这些研究是希望完善云计算底层基础服务设施的性能，从而确保更高层次上云计算应用服务的质量。（）测试云计算测试包括两个层次的含义：第一种层次的含义指可以运用现有的云计算环境提供的服务资源，较为真实地产生模拟用户负载，进行快速、高效的负载、压力测试。这种测试是一种新型的软件

18、测试方式，是一种云计算技术的新应用，这种方式称为云测试。第二种层次的含义指对构建云计算基础设施服务以及上层云计算应用程序的测试。前者工业界推出云测试的工具，它可以支持本地和云端或者是两者皆可的测试方式，并且提供丰富的网络应用（，），极大地简化了测试流程，提高了测试效率。有些组织要求用户在本地用编写好自动化测试脚本，然后上传到网站的平台上运行脚本，实现了快速按需测试的目的。学术界从不同的侧面对云测试做了相关研究，文献利用云计算服务资源构建了网络管理系统的测试环境，有效地解决了大规模测试环境构建困难的问题，准确地测试了大规模网络管理系统的性能。后者的云计算测试，目前主要集中在对分布式基础设施服务（

19、）问题的性能测试研究，对于上层云计算应用程序测试有待进一步研究。_文献使用白盒度量的方法，分析从节点的日志文件，自动侦测的执行失效问题。文献在此基础上，从黑盒和白盒两个方面，更加完整地侦测的执行问题。文献引入了一种方法，即分解执行过程，通过日志文件从时间、容量、空间角度刻画云计算基础设施状态机模型的行为，反映出执行的控制流和数据流，推理执行过程中可能的性能问题。文献则是在上述研究的基础上，通过模拟常见错误（如瓶颈、网络连接不稳定、任务意外终止等），注入中观察其执行，来判定提出的方法在确定相关执行错误时的准确性，实验证明了方法的可行性。（）仿真云计算交付的是以网络为基础的可靠、可扩展的服务，同时

20、各种应用在不同的负载、规模、位置有不同的配置、部署和组合方式，并且对服务资源池有不同的调度和使用策略，要保证高质量的服务，就要对不同基础设施和服务进行度量、测试、评估，以确保满足一定服务等级协议（）的要求。在云计算基础设施服务搭建之前，有必要对其复杂的运行机制和管理进行仿真验证，以确保可行性。而在之后云计算基础设施服务使用的过程中，追踪和分析复杂的分布式云计算基础设施运行，是一件非常具有挑战性的问题，前面有些研究者对此进行了深入的研究，但是这些研究的前提是需要已经部署了相关的云计算的基础设施。而文献开发的云计算仿真软件，从仿真角度模拟云计算基础设施的运行调度机制。在构建云计算基础设施_服务之前，需要事先了解数据中心的可扩展性。文献中提出仿真工具，用以分析云计算数据中心的可扩展性和性能，以确保数据中心的可用性。文献针对开