Cloud computing云计算毕业论文
Cloud Computing
摘要
本文首先介绍了云计算的定义，产生的原动力，原理及特点，对云计算有
一个大致的了解。其次介绍了云计算的核心技术与服务模式，对云计算深层次
的了解。最后介绍了云计算的应用于信息安全，概述云计算的发展前景。
在文章的末尾给出了高性能计算和分布式计算，从侧面对云计算作进一步了
解。
关键词：核心技术 ，应用，信息安全，高性能计算，分布式计算
Abstract This paper firstly introduces the definition of computing clouds, produces
prime mover, principle and characteristics of cloud computing, a roughly understanding.
Secondly introduces cloud computing core technology and the service mode of cloud
computing, in-depth understanding. At last, the paper introduces the application of cloud
computing in information security, outlining computing clouds development prospects.
The end of the article gives the high performance computing and distributed
computing, from the side further understanding of cloud computing.
Keywords: core technology ,application, information security ,high performance
computing, distributed computing
目录
云计算 ............................................................... 1
第一章 云计算的综述 ................................................. 1
1.1云计算的定义 .............................................. 1
1.2云计算产生的原动力 ........................................ 1
1.3云计算的原理与特点 ........................................ 2
第二章 云计算的核心技术与服务模式 ................................... 3
2.1云计算的核心技术 .......................................... 3
2.2公众认可的云计算的三个服务模式 ............................ 4
第三章 云计算的应用与信息安全 ....................................... 5
3.1云计算的优势 .............................................. 5
3.2云计算的应用 .............................................. 6
3.3云计算的信息安全 .......................................... 8
第四章 相关概念 ..................................................... 10
4.1高性能计算 ............................................... 10
4.2分布式计算 ............................................... 11
第五章 总结和展望 .................................................. 13
参考文献 ............................................................ 14
