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篇1

關(guān)鍵詞： 云計(jì)算； 結(jié)構(gòu)； 虛擬化； Web服務(wù)

中圖分類號(hào)： TN911?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2013）12?0067?04

0 引 言

自計(jì)算機(jī)問(wèn)世之日起，人們對(duì)計(jì)算機(jī)資源日益增長(zhǎng)的需求促進(jìn)了計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展。20世紀(jì)中葉起，對(duì)于在科學(xué)計(jì)算、系統(tǒng)仿真等領(lǐng)域需要處理大規(guī)模、海量數(shù)據(jù)的問(wèn)題，往往通過(guò)增加投入來(lái)提升計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能的解決方案，相應(yīng)出現(xiàn)了分布式系統(tǒng)、并行計(jì)算等。在90年代互聯(lián)網(wǎng)背景下，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)從外部獲取計(jì)算能力、存儲(chǔ)等資源已成為學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界所共識(shí)的解決途徑，出現(xiàn)了網(wǎng)格計(jì)算技術(shù)。近年來(lái)在全球化浪潮下，隨著計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在工業(yè)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、商業(yè)物流等領(lǐng)域更進(jìn)一步的應(yīng)用，云計(jì)算成為當(dāng)前信息技術(shù)領(lǐng)域的熱點(diǎn)話題之一[1]，它體現(xiàn)了“網(wǎng)絡(luò)即計(jì)算機(jī)”的思想，以便利、經(jīng)濟(jì)、高可擴(kuò)展性等優(yōu)勢(shì)成為學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界和政府機(jī)構(gòu)等各界關(guān)注的焦點(diǎn)，被認(rèn)為是互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)后又一個(gè)重要的IT產(chǎn)業(yè)增長(zhǎng)點(diǎn)，具有巨大的市場(chǎng)增長(zhǎng)前景，IDC預(yù)測(cè)在2015年云計(jì)算產(chǎn)業(yè)規(guī)模將達(dá)到729億美元[2]。

1 云計(jì)算簡(jiǎn)介

1.1 云計(jì)算的定義

從不同的應(yīng)用角度出發(fā)，業(yè)界對(duì)云計(jì)算的定義有不同的認(rèn)識(shí)，目前普遍接受的是美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）對(duì)云計(jì)算的定義[3]：云計(jì)算是一種模式，能以便利的、按需方式通過(guò)網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)的可配置計(jì)算資源池（如網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、存儲(chǔ)器、應(yīng)用和服務(wù)），這些資源只需要極少的管理成本或干預(yù)，就可以快速部署與。

雖然用戶都是通過(guò)終端使用計(jì)算機(jī)資源，但云計(jì)算通過(guò)更靈活的方式為用戶提供服務(wù)，如云終端除計(jì)算機(jī)設(shè)備之外，也可以是PDA、智能手機(jī)等智能終端；整個(gè)網(wǎng)絡(luò)虛擬為一個(gè)大型計(jì)算機(jī)，網(wǎng)絡(luò)上的服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)、應(yīng)用服務(wù)、儀器設(shè)備組成資源云；云終端與資源云的通信鏈路可以是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，也可以是移動(dòng)數(shù)字通信鏈路。

私有云為特定組織內(nèi)的用戶提供服務(wù)，數(shù)據(jù)與程序都在組織內(nèi)部管理。私有云可以大大提高系統(tǒng)的安全性，而且服務(wù)提供商可以更好地掌控基礎(chǔ)設(shè)備的架構(gòu)，但所能使用的用戶也受到一定限制。

在混合部署模式中，用戶往往是將關(guān)鍵數(shù)據(jù)或信息放置于私有云中，將非關(guān)鍵的服務(wù)外包給公共云服務(wù)提供商，放置在公共云上處理，這種方式是目前情況下較好的解決方案。

2 云計(jì)算的層次體系與特征

2.1 云計(jì)算的層次體系

2.2 云計(jì)算系統(tǒng)的特征

從作用角度看，云計(jì)算系統(tǒng)具有以下幾個(gè)外部特征：

隨時(shí)隨地任何網(wǎng)絡(luò)接入。即云終端設(shè)備不只局限于工作站、便攜電腦等計(jì)算機(jī)終端，也可以是智能手機(jī)、手持設(shè)備等。只要用戶設(shè)備可以連接網(wǎng)絡(luò)都可以獲得云計(jì)算服務(wù)。

隨需定制自助服務(wù)。用戶可以根據(jù)自身的需求獲得云計(jì)算中的資源，且在服務(wù)定制過(guò)程不需要與服務(wù)提供商進(jìn)行人工交互。

共享資源池。云計(jì)算系統(tǒng)中所有資源都被整合成一個(gè)動(dòng)態(tài)資源池，以多租戶模式提供給所有客戶?？蛻粢话悴恍枰私赓Y源的物理位置，但需要時(shí)也可以指定特定資源。

快速?gòu)椥圆渴?。云?jì)算服務(wù)可以快速、彈性地提供服務(wù)，即可以快速擴(kuò)展也可以快速釋放，對(duì)于用戶而言可以在任何時(shí)間購(gòu)買任何數(shù)量的資源。

可監(jiān)測(cè)與計(jì)量的服務(wù)。通過(guò)服務(wù)監(jiān)測(cè)可以優(yōu)化資源的使用，通過(guò)對(duì)資源使用情況的計(jì)量可以進(jìn)行服務(wù)定價(jià)與收費(fèi)。

3 云計(jì)算的關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展現(xiàn)狀

3.1 虛擬化技術(shù)

“虛擬化”是IBM提出的應(yīng)用于計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的概念，其目的是通過(guò)虛擬機(jī)讓更多的操作人員借助終端設(shè)備使用計(jì)算系統(tǒng)，以充分利用相對(duì)昂貴的硬件資源，在實(shí)際發(fā)展過(guò)程中虛擬化技術(shù)有很多種定義。虛擬化技術(shù)使得共享底層結(jié)構(gòu)下的分布式虛擬環(huán)境成為可能。目前，虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了資源的邏輯抽象和統(tǒng)一表示，是實(shí)現(xiàn)云計(jì)算的關(guān)鍵。虛擬化技術(shù)不僅消除了大規(guī)模異構(gòu)服務(wù)器的差異化，而且借助虛擬化技術(shù)的伸縮性和靈活性，可大大降低云計(jì)算系統(tǒng)管理的復(fù)雜度，提高資源利用率，從而有效地控制成本，提高運(yùn)營(yíng)效率。IBM采用“藍(lán)云”計(jì)算平臺(tái)硬件級(jí)別虛擬化和開(kāi)源軟件虛擬化兩個(gè)級(jí)別的虛擬化[5]。

目前虛擬化技術(shù)的研究主要是針對(duì)小規(guī)模少量請(qǐng)求服務(wù)系統(tǒng)展開(kāi)，結(jié)合SOA服務(wù)和大規(guī)模并發(fā)服務(wù)情況的研究還需要加強(qiáng)，同時(shí)虛擬化技術(shù)也會(huì)相應(yīng)地引入一系列安全性問(wèn)題。

3.2 面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)

SOA是為了解決信孤島和遺留系統(tǒng)問(wèn)題，滿足Internet環(huán)境下業(yè)務(wù)集成的需求，通過(guò)連接能完成特定任務(wù)的獨(dú)立功能實(shí)體的軟件系統(tǒng)架構(gòu)[6]。對(duì)于SOA與云計(jì)算是競(jìng)爭(zhēng)還是互補(bǔ)融合的關(guān)系，業(yè)界也有不同的看法，但從本質(zhì)上看，SOA和云計(jì)算都是圍繞服務(wù)而展開(kāi)，只是二者對(duì)于服務(wù)的定義及范疇有所不同。SOA將應(yīng)用程序的不同功能單元通過(guò)定義良好的接口聯(lián)系起來(lái)。接口采用中立的方式進(jìn)行定義的，它獨(dú)立于實(shí)現(xiàn)服務(wù)的硬件平臺(tái)、操作系統(tǒng)和編程語(yǔ)言。這使得構(gòu)建在各種這樣系統(tǒng)中的服務(wù)可以以統(tǒng)一和通用的方式進(jìn)行交互，云計(jì)算服務(wù)的快速?gòu)椥圆渴痣x不開(kāi)SOA的支撐。

但目前SOA的服務(wù)基本是以軟件領(lǐng)域?yàn)橹?，將所提供的服?wù)進(jìn)行包裝、組合，按一定流程運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生新的功能。而云計(jì)算認(rèn)為所有的資源都是服務(wù)，除軟件服務(wù)之外，還有硬件、平臺(tái)服務(wù)等，SOA還需要更好地結(jié)合到云計(jì)算的應(yīng)用模式中。

3.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理技術(shù)

云計(jì)算中的數(shù)據(jù)具有海量、異構(gòu)、非確定性等特征[7]，同時(shí)云計(jì)算系統(tǒng)往往需要同時(shí)滿足大批量用戶的服務(wù)需求。因此，云計(jì)算系統(tǒng)需要采用有效的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，其數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)必須具有高吞吐率、高傳輸率、高可擴(kuò)展性、高可靠性等特點(diǎn)。同時(shí)還需要考慮數(shù)據(jù)快速定位、數(shù)據(jù)安全性以及底層存儲(chǔ)設(shè)備的存儲(chǔ)量均衡等。

目前云計(jì)算的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理技術(shù)主要有Google的GFS（Google File System）[8]，Amazon的Dynamo[9]，HDFS（Hadoop Distributed File System）[10]和BigTable[11]。包括Intel，Yahoo等大部分IT廠商的云計(jì)劃項(xiàng)目中都采用HDFS數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)。

以上這些技術(shù)從數(shù)據(jù)組織、數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)的分布式并行處理、數(shù)據(jù)分析等方面進(jìn)行了研究，但隨著新的應(yīng)用場(chǎng)景不斷出現(xiàn)，使得云計(jì)算系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理和存儲(chǔ)方面不斷面臨新的挑戰(zhàn)。

3.4 編程模型

為了實(shí)現(xiàn)服務(wù)的快速?gòu)椥圆渴?，云?jì)算平臺(tái)上的編程模型必須簡(jiǎn)單，以保證后臺(tái)復(fù)雜的并行執(zhí)行和任務(wù)調(diào)度向用戶和編程人員透明。目前云計(jì)算系統(tǒng)流行的編程模式有MapReduce[12] ，Dryad等。MapReduce的思想是通過(guò)“Map”函數(shù)將任務(wù)進(jìn)行分解并分配，通過(guò)“Reduce”函數(shù)將結(jié)果歸約匯總輸出。Hadoop是MapReduce的開(kāi)源實(shí)現(xiàn)，目前已得到Y(jié)ahoo，F(xiàn)acebook和IBM等公司的支持。Dryad是Microsoft于2010年底的分布式并行處理編程系統(tǒng)。它將一個(gè)應(yīng)用程序表示成一個(gè)有向無(wú)環(huán)圖（GAG），頂點(diǎn)表示計(jì)算，頂點(diǎn)之間的邊表示用來(lái)傳輸數(shù)據(jù)的通道，可以采用文件、共享內(nèi)存的FIFO或TCP管道等傳輸機(jī)制。Dryad可以使開(kāi)發(fā)人員在Windows或.NET平臺(tái)上編寫(xiě)大規(guī)模的并行應(yīng)用程序，也可將單機(jī)上完成的程序移植到并行計(jì)算系統(tǒng)上。

4 云計(jì)算面臨的問(wèn)題

云計(jì)算作為新興的計(jì)算模型正方興未艾，但云計(jì)算并不是對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的簡(jiǎn)單重組，要真正實(shí)現(xiàn)NIST所定義的云計(jì)算系統(tǒng)還需要解決諸多問(wèn)題。

首先是云計(jì)算的內(nèi)涵問(wèn)題。SaaS，PaaS，IaaS等3個(gè)層次的劃分只是對(duì)云計(jì)算的初步認(rèn)識(shí)，云計(jì)算的內(nèi)涵組成和外延發(fā)展等還存在多種解讀，給云計(jì)算的具體實(shí)現(xiàn)和未來(lái)發(fā)展帶來(lái)不確定性。

在云計(jì)算系統(tǒng)的管理方面，必須考慮云系統(tǒng)之間的互操作性，為實(shí)現(xiàn)云系統(tǒng)之間的自動(dòng)交互，必須能夠提供跨云的管理策略。

安全性是云計(jì)算系統(tǒng)面臨的另一重要問(wèn)題。用戶存儲(chǔ)在云中的數(shù)據(jù)安全和隱私問(wèn)題必須得到保證，虛擬化雖然可以使云計(jì)算更易于管理，但也使得系統(tǒng)的安全問(wèn)題變得更為復(fù)雜。另外，服務(wù)質(zhì)量（QoS）是云計(jì)算繞不開(kāi)的另一問(wèn)題，如大量遠(yuǎn)程用戶使用數(shù)據(jù)密集型或交互式服務(wù)時(shí)服務(wù)延遲，服務(wù)失效時(shí)的重新部署或動(dòng)態(tài)遷移等，只有QoS得到保證，云計(jì)算才存在需求和發(fā)展空間。服務(wù)定價(jià)機(jī)制也是云計(jì)算系統(tǒng)面臨的另一個(gè)挑戰(zhàn)，也是云計(jì)算系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的前提，合理的定價(jià)機(jī)制才可以促使用戶合理地使用資源，提高系統(tǒng)的利用率。