致谢 ................................................................ 15
云计算
第一章 云计算的综述
1.1云计算的定义
云计算（Cloud Computing）是网格计算（Grid Computing ）、分布式计算
（Distributed Computing ）、并行计算（Parallel Computing ）、效用计算（Utility
Computing ）、网络存储（Network Storage Technologies）、虚拟化（Virtualization ）、
负载均衡（Load Balance）等传统计算机技术和网络技术发展融合的产物。 核心思
想是将大量用网络连接的计算资源统一管理和调度，构成一个计算资源池向用户按
需服务。
中国网格计算、云计算专家刘鹏教授对云计算做了长短两种定义。
长定义是：“云计算是一种商业计算模型。它将计算任务分布在大量计算机构
成的资源池上，使各种应用系统能够根据需要获取计算力、存储空间和信息服务。”
短定义是：“云计算是通过网络按需提供可动态伸缩的廉价计算服务。”
提供资源的网络被称为“云”。“云”中的资源在使用者看来是可以无限扩展的，并
且可以随时获取，按需使用，随时扩展，按使用付费。
1.2云计算产生的原动力
第一是芯片和硬件技术的飞速发展，使得硬件能力大大提高、成本大幅下降，
让独立运作的公司集中有限的的硬件能力实现规模效益成为可能。
第二是虚拟化技术的成熟，使得硬件资源可以被有限小的分割和管理，以服务
的形式提供硬件和软件资源成为可能。
第三是面向服务架构的广泛应用，使得开放式的数据模型和通信标准越来越多
地为人们使用，为云中资源与服务的组织方式提供了可行的方案。
第四是软件即服务模式的流行，云计算以服务的形式向最终用户交付应用的模
式被越来越多的用户所接受。
第五是互联网技术的快速发展，使网络的带宽和可靠性都有了质的提升，以及
云计算通过互联网为用户提供服务成为可能。
第六是Web 2.0技术的流行和广泛接受，带来人们使用互联网的方式的改变，
通过新的用户体验为云计算培育了使用群。
1.3云计算的原理与特点
云计算的基本原理是，通过使计算分布在大量的分布式计算机上，而非本地计
算机或远程服务器中，企业数据中心的运行将更与互联网相似。这使得企业能够将
资源切换到需要的应用上，根据需求访问计算机和存储系统。
云计算的特点：
1) 数据安全可靠
首先，云计算的数据存储中心是最可靠、最安全的，用户无需担心数据丢失、
病毒入侵等问题。
2) 客户端需求低
其次，云计算对用户端的设备要求最低，使用起来也更方便。
3) 轻松共享数据
此外，不同设备间的数据与应用共享可以通过云计算实现。
4) 可能无限多
最后，云计算为我们使用网络提供了几乎无限多的可能
第二章 云计算的核心技术与服务模式
2.1云计算的核心技术
云计算系统运用了许多技术，其中以编程模型、数据管理技术、数据存储技术、
虚拟化技术、云计算平台管理技术最为关键。
（1）编程模型
MapReduce 是一种java 、Python 、C++编程模型，由Google 开发的。它是一种
简化的分布式编程模型和高效的任务调度模型，用于大规模数据集（大于1TB ）的
并行运算。严格的编程模型使云计算环境下的编程十分简单。它的思想是将问题分
解成Map (映射) 和Reduce (化简) 的方式，先通过Map 程序将数据划分为不相关的
区块，分配（调度）给大量计算机处理，达到分布式运算的效果，结果由Reduce
程序汇整输出。
（2）海量数据分布存储技术
云计算系统由大量服务器组成，服务于大量用户。云计算系统采用分布式存储
数据，用冗余存储保证数据的可靠性。云计算系统大量使用的数据存储系统有两个，
一个是Goggle 的GFS ，一个是Hadn't 团队开发的GFS 的开源实现HDFS 。
GFS 即文件系统（Goggle File System），是一个可扩展的分布式文件系统。用
于大型、分布式、对大量数据访问的应用，是针对大规模数据处理和Goggle 应用
特性而设计的。它运行于廉价的普通硬件上但可以提供容错功能，它给用户提供总
体性较高的服务。
（3）海量数据管理技术
云计算需要对分布的、海量的数据进行处理、分析，所以数据管理技术必需能
够高效管理大量数据。数据管理技术主要是Google 的BT(BigTable)数据管理技术，
另一个是Hadoop 团队开发的开源数据管理模块HBase 。