5 結(jié) 語(yǔ)

云計(jì)算具有廣闊的應(yīng)用空間和發(fā)展前景，相關(guān)的各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)也在迅速發(fā)展中。本文介紹了云計(jì)算的概念，分析了層次體系，對(duì)實(shí)現(xiàn)云計(jì)算的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行闡述，對(duì)主流技術(shù)的特點(diǎn)進(jìn)行分析。但云計(jì)算在系統(tǒng)安全性、服務(wù)質(zhì)量、定價(jià)機(jī)制等方面還存在諸多問(wèn)題，需要進(jìn)一步深入研究。

參考文獻(xiàn)

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篇2

關(guān)鍵詞:云計(jì)算;數(shù)字資源;虛擬化;共享;分布式計(jì)算;并行計(jì)算

目前云計(jì)算沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的定義。大家普遍認(rèn)可云計(jì)算是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算模式,也是IT技術(shù)和應(yīng)用實(shí)踐長(zhǎng)期演變的產(chǎn)物,是并行計(jì)算、分布式計(jì)算和網(wǎng)格計(jì)算的新發(fā)展,是IT基礎(chǔ)架構(gòu)管理的方法論[1]。

從應(yīng)用的角度來(lái)看,云計(jì)算通過(guò)虛擬化等技術(shù)動(dòng)態(tài)整合、共享軟硬件資源實(shí)現(xiàn)投入產(chǎn)出效能最大化的解決方案,利用信息服務(wù)自動(dòng)化技術(shù),將云系統(tǒng)中的基礎(chǔ)設(shè)施、平臺(tái)及軟件均以服務(wù)的形式提供給終端用戶。云計(jì)算最終實(shí)現(xiàn)隨時(shí)獲取、按需使用、按量付費(fèi),使用IT基礎(chǔ)設(shè)施就如同使用煤氣、水電等公共設(shè)施一樣簡(jiǎn)單、易用。

隨著云計(jì)算應(yīng)用范圍和深度日益拓展,對(duì)高等教育信息化建設(shè)也提出了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。因此,我們需要用全新的視角去審視高校目前的數(shù)字化資源建設(shè),并積極進(jìn)行方案的研究、探索和實(shí)施,在新一輪基于云計(jì)算的高校數(shù)字化建設(shè)中爭(zhēng)取新的突破。這也是本文的出發(fā)點(diǎn)和立足點(diǎn)。

基于云計(jì)算的數(shù)字化建設(shè),是一項(xiàng)規(guī)模龐大、涉及面廣、技術(shù)復(fù)雜、任務(wù)艱巨的系統(tǒng)工程,需要前期深入調(diào)研,特別是借鑒Google、IBM、Amazon、Microsoft等目前成熟的云計(jì)算應(yīng)用項(xiàng)目,結(jié)合高校的實(shí)際情況,進(jìn)行必要的可行性分析,之后再進(jìn)行科學(xué)規(guī)范的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)實(shí)施和運(yùn)行維護(hù)。

為了能夠抓住主要矛盾、突出重點(diǎn),本文從基于云計(jì)算的高校數(shù)字化資源建設(shè)的兩個(gè)主要部分來(lái)闡述,即云計(jì)算資源平臺(tái)建設(shè)和基于該平臺(tái)的數(shù)字化資源建設(shè)。

1云時(shí)代高校數(shù)字化資源建設(shè)的必要性和緊迫性

1.1目前高校數(shù)字化資源建設(shè)中存在的主要問(wèn)題

目前,我國(guó)高校的數(shù)字化資源建設(shè)取得了很大成績(jī),但也存在著一些不容忽視的嚴(yán)重問(wèn)題,概括起來(lái)主要表現(xiàn)在如下方面:

1) 基礎(chǔ)設(shè)施利用率低、數(shù)字資源共享度弱。目前,隨著高校信息化建設(shè)的推進(jìn),IT基礎(chǔ)設(shè)施也與日俱增,而據(jù)統(tǒng)計(jì)資料顯示,這些基礎(chǔ)設(shè)施的平均利用率不到50%。另外,高校的優(yōu)質(zhì)數(shù)字化資源通常掛在校園內(nèi)網(wǎng)上,對(duì)于校外用戶的共享存在不少限制,造成了不必要的資源浪費(fèi)。

2) 資源建設(shè)、分布不平衡,重復(fù)建設(shè)嚴(yán)重。高校間的學(xué)科、專業(yè)重疊交叉較大,勢(shì)必造成高校數(shù)字化資源建設(shè)的不斷重復(fù)和浪費(fèi)。

3) 規(guī)劃欠科學(xué)、標(biāo)準(zhǔn)欠明確。一些高校數(shù)字化資源建設(shè)沒(méi)有明確國(guó)際、國(guó)內(nèi)或者行業(yè)標(biāo)準(zhǔn);對(duì)于學(xué)科、專業(yè)與課程建設(shè)的整體規(guī)劃考慮不周,從而影響到資源的質(zhì)量、管理及應(yīng)用效果。

4) 資源維護(hù)不到位。數(shù)字化資源在其整個(gè)生命周期內(nèi)必須進(jìn)行改正性、適應(yīng)性、預(yù)防性和完善性維護(hù),需要推陳出新、與時(shí)俱進(jìn)。

5) 資源管理不完善。隨著多媒體、新技術(shù)的應(yīng)用,數(shù)字化資源的類型日益豐富、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜、數(shù)據(jù)量快速膨脹,而資源管理系統(tǒng)對(duì)于資源的有效組織、存儲(chǔ)、檢索和分析存在諸多不足,很難有效發(fā)揮數(shù)字化資源應(yīng)有的作用。

6) 資源評(píng)價(jià)不足。數(shù)字化資源建設(shè)不是為了建而建,而是為用而建。因此,在資源的使用過(guò)程中,對(duì)其應(yīng)用效果的好壞必須進(jìn)行有效評(píng)價(jià),并及時(shí)反饋到資源制作源頭,不斷完善,才能真正建以致用。

1.2云計(jì)算環(huán)境下高校數(shù)字化資源建設(shè)的必要性

云計(jì)算為高校教育信息化建設(shè)提供了一次難得的機(jī)遇,作為其重要組成部分的數(shù)字化資源建設(shè)基于云計(jì)算率先邁出一步是非常必要,主要表現(xiàn)如下方面:

1) 提高基礎(chǔ)設(shè)施利用率,擴(kuò)大數(shù)字資源共享度,避免資源重復(fù)建設(shè)。云計(jì)算能夠改變傳統(tǒng)IT基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和交付使用模式,為資源共享帶來(lái)了變革。校際之間的數(shù)字化資源共享將變得更加通暢;云計(jì)算提供對(duì)終端設(shè)備的跨平臺(tái)、多樣化支持,只要網(wǎng)絡(luò)通暢,云用戶就能隨時(shí)訪問(wèn)、自由選擇、按需使用付費(fèi),為資源共享帶來(lái)了天然優(yōu)勢(shì)。另外,云計(jì)算可以無(wú)限整合國(guó)內(nèi)外高校優(yōu)質(zhì)數(shù)字化資源,形成一個(gè)超大規(guī)模的學(xué)科、專業(yè)、課程數(shù)字化資源庫(kù)。有效地解決了數(shù)字化資源建設(shè)分布不均,甚至重復(fù)建設(shè)問(wèn)題。

2) 提高資源管理和應(yīng)用水平。云計(jì)算系統(tǒng)通過(guò)先進(jìn)的虛擬化技術(shù)、分布式技術(shù)和并行技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)資源進(jìn)行高效計(jì)算、存儲(chǔ)、分析、檢索和管理,其高可用性和高可靠性能夠保證數(shù)字化資源建設(shè)和資源服務(wù)運(yùn)轉(zhuǎn)良好;通過(guò)自動(dòng)化、智能化的手段實(shí)現(xiàn)云計(jì)算系統(tǒng)的可運(yùn)營(yíng)、可管理和可維護(hù),為云用戶提供優(yōu)質(zhì)、高效、低成本服務(wù),進(jìn)一步提高數(shù)字化資源應(yīng)用水平。

3) 系統(tǒng)安全性得到加強(qiáng)。信息集中存儲(chǔ)和管理便于專業(yè)團(tuán)隊(duì)采取專業(yè)安全防控措施與手段,可以避免因?yàn)閭€(gè)人原因(如感染病毒、木馬入侵、設(shè)備損壞)造成的數(shù)據(jù)丟失、破壞等情形。另外,云存儲(chǔ)服務(wù)的冗余存儲(chǔ)、容災(zāi)機(jī)制都是數(shù)據(jù)安全的保證。

4) 便于對(duì)資源應(yīng)用效果進(jìn)行評(píng)價(jià)?；谠朴?jì)算平臺(tái)的數(shù)字化資源在各高校范圍內(nèi)共享程度更高,也能夠在更廣泛范圍內(nèi)接受云用戶的評(píng)價(jià),從而促進(jìn)數(shù)字化資源建設(shè)的不斷完善。

2云計(jì)算主要技術(shù)

云計(jì)算是面向密集型數(shù)據(jù)、超大容量存儲(chǔ)和超大規(guī)模計(jì)算的新型計(jì)算模式。在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)管理、編程模式、并發(fā)控制和系統(tǒng)管理等方面具有其獨(dú)特的理念和技術(shù)。云計(jì)算的主要技術(shù)包括虛擬化技術(shù)、分布式計(jì)算技術(shù)、并行計(jì)算技術(shù)等。

2.1虛擬化技術(shù)

虛擬化是一種早已廣泛應(yīng)用的技術(shù),是指從邏輯角度來(lái)配置、管理和使用物理資源。虛擬化技術(shù)是云計(jì)算最重要的支撐技術(shù)。通過(guò)全虛擬化、半虛擬化和硬件虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了云計(jì)算平臺(tái)硬件資源的邏輯抽象和統(tǒng)一表示,從而跨越了硬件設(shè)備固有的物理隔離障礙,提供了透明、統(tǒng)一的虛擬運(yùn)行環(huán)境,明顯提高了資源利用率、降低了管理復(fù)雜度,同時(shí)為云計(jì)算系統(tǒng)的可伸縮性和可擴(kuò)展性提供了有效保證。

2.2分布式計(jì)算

分布式計(jì)算是近年提出的一種新的計(jì)算方式,是對(duì)多線程、多任務(wù)思想的發(fā)展。中國(guó)科學(xué)技術(shù)信息研究所給出的定義是,“所謂分布式計(jì)算就是在兩個(gè)或多個(gè)軟件互相共享信息,這些軟件既可以在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)上運(yùn)行,也可以在通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)的多臺(tái)計(jì)算機(jī)上運(yùn)行?！?/p>

云計(jì)算屬于分布式系統(tǒng),利用云計(jì)算系統(tǒng)資源池中處理器和存儲(chǔ)設(shè)備的閑置計(jì)算和存儲(chǔ)能力,處理云客戶的請(qǐng)求,并為其提供相應(yīng)服務(wù),保證云系統(tǒng)的可靠性和可擴(kuò)展性,使云計(jì)算成為擁有處理超大規(guī)模數(shù)據(jù)能力的新型計(jì)算模式,分布式計(jì)算也開(kāi)拓了更廣闊的用武之地。

2.3并行計(jì)算

并行計(jì)算,是相對(duì)于串行計(jì)算而言的,即同時(shí)對(duì)多個(gè)任務(wù)或多條指令或多個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。并行計(jì)算可分為時(shí)間上的并行和空間上的并行。時(shí)間上的并行就是指流水線技術(shù),而空間上的并行則是指用多個(gè)處理器并發(fā)的執(zhí)行計(jì)算[2]。并行計(jì)算的主要目的是充分利用系統(tǒng)資源,快速解決大型且復(fù)雜的計(jì)算問(wèn)題。

3云計(jì)算數(shù)字化資源平臺(tái)建設(shè)

3.1云計(jì)算系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

云計(jì)算對(duì)于其系統(tǒng)架構(gòu)(圖1)設(shè)計(jì)和建設(shè)提出了新的、更高的要求,需要綜合應(yīng)用虛擬化、分布式計(jì)算、并行計(jì)算等技術(shù),建議采用開(kāi)源軟件,加強(qiáng)中間件等基礎(chǔ)構(gòu)件的建設(shè),保證基礎(chǔ)架構(gòu)的高可靠性、高可用性和高擴(kuò)展性。

1) 硬件資源層。該層主要包括基礎(chǔ)設(shè)施子層和虛擬資源子層,是云計(jì)算系統(tǒng)架構(gòu)的最底層,提供最基本的物理資源,包括計(jì)算、存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,并通過(guò)虛擬化技術(shù)和集群技術(shù)對(duì)底層硬件資源進(jìn)行抽象,消除物理硬件的限制,降低了硬件管理復(fù)雜度,提高了硬件資源的利用率,有效控制其成本,并且保證了云計(jì)算系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。