BT 是建立在GFS, Scheduler, Lock Service和MapReduce 之上的一个大型的分布式
数据库。它把所有数据都作为对象来处理，形成表格用来分布存储大规模结构化数
据。
（4）虚拟化技术
软件应用与底层硬件相隔离可通过虚拟化技术实现，它有裂分和聚合两种模
式。虚拟化技术根据对象可分成存储虚拟化、计算虚拟化、网络虚拟化等。计算虚
拟化又分为系统级虚拟化、应用级虚拟化和桌面虚拟化。
（5）云计算平台管理技术
云计算资源庞大，服务器数量多且分布在不同的地方，百种应用同时运行。怎
样高效的管理这么多的服务器及确保整个系统服务不间断是巨大的挑战。
云计算系统的平台管理技术能够使服务器协同工作，快速的进行业务部署和开通，
及时发现和恢复系统故障。大规模系统的可靠运营通过自动化、智能化的手段实现。
2.2公众认可的云计算的三个服务模式
1、IaaS(Infrastructure-as-a- Service)
IaaS(Infrastructure-as-a- Service)：基础设施即服务。消费者通过Internet 可以从
完善的计算机基础设施获得服务。
2、PaaS(Platform-as-a- Service)
PaaS(Platform-as-a- Service)：平台即服务。PaaS 实际上是指将软件研发的平台
作为一种服务，以SaaS 的模式提交给用户。
3、SaaS(Software-as-a- Service)
SaaS(Software-as-a- Service)：软件即服务。它由Internet 提供软件，用户无需
购买软件，而是租用基于Web 的软件，来管理企业经营活动。SaaS 有较低的前期
成本，便于维护，快速展开使用等优势。比如红麦软件的舆情监测系统。
第三章 云计算的应用与信息安全
3.1云计算的优势
云计算是互联网时代提出的最新IT 运用模式，因为拥有其独特的优势，所以
能在IT 这个高速发展的产业里占据一席之地。下面会从商业到技术的顺序，首先
在IT 产业的层面，从优化产业布局和推进专业分工的方面分析云计算的优势，其
次深入到云计算的运行和维护，从提升资源效率、减少投资、降低管理成本的角度
分析云计算的本质优势。
（1）优化产业布局
在云计算时代，IT 产业从以前自给自足的作坊模式，转型为具有规模化效应
的工业化运营，一些小规模的单个公司专有的数据中心将被淘汰，取而代之的是规
模巨大而且充分考虑资源合理配置的大规模数据中心。这种转变就是IT 产业的一
次升级，从以前分散的、高耗能的模式转变为集中的、资源友好的模式，体现了历
史发展的潮流。
（2）推进专业分工
云计算提供商多数采用大型数据中心，其充分利用选址灵活的优势合理配置资
源，还拥有实力雄厚的科研技术团队和丰富的维护管理经验，这些充分体现了专业
分工的优势。
除了硬件上更加专业外，云计算提供商还拥有更加完善的软件，包括具有丰富知识
和经验的管理团队及与其配套的管理软件。
（3）提升资源利用率
传统数据中心不能兼顾业务的可用性和高效的资源利用，只能需找一个平衡
点。而云计算模式下，高科技企业、传统行业甚至是互联网公司的IT 业务都可外
包给专业的云计算提供商，从而可以兼顾业务和资源。
（4）减少初期投资
云计算为用户减少IT 成本表现在两个方面：第一，用户不再需要巨大的一次
性IT 投资，省去了购置、安装、管理软硬件的费用，因为这些IT 基础设施可以从
云计算供应商那里租用，从而有效地避免了财务危机; 第二，用户在使用IT 资源时，
可按照实际使用量付费。
（5）降低运营成本 减少初期投资降低了云计算IT 的使用门槛，更重要的是云计算平台还可实现用户
应用的自动化管理。云计算的出现使用户在应用的运用和管理方面获得更高的灵活
性和自动化。
（6）产生新创价值
云计算作为一种革命性的信息产业浪潮，形成了新的业务价值链，加快了跨领
域的创新协作，产生了更高的价值。在云计算推动的新价值链的形成过程中，同时
带来了更多的就业机会，以及与其相关的产业和服务。
3.2云计算的应用
游戏市场
由于至今X360仍然在使用LIVE ，PS 是PS NETWORK ，wii 是wi-fi ，云计
算还没有成为家用机和掌机界的联网模式。但是云计算取代这些东西成为其网络发
展的终极方向的可能性非常大。
如果这种构想能够成为现实，那么主机厂商将变成网络运营商，他们只需要拿
新主机研发费用的很小一部分去升级自己的服务器就行了，但效果却是相差无几
的，与此同时用户也得到的确是顶尖的游戏画面（当然对于视频输出方面的硬件必