2) 軟件平臺(tái)層。該層主要由操作系統(tǒng)和中間件組成,實(shí)現(xiàn)計(jì)算能力、存儲(chǔ)資源的調(diào)度、協(xié)調(diào)和監(jiān)控,從而為業(yè)務(wù)應(yīng)用提供基礎(chǔ)運(yùn)行環(huán)境和基礎(chǔ)服務(wù)支撐。操作系統(tǒng)子層負(fù)責(zé)與虛擬機(jī)對(duì)話,并提供最基本的軟件環(huán)境和系統(tǒng)服務(wù)支撐;中間件子層對(duì)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和軟件平臺(tái)進(jìn)行抽象和統(tǒng)一表示,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)軟件運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行按需定制,并且對(duì)各類業(yè)務(wù)應(yīng)用提供基礎(chǔ)服務(wù)和管理。

3) 應(yīng)用服務(wù)層。該層主要由應(yīng)用接口層和應(yīng)用服務(wù)層組成,主要功能是向云用戶提供應(yīng)用服務(wù)和解決方案。應(yīng)用接口子層用來(lái)將云計(jì)算功能封裝成一套標(biāo)準(zhǔn)的接口,支持開(kāi)發(fā)新的應(yīng)用,提供新的服務(wù)和解決方案;應(yīng)用服務(wù)層位于云計(jì)算系統(tǒng)架構(gòu)的最高層,是云計(jì)算系統(tǒng)與終端用戶的接口,直接面向用戶,分別以IaaS、Paas、Saas形式向用戶提供各類計(jì)算、存儲(chǔ)服務(wù)。

3.2云計(jì)算系統(tǒng)管理設(shè)計(jì)

云計(jì)算管理系統(tǒng)是云計(jì)算的靈魂和神經(jīng)中樞,通過(guò)自動(dòng)化、智能化的手段實(shí)現(xiàn)云計(jì)算系統(tǒng)的可運(yùn)營(yíng)、可管理和可維護(hù)。

基于使用Xen、KVM等虛擬化開(kāi)源管理軟件及Linux開(kāi)源操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)算資源、網(wǎng)絡(luò)資源和存儲(chǔ)資源形成資源池,通過(guò)集群技術(shù)對(duì)云計(jì)算系統(tǒng)資源進(jìn)行集中管理和調(diào)度,實(shí)現(xiàn)各節(jié)點(diǎn)協(xié)同工作,保證完成部署、監(jiān)控、調(diào)度、分配、協(xié)同、冗錯(cuò)、負(fù)載均衡、故障恢復(fù)等功能,及時(shí)向用戶提供可靠并按需定制的IaaS、PaaS、SaaS服務(wù)。

基于分布式計(jì)算、并行計(jì)算模式,支持分布式數(shù)據(jù)管理系統(tǒng),融合分布式文件管理、超大規(guī)模數(shù)據(jù)管理、數(shù)字介質(zhì)管理、數(shù)字內(nèi)容檢索和分析等功能,實(shí)現(xiàn)對(duì)密集型數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、查詢、處理,同時(shí)保證數(shù)據(jù)一致性和完整性。保證超大規(guī)模數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、處理和分析性能,提供多種便捷的文件檢索、訪問(wèn)方式,支持多副本機(jī)制、可實(shí)現(xiàn)冗余備份,向云用戶提供高可靠性、高可用。

目前,基于GFS分布式文件系統(tǒng)、BigTable大規(guī)模數(shù)據(jù)管理、MapReduce并行計(jì)算、Chubby分布式資源鎖機(jī)制等技術(shù)的Google云計(jì)算系統(tǒng)是成熟的數(shù)據(jù)資源管理模式,以及在此基礎(chǔ)上的開(kāi)源組織Hadoop開(kāi)發(fā)的HBase和HDFS等技術(shù),在云計(jì)算平臺(tái)的應(yīng)用日益廣泛,也是可參考的管理計(jì)算模型。

4基于云計(jì)算的數(shù)字化資源建設(shè)

4.1科學(xué)規(guī)劃數(shù)字化資源體系

基于云計(jì)算的數(shù)字化資源建設(shè)是一個(gè)有機(jī)的系統(tǒng)工程,因此,必須從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā),科學(xué)地規(guī)劃整個(gè)數(shù)字化資源體系。

目前的數(shù)字化資源建設(shè)主要面向課程,主要針對(duì)課程的試題庫(kù)、素材庫(kù)、課件庫(kù)、案例庫(kù)、常見(jiàn)問(wèn)題庫(kù)等數(shù)字化資源建設(shè)。其實(shí),課程蘊(yùn)含在學(xué)科和專業(yè)中,因?yàn)閷W(xué)科、專業(yè)和課程建設(shè)是構(gòu)成高等教育的三個(gè)基本要素,任何一所高等學(xué)校都必然包含這三個(gè)要素,缺一不可,因而對(duì)這三個(gè)要素的建設(shè)就成了高校的三項(xiàng)基本任務(wù)。由于學(xué)科、專業(yè)、課程三者之間存在著既相互區(qū)別、又密切聯(lián)系的辯證關(guān)系,決定了學(xué)科建設(shè)、專業(yè)建沒(méi)與課程建設(shè)之間的關(guān)系也是互有異同、對(duì)立統(tǒng)一的[3]。因此,數(shù)字化資源建設(shè)應(yīng)該著眼于學(xué)科、專業(yè)和課程三位一體的科學(xué)體系進(jìn)行建設(shè)。

為此,建議制訂一個(gè)樹(shù)狀藍(lán)圖,森林為學(xué)科、樹(shù)木為專業(yè)、樹(shù)枝為課程及章節(jié)(可根據(jù)其教授先后順序排列)、樹(shù)葉為資源。在此基礎(chǔ)上,為了便于云計(jì)算平臺(tái)集中管理這些規(guī)模龐大的數(shù)據(jù)資源,還必須對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)一編碼,這樣也就充分發(fā)揮了數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的索引和檢索功能。另外,通過(guò)這個(gè)有機(jī)體系和編碼系統(tǒng),還就能夠概括、抽象出學(xué)科、專業(yè)中的一些共性的基本資源組件,便于復(fù)用;同時(shí)能夠突出課程中的重點(diǎn)知識(shí)單元數(shù)字資源,二者相得益彰。

4.2嚴(yán)格遵循數(shù)字化資源標(biāo)準(zhǔn)

基于云計(jì)算的數(shù)字化資源建設(shè)是一個(gè)艱巨的系統(tǒng)工程,而數(shù)字資源建設(shè)更是重中之重?；谠朴?jì)算的數(shù)據(jù)資源的顯著特點(diǎn)是:來(lái)源廣泛、數(shù)量龐大、各類多樣、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、形態(tài)各異,如果不遵循相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,那些數(shù)字資源就是“一盤散沙”,正所謂“沒(méi)有規(guī)尺,不成方圓”,其價(jià)值很可能會(huì)大打折扣。

因此,基于云計(jì)算進(jìn)行數(shù)字化資源建設(shè)必須遵循相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。目前,國(guó)際方面,可以參照ISO15836-2003等標(biāo)準(zhǔn);國(guó)內(nèi)方面,可以參照科技部 “我國(guó)數(shù)字圖書(shū)館標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范建設(shè)”、教育部教育信息化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)制訂的“中國(guó)現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系”的“平臺(tái)與媒體標(biāo)準(zhǔn)引用規(guī)范”與“教育資源建設(shè)技術(shù)規(guī)范”等標(biāo)準(zhǔn)。在此前提下,基于云計(jì)算的數(shù)字化資源才有可能保證標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范、兼容與通用,也是能夠?yàn)樵朴脩籼峁?biāo)準(zhǔn)服務(wù)的必要條件。

4.3精心制作數(shù)字資源

基于云計(jì)算的數(shù)字化資源建設(shè),最終目標(biāo)就是更好地滿足教學(xué)需要,因此,數(shù)字化資源的制作需要有一個(gè)科學(xué)合理的流程:先進(jìn)行需求分析,解決“為什么做”的問(wèn)題;然后進(jìn)行設(shè)計(jì)階段,解決“做什么”問(wèn)題;最后進(jìn)入制作階段,解決“如何做”的問(wèn)題。

下面以“C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)”課程中“循環(huán)結(jié)構(gòu)”章節(jié)的數(shù)字資源制作為例簡(jiǎn)述一下。

“為什么做”――現(xiàn)實(shí)生活中很多問(wèn)題不適合用順序結(jié)構(gòu)或選擇結(jié)構(gòu)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)(通常不提倡用goto語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)循環(huán)結(jié)構(gòu)),如判斷100以內(nèi)的素?cái)?shù)問(wèn)題。

“做什么”――介紹幾種循環(huán)語(yǔ)句(for、while、do-while)的功能、結(jié)構(gòu)、語(yǔ)法及執(zhí)行流程,并融入實(shí)例講解,強(qiáng)調(diào)注意事項(xiàng)(如:循環(huán)執(zhí)行條件與次數(shù)、“死循環(huán)”等)。

“如何做”――把“為什么做”與“做什么”用多媒體技術(shù)實(shí)現(xiàn),即綜合應(yīng)用文本(介紹應(yīng)用背景等)、圖像/形(展示語(yǔ)法結(jié)構(gòu)、流程圖)、動(dòng)畫(huà)(表現(xiàn)循環(huán)執(zhí)行過(guò)程)、音頻(給動(dòng)畫(huà)配音)及視頻(錄制講解過(guò)程)等媒體元素,從而實(shí)現(xiàn)圖文并茂、有聲有色、動(dòng)靜結(jié)合的效果。即對(duì)于數(shù)字化資源的制作,除了重視資源內(nèi)容外,還需要強(qiáng)調(diào)資源的表現(xiàn)形式,即可讀性和易讀性。

4.4努力加強(qiáng)數(shù)字化資源整合

這需要高校利用云計(jì)算先進(jìn)的理念、成熟的技術(shù)和方法,對(duì)高校內(nèi)部或其他高校相關(guān)學(xué)科、專業(yè)和課程的相對(duì)離散的數(shù)字資源進(jìn)行有效整合,形成一個(gè)有機(jī)整體,提高數(shù)字化資源傳播、共享與應(yīng)用效率。

目前,實(shí)現(xiàn)數(shù)字資源整合的方式主要有基于導(dǎo)航、基于異構(gòu)統(tǒng)一平臺(tái)、基于知識(shí)管理和基于語(yǔ)義的數(shù)字資源整合,對(duì)于整合的程度而言這4種整合方式是逐漸深入的[4]。基于語(yǔ)義的資源整合,是最高級(jí)的整合方式,對(duì)數(shù)字資源進(jìn)行深度開(kāi)發(fā),借助XML等分布式異構(gòu)技術(shù)構(gòu)建以元數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的知識(shí)本體,通過(guò)RDF(Resource Description Framework)技術(shù)實(shí)現(xiàn)元數(shù)據(jù)的描述和交換[4],無(wú)縫對(duì)接到以云計(jì)算體系架構(gòu)為統(tǒng)一系統(tǒng)平臺(tái)上。在數(shù)字資源整合過(guò)程中,需要注意系統(tǒng)兼容性、數(shù)據(jù)一致性和完整性問(wèn)題。

通過(guò)云計(jì)算的數(shù)字化資源的有效整合,使得校際之間、高校內(nèi)部離散的、異構(gòu)的數(shù)字化資源形成一個(gè)統(tǒng)一的有機(jī)整體,從而消除了“信息孤島”現(xiàn)象。整合后的數(shù)字化資源通過(guò)云計(jì)算提供的統(tǒng)一規(guī)范服務(wù)向全部云用戶開(kāi)放,最大限度地發(fā)揮其作用。

4.5強(qiáng)化數(shù)字化資源的維護(hù)

篇3

【關(guān)鍵詞】云計(jì)算技術(shù)；醫(yī)院信息化建設(shè)；運(yùn)用

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)醫(yī)院在信息化建設(shè)方面也取得了一定的成就，完成了各種醫(yī)療信息系統(tǒng)的建設(shè)，并逐漸實(shí)現(xiàn)了電子病歷等信息產(chǎn)品的普及應(yīng)用。但就目前來(lái)看，受數(shù)據(jù)信息難以對(duì)接這一因素的限制，醫(yī)療行業(yè)仍然存在“信息孤島”問(wèn)題。而云計(jì)算技術(shù)的出現(xiàn)，則為醫(yī)院信息化水平的提升帶來(lái)了機(jī)遇。

1云計(jì)算技術(shù)

所謂的云計(jì)算技術(shù)，其實(shí)就是利用互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的新型計(jì)算技術(shù)，可通過(guò)共享軟硬件信息和資源為用戶提供更好的服務(wù)。采取該技術(shù)，用戶可以在互聯(lián)網(wǎng)上運(yùn)行各種應(yīng)用程序，所以能夠獲得便捷、快速的數(shù)據(jù)服務(wù)。從優(yōu)點(diǎn)上來(lái)看，云計(jì)算具有較大的規(guī)模，能夠輕松實(shí)現(xiàn)信息調(diào)度。而該技術(shù)能夠?qū)Ψ植际接?jì)算方式和虛擬化技術(shù)等多種技術(shù)進(jìn)行綜合運(yùn)用，從而完成廉價(jià)、高效運(yùn)算連接點(diǎn)的搭建，進(jìn)而為信息資源查閱和調(diào)度提供便利。