须过硬。）。一台掌机和一台家用机拥有同样的画面，家用机和我们今天用的机顶盒
一样简单，甚至家用机可以取代电视的机顶盒而成为次时代的电视收看方式，这将
是电子时代最大的变革之一。
Amazon
Amazon 以在线书店和电子零售业起家，它最新的业务却与云计算有关。亚马
逊的云名为亚马逊网络服务（Amazon WebServices，AWS ），目前主要由4块核心
服务组成：简单存储服务（Simple StorageService，S3）；弹性计算云（Elastic Compute
Cloud ，EC2）；简单排列服务（Simple QueuingService）以及尚处于测试阶段的
SimpleDB 。换句话说，亚马逊现在提供的是可以通过网络访问的存储、计算机处
理、信息排队和数据库管理系统接入式服务。
围绕因特网搜索创建了一种超动力商业模式。如今，他们又以应用托管、企业
搜索以及其他更多形式向企业开放了他们的“云”。
2010年4月，谷歌推出了谷歌应用软件引擎（Google AppEngine，GAE ）， 这种服务让开发人员可以编译基于Python 的应用程序，并可免费使用谷歌的基础设施来进行托管（最高存储空间达500MB ）。对于超过此上限的存储空间，按一定的标准进行收费。现在谷歌还公布了提供可由企业自定义的托管企业搜索服务计划。
Salesforce
Salesforce 是软件即服务厂商的先驱，它一开始提供的是可通过网络访问的销售力量自动化应用软件。Salesforce 的下一目标是：平台即服务（shijiexuexi ），包括关系数据库、用户界面选项、企业逻辑以及一个名为Apex 的集成开发环境，可作为其他企业自身软件服务的基础。程序员可以在平台的Sandbox 上对他们利用Apex 开发出的应用软件进行测试，然后在Salesforce 的AppExchange 目录上提交完成后的代码。
Microsoft
微软并不认为未来绝大部分的IT 资源都将来自云计算，微软首席软件架构师（CSA ）雷 奥兹（RayOzzie ）表示，微软的宏伟计划是“提供均衡搭配的企业级软件、合作伙伴托管服务以及云服务”，又称为“软件加服务 ”（software plus services ）。
微软将在今年推出的首批软件即服务产品包括Dynamics CRM Online、
Exchange Online、OfficeCommunications Online以及SharePointOnline 。每种产品都具有多客户共享版本，其主要服务对象是中小型企业。单客户版本的授权费用在5,000美元以上。针对普通用户，微软的在线服务还包括Windows Live、Office Live和Xbox Live等。
中国移动
云计算作为中国移动蓝海战略的一个重要部分，于2007年由移动研究院组织力量，联合中科院计算所，着手起步了一个叫做“大云”的项目。
中移动的大云建设包括两个方向：一是基础架构建设，二是平台及服务的建设。在此基础上中国移动将推出“软件即服务”，以减少中小企业IT 投入成本和IT 运营复杂性，同时提供办公自动化解决方案。
大云1.0版于2010年正式发布。以此为基础，中国移动将逐步展开云计算的商业化步伐。
Giwell
Giwell 是国内首个通讯计算云平台，是天地网联科技有限公司研发的新一代云
计算平台。
因为云计算是新技术，所以其发展也面临一些问题：
数据隐私问题：为保证数据隐私，不被非法利用，需要技术的改进和法律的进
一步完善。
数据安全性：企业商业机密的数据安全性关系到企业的生存和发展。云计算数
据的安全性问题解决不了会影响其在企业中应用。
用户使用习惯：使用户适应网络化的软硬件应用是长期而艰巨的任务。
网络传输问题：云计算服务依赖网络，目前的网络状况限制了云计算的发展
3.3云计算的信息安全
信息安全产业并不是一个独立的产业，而是和其他产业共生共存、互相制约、
互相促进的。在我国“十二五”规划对整个信息安全产业来讲是一个升级、跨越的
机遇，同时，对信息安全机构的要求也越来越高。
云计算环境下的信息安全
1）云计算环境具有多个级别安全域，每个安全域要有全局和局部主体映射；
位于不同安全域之间操作必须相互鉴别；
2）认证需求：提供完整单点登录认证，代理、协同认证和资源认证，不同安
全域之间认证等复杂方式，满足用户动态性要求；
3）通信安全：通过SSL,VPN,PPTP 等安全方式，保护用户的连接安全；
4）授权安全：服务的所有者、代理、用户之间存在多种授权方式；