2云計(jì)算技術(shù)在醫(yī)院信息化建設(shè)中的運(yùn)用

2.1在醫(yī)院信息管理平臺(tái)建設(shè)中的運(yùn)用

在醫(yī)院信息化建設(shè)中，可以運(yùn)用云計(jì)算技術(shù)完成HIS、LIS、RIS、PACS等信息管理平臺(tái)應(yīng)用的管理。目前，國(guó)內(nèi)大多數(shù)醫(yī)院使用的醫(yī)院管理系統(tǒng)由資源共享、自身管理和上級(jí)部門構(gòu)成，其中上級(jí)部門和資源共享這兩個(gè)模塊都能進(jìn)行云計(jì)算機(jī)的應(yīng)用。在實(shí)踐應(yīng)用中，利用云計(jì)算提供的在線軟件服務(wù)，平臺(tái)上各種醫(yī)療軟件都能相互連通，所以用戶只需要一臺(tái)電腦就能完成醫(yī)療信息的獲取。在醫(yī)院信息管理方面，在管理平臺(tái)上進(jìn)行云計(jì)算的應(yīng)用，可以在“云”端中完成患者醫(yī)療記錄等信息的存儲(chǔ)，從而為上級(jí)部門查看各部門工作情況提供便利[1]。此外，利用該技術(shù)也能實(shí)現(xiàn)醫(yī)院醫(yī)療信息資源共享情況的管理，從而使醫(yī)院信息孤島現(xiàn)象得到改善，繼而為醫(yī)院醫(yī)療資源的合理配置奠定良好基礎(chǔ)。

2.2在醫(yī)院遠(yuǎn)程醫(yī)療服務(wù)提供中的運(yùn)用

在醫(yī)院醫(yī)療服務(wù)提供方面，運(yùn)用云計(jì)算技術(shù)可以進(jìn)行遠(yuǎn)程醫(yī)療服務(wù)的提供。利用云計(jì)算提供的桌面虛擬化技術(shù)，能夠在桌面環(huán)境中完成Web應(yīng)用和服務(wù)等內(nèi)容的整合，從而使資源利用率得到提高。醫(yī)院在信息化建設(shè)中，可以通過(guò)將云計(jì)算與桌面虛擬化技術(shù)融合到一起解決遠(yuǎn)程醫(yī)療實(shí)現(xiàn)的資金短缺問(wèn)題。因?yàn)橥ㄟ^(guò)技術(shù)融合，可以在分布式計(jì)算機(jī)上完成數(shù)據(jù)中心的構(gòu)建，然后利用虛擬桌面滿足遠(yuǎn)程醫(yī)療應(yīng)用需求。對(duì)于醫(yī)生來(lái)講，常常會(huì)因?yàn)闊o(wú)法獲得患者的病例而無(wú)法準(zhǔn)確診斷患者的病情。目前患者往返各大醫(yī)院之間，也常常會(huì)出現(xiàn)診斷數(shù)據(jù)資料不連續(xù)等問(wèn)題。近年來(lái)，隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，遠(yuǎn)程醫(yī)療應(yīng)用也取得了更好的發(fā)展。僅憑移動(dòng)設(shè)備，就可以從“云”端完成醫(yī)學(xué)圖像的下載，從而為醫(yī)生診治病患提供數(shù)據(jù)依據(jù)。通過(guò)“云”端，得到授權(quán)的用戶可以進(jìn)行電子病歷的加載。此外，通過(guò)傳輸三維圖像，也能幫助醫(yī)生掌握病患身體各部位情況，進(jìn)而使診斷結(jié)果的準(zhǔn)確性得到提高。

2.3在醫(yī)院醫(yī)療信息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中的運(yùn)用

在醫(yī)院信息化建設(shè)工作中，面臨著大量數(shù)據(jù)信息的存儲(chǔ)問(wèn)題。而運(yùn)用云計(jì)算技術(shù)，則能使呈爆炸式增長(zhǎng)的醫(yī)療數(shù)據(jù)得到有效管理。比如，針對(duì)擁有較多規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的高質(zhì)量醫(yī)療圖像資料，可以通過(guò)引入云存儲(chǔ)理念在虛擬服務(wù)器上進(jìn)行數(shù)據(jù)保存。借助云存儲(chǔ)高吞吐率和傳輸率的優(yōu)勢(shì)，則可以采取冗余方式進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，從而使數(shù)據(jù)的可靠性得到保證[2]。就目前來(lái)看，例如：醫(yī)院需要存儲(chǔ)的PASC高質(zhì)量圖像數(shù)據(jù)高達(dá)上千GB，并且一份數(shù)據(jù)擁有多個(gè)副本，所以還要采用云計(jì)算提供的分布式存儲(chǔ)模式實(shí)現(xiàn)上百臺(tái)計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的整合管理，從而為醫(yī)院醫(yī)療數(shù)據(jù)信息的管理提供便利。因此在醫(yī)院信息化建設(shè)的過(guò)程中，運(yùn)用云計(jì)算技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)大量數(shù)據(jù)的集中存儲(chǔ)，進(jìn)而為醫(yī)療事業(yè)的發(fā)展提供更多支持。

3結(jié)論

通過(guò)分析可以發(fā)現(xiàn)，在醫(yī)院信息化建設(shè)中運(yùn)用云計(jì)算技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)醫(yī)院醫(yī)療數(shù)據(jù)信息的共享，從而使醫(yī)院醫(yī)療資源得到合理分配，進(jìn)而使醫(yī)療工作效率得到提高。因此，還應(yīng)加強(qiáng)云計(jì)算技術(shù)的運(yùn)用，從而推動(dòng)醫(yī)院的信息化發(fā)展。

作者:張明 單位:蘭州大學(xué)第二醫(yī)院信息中心

參考文獻(xiàn)

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【關(guān)鍵詞】云計(jì)算 數(shù)據(jù)中心 并行處理

【中圖分類號(hào)】 G 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】0450-9889（2014）08C-0062-02

隨著信息技術(shù)爆炸性發(fā)展與應(yīng)用，高校在信息化建設(shè)過(guò)程中投入巨大的人力物力，但資源利用率持續(xù)低下，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心無(wú)法滿足高校發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)、教學(xué)科研的需求。云計(jì)算是一種基于互聯(lián)網(wǎng)整合軟硬件資源和信息，實(shí)現(xiàn)按需分配的數(shù)據(jù)中心模式，虛擬化是云計(jì)算影響下的新興技術(shù)，使數(shù)據(jù)中心已成為數(shù)據(jù)分布、業(yè)務(wù)支撐的樞紐，數(shù)據(jù)中心軟硬件資源整合引起了國(guó)內(nèi)外高校的普遍重視。因此，本文結(jié)合實(shí)際情況，對(duì)基于云計(jì)算的數(shù)據(jù)校園的數(shù)據(jù)中心建設(shè)進(jìn)行分析、探討。