5）数据安全保证：根据不同用户的服务质量要求，对于数据存放机密性、完
整性提供不同保护，同时提高可用性；
6）政府建立第三方监管机构，确保云计算环境安全、稳定运行；
7）立法：云计算环境作为国家IT 基础设施重要环节，必须有相关法律来保护
它。
云计算环境下提高信息安全的准则和方法：
虽然有上述的安全策略，但云计算的特点决定了现有的安全技术很难解决其安全问题，又由于其诸多的优点，很多企业和个人又加入到云计算中。在决定是否使用云计算的时候必须基于这些标准：
1）安全：客户或企业数据的机密性有多重要？提供商是否支持相应的安全等级？提供商和你的安全模式能不能很好的匹配？
2）成本：公司必须对每月的租金与自己管理所需的费用进行比较。一些公司可能不久就会打到手机平衡。
3）容量和服务等级协议（SLA’S）：提供商有没有足够的容量为你的公司提供相应的服务等级？如果你的增长要求超出了原有协议会不会向你收罚金？如果提供商没有达到SLA 标准，将怎么处理？
4）备份计划：可能某处的光纤电缆被切断，如果你和提供上失去联系，会发生什么事情？你将如何计划和实时备份方案？
5）灾难恢复：如果你或你的提供商遇到了灾难将会发生什么？
6）控制：你的公司是否需要控算一般应用于对计算性能要求极高的领域，比如军事、能源勘探、生物、医 并行计算(Parallel Computing) 是
将一同构单元通过通信和协作来地解制软件版本？谁获得了什么？什么时候？
7）计划B ：如何处理交给内部做或者转换到另外一个提供商，对这种可能性加以考虑，再早不为过。
在使用过程中可以使用下列方法：采用加密技术、选择信誉好的运营服务提供商、考虑商业模式和使用滤器来提高信息的安全性。
第四章 相关概念
4.1高性能计算
并行计算是将问题分解，分别在并行计算机上同时执行，以此达到快速解决复杂运算问题的目的。并行计算一般应用于诸如军事、能源勘探、生物、医疗等对计算性能要求极高的领域，因此也被称为高性能计算(High Performance Computing) 或超级计算(Super Computing)。高性能计算机是同构处理单元的集合，解决大规模计算问题。常见的并行计算机系统结构包括共享存储的对称多处理器(SMP) 、分布式存储的大规模并行机(MPP ) 和松散耦合的分布式工作站集群(COW ) 等。并行程序的计算需要特殊的算法，编写并行程序需要考虑很多其他程序无需考虑的问题，例如各个程序之间任务分配，运行的相互协作等。
并行计算机是云环境的重要组成部分，与云计算的思想类似，现在世界各国为服务于该区域内有并行计算需求的用户已经集中建立了若干超级计算中心，以分担成本的方式进行付费。但是，云计算又有其独特的特性。首先，并行计算的每个编程范例是针对单个大型计算任务或者运行某些特定应用，而云计算是一个提供如何为数以千万计的不同种类应用提供高质量的服务环境，以及如何提高这个环境对用户需求的响应。一般来说，云计算对用户的编程模型和应用类型等没有特殊限定，用户可以更方便的把他们的各类企业和个人应用迁移到云计算环境中。其次，在并行计算中，计算资源往往比较集中。云计算的用户通过互联网使用云服务。云计算利用虚拟化进行大规模的系统资源抽象和管理。云计算的资源的分布广泛，它不再局限于某个数据中心，而是扩展到了多个不同的地理位置。虚拟化技术使云计算中的资源利用率得到有效的提升。互联网技术和信息产业蓬勃发展产生了云计算，其改变了传统的、面向任务的单一计算模式，转向现代的、面向服务的多元计算模式。 从高性能计算到云计算：
对于企业用户来说，有三种主要的途径实现从客户/服务器基础架构转向云计算，也是被实践证明是最有效的。
从虚拟机到云——对于已经在虚拟机上安装应用程序的用户来说，将虚拟服务器联合起来，形成可管理的虚拟机集群。虚拟化管理平台随着虚拟机集群数量的激增和资源共享的需求的增加而产生，其自动调配虚拟机和跨虚拟机集群的计算资源，形成了由企业内部IT 部门来运营的私有云。
从网格到云——网格已经在一些企业中运行，由IT 人员管理，通常是计算密集型或数据密集型的应用共享来共享这些资源。虚拟技术因为每个应用程序都很易消耗一台服务器上所有资源，所以不应用与网格中。多台服务器一起使用以运行并行应用程序，而且通过部署云管理软件，网格就可以扩大应用范围，以支持更多类型的应用程序。采用虚拟化技术和资源配置将企业网变成私有网。
从桌面到云计算——应用程序可以从专业服务器移到共享基础结构上，并从客户端进行访问。
4.2分布式计算
广义定义:分布式计算是一门研究如何把一个需要非常巨大的计算能力才能解决的问题分成许多小的部分，然后把这些部分分配给许多计算机进行处理，最后把这些计算结果综合起来得到最终的结果的计算机科学。
中国科学技术信息研究所的定义
所谓分布式计算就是在两个或多个软件互相共享信息，这些软件既可以在同一台计算机上运行，也可以在通过网络连接起来的多台计算机上运行。其优点是：
1、稀有资源可以共享。
2、通过分布式计算可以在多台计算机上平衡计算负载。
3、可以把程序放在最适合运行它的计算机上。
其中，共享稀有资源和平衡负载是计算机分布式计算的核心思想之一。
网格计算(Grid Computing) 是一种分布式计算模式。网格计算技术将分散在网络中的空闲服务器、存储系统和网络连接在一起，形成一个整合系统，为用户提供功能强大的计算及存储能力来处理特定的任务。其本质是高效管理各种加入该分布式系统的异构松耦合资源，以任务调度来协调资源，合作完成一项特定的计算任务。用户自己的网格系统是基于某个网格框架来构建并对其进行管理，执行计算任务。而云计算的用户只需要使用云中的资源，系统资源的管理和整合由云提供者进行处理，用户看到的是一个逻辑上单一的整体。因此，两者在资源的所属关系上存在着较大差异，网格计算中是多个零散资源为单个任务提供运行环境，而云计算中是单个整合资源为多个用户提供服务。
并行处理系统依靠多个功能部件或处理机同时工作来提高系统性能或可靠性的计算机系统。并行处理系统至少包含指令级或指令级以上的并行。
广义上分布式处理是一种并行处理形式，而分布式处理系统将不同地点的或具有不同功能的或拥有不同数据的多台计算机用通信网络连接起来。分布式处理系统是在控制系统的统一管理控制下，协调地完成信息处理任务的计算机系统。一般认为，集中在同一个机柜内或同一个地点的紧密耦合多处理机系统或大规模并行处理系统是并行处理系统，而用局域网或广域网连接的计算机系统是分布式处理系统。松散耦合并行计算机中的并行操作系统有时也称为分布式处理系统。
硬件，控制系统，接口系统，数据，应用程序和人是分布式处理系统的六个要素，而且控制系统中包含了分布式操作系统，分布式数据库以及通信协议等。
分布式计算环境是在具有多地址空间的多计算机系统上进行计算和信息处理的软件环境。分布式软件系统支持分布式处理，包括分布式操作系统，分布式程序设计语言及其编译系统，分布式文件系统和分布式数据库系统等。
第五章 总结和展望
云计算是一种美丽的网络应用模式，是指服务的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需的服务，用户能够在不用任何硬件投入的基础上获得所需的资源，只需按实际使用付费。这种服务可以是IT 和软件、互联网相关的，也可以是任意其他的服务，它具有超大规模、虚拟化、可靠安全等独特功效。 现在的社会是一个要求信息安全越来越高，各种资源利用率越来越高的社会。云计算顺应了时代的发展，是未来网络发展的方向。云计算将使未来发展的脚步加快，资源得到更加充分的利用与共享。我们将迎来一个更透明的，信息更加充足的世界。
参考文献 【1】刘鹏 《云计算》 电子工业出版社 2010年03月
【2】《虚拟化与云计算》小组 《云计算实践之道：战略蓝图与技术架构》 2011年01月20日
【3】赛迪网 《云计算技术的产生、概念、原理、应用和前景》
致谢
四年的读书生活在这个季节即将划上一个句号，而于我的人生却只是一个逗号，我将面对又一次征程的开始。四年的求学生涯在师长、亲友的大力支持下，走得辛苦却也收获满囊，在论文即将付梓之际，思绪万千，心情久久不能平静。 伟人、名人为我所崇拜，可是我更急切地要把我的敬意和赞美献给一位平凡的人，我的导师——江成顺。我不是您最出色的学生，而您却是我最尊敬的老师。您治学严谨，学识渊博，思想深邃，视野雄阔，为我营造了一种良好的精神氛围。授人以鱼不如授人以渔，置身其间，耳濡目染，潜移默化，使我不仅接受了全新的思想观念，树立了宏伟的学术目标，领会了基本的思考方式，在论文的写作过程中，经由您悉心的点拨, 再经思考后的领悟, 常常让我有“山重水复疑无路, 柳暗花明又一村”。
感谢我的爸爸妈妈，焉得谖草，言树之背，养育之恩，无以回报，你们永远健康快乐是我最大的心愿。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚谢意！
同时也感谢学院为我提供良好的做毕业设计的环境。
最后再一次感谢所有在毕业设计中曾经帮助过我的良师益友和同学，以及在设计中被我引用或参考的论著的作者。