一、數(shù)據(jù)校園云計(jì)算架構(gòu)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)校園云計(jì)算架構(gòu)依托互聯(lián)網(wǎng)，將所有的服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)等資源集中起來(lái)，通過(guò)云計(jì)算的虛擬化把整合了的資源變成一個(gè)資源池，根據(jù)業(yè)務(wù)服務(wù)需要自動(dòng)調(diào)配或人工分配獲取資源。由于資源池集成所有資源，面對(duì)日益增長(zhǎng)的病毒攻擊等安全威脅，必須建立安全機(jī)制確保整個(gè)架構(gòu)的安全。如圖1中數(shù)據(jù)中心與計(jì)算控制中心就是依托網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)資源使用狀況，確保架構(gòu)正常的運(yùn)行。

圖1 數(shù)據(jù)校園云計(jì)算架構(gòu)

從圖1可以看出，客戶端向云端發(fā)出請(qǐng)求，云端根據(jù)用戶的請(qǐng)求，通過(guò)計(jì)算控制中心分析，采用虛擬化技術(shù)將軟硬件資源統(tǒng)一分配給用戶，實(shí)現(xiàn)按需分配。由于校園云計(jì)算架構(gòu)連接互聯(lián)網(wǎng)，防火墻必須隔離網(wǎng)絡(luò)安全威脅，如網(wǎng)絡(luò)病毒、漏洞入侵、內(nèi)部泄漏、網(wǎng)絡(luò)攻擊，除此之外仍需要使用防病毒軟件、入侵檢測(cè)、抗分布式拒絕服務(wù)攻擊（DDoS）等技術(shù)去實(shí)現(xiàn)對(duì)云計(jì)算架構(gòu)的保護(hù)。

計(jì)算控制中心對(duì)整個(gè)架構(gòu)的安全起著重要的作用，對(duì)于用戶申請(qǐng)的資源，計(jì)算控制中心采用人為和機(jī)器雙重控制機(jī)制進(jìn)行檢查，合格的資源才可以進(jìn)入云計(jì)算互聯(lián)網(wǎng)交付給用戶，滿足用戶需求。計(jì)算控制中心對(duì)資源的安全系數(shù)分三個(gè)級(jí)別，Top級(jí)別是該級(jí)別的資源完全符合所有安全標(biāo)準(zhǔn)，由機(jī)器分配給用戶；Mid級(jí)別由專業(yè)的網(wǎng)絡(luò)管理員決定分配給用戶，同時(shí)管理員還監(jiān)控已分配的資源運(yùn)行狀況是否良好，Low級(jí)別就是完全不達(dá)標(biāo)，不允許進(jìn)入云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)。

數(shù)據(jù)備份中心是負(fù)責(zé)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)所有數(shù)據(jù)的備份與恢復(fù)，信息系統(tǒng)所承載的各類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)是非常重要的，備份數(shù)據(jù)是容災(zāi)的基礎(chǔ)，迅速恢復(fù)應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)、環(huán)境，立即恢復(fù)應(yīng)用系統(tǒng)的運(yùn)行，保證系統(tǒng)的可用性、安全性。

二、數(shù)據(jù)中心結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)中心包含存儲(chǔ)、計(jì)算、實(shí)時(shí)存儲(chǔ)與計(jì)算等系統(tǒng)。存儲(chǔ)系統(tǒng)存在兩個(gè)需求，一是需要大量非關(guān)系型數(shù)據(jù)表存儲(chǔ)各種數(shù)據(jù)；二是根據(jù)不同的訪問(wèn)模式設(shè)計(jì)和優(yōu)化存儲(chǔ)系統(tǒng)。計(jì)算系統(tǒng)需求跟任務(wù)類型有關(guān)，數(shù)據(jù)密集型對(duì)CPU和I/O需求均衡，通信密集型需CPU密集計(jì)算。實(shí)時(shí)存儲(chǔ)與計(jì)算系統(tǒng)則需要基于內(nèi)存構(gòu)造，在分布式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，加入流式數(shù)據(jù)處理和觸發(fā)式事件處理。

（一）數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)中心結(jié)構(gòu)如圖2，服務(wù)需求規(guī)模巨大，業(yè)務(wù)需求的變化異常頻繁，根據(jù)實(shí)際需求，數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)原則如下三方面：

一是延遲與吞吐、公平與效率的折中考慮。

二是架構(gòu)由層次化向豎井式演進(jìn)，系統(tǒng)由需求驅(qū)動(dòng)而定制。

三是由于規(guī)模與復(fù)雜度增大，允許故障和Bug共存，數(shù)據(jù)已成為系統(tǒng)的一部分，評(píng)價(jià)指標(biāo)也由正確性向精確度轉(zhuǎn)變。

圖2 數(shù)據(jù)中心結(jié)構(gòu)

根據(jù)業(yè)務(wù)需求狀況，大概分為數(shù)據(jù)密集型、通信密集型和計(jì)算機(jī)密集型三種類型，數(shù)據(jù)密集型的代表是MapReduce，對(duì)資源的需求比較均衡，計(jì)算密集型任務(wù)與通信密集型訪問(wèn)數(shù)據(jù)的規(guī)模不同，若規(guī)模較小，則為計(jì)算模型，若訪問(wèn)為大數(shù)據(jù)量，則內(nèi)存限制這些數(shù)據(jù)必須存放在多臺(tái)機(jī)器上，通過(guò)通信模型協(xié)調(diào)多臺(tái)機(jī)器協(xié)同工作。

（二）資源分配管理

資源分配是云計(jì)算的重要組成部分，其效率直接影響云計(jì)算環(huán)境的工作性能。云計(jì)算采用成熟的虛擬化技術(shù)，將主機(jī)的m個(gè)異構(gòu)可用的資源分配給n個(gè)相互獨(dú)立的應(yīng)用任務(wù)，在分配資源過(guò)程中以優(yōu)化任務(wù)和資源為原則進(jìn)行映射。

從應(yīng)用需求到資源參數(shù)的映射，云計(jì)算下的資源調(diào)度問(wèn)題就轉(zhuǎn)化為兩個(gè)階段的問(wèn)題：第一個(gè)階段是從云計(jì)算的資源池中選擇能滿足應(yīng)用需求的主機(jī)集合；第二個(gè)階段是從主機(jī)集合中選取最符合應(yīng)用期望的主機(jī)，并進(jìn)行虛擬機(jī)的創(chuàng)建。

第一個(gè)階段的選擇較為簡(jiǎn)單。由于在物理機(jī)上創(chuàng)建的虛擬機(jī)性能無(wú)法超過(guò)宿主物理機(jī)，因此只要根據(jù)應(yīng)用所需的資源對(duì)主機(jī)進(jìn)行篩選就可以得到候選的滿足應(yīng)用需求的主機(jī)集合。

第二個(gè)階段的選擇相對(duì)復(fù)雜。當(dāng)前候選主機(jī)的集合為Mi，構(gòu)建一個(gè)匹配函數(shù)，在這些主機(jī)中選擇最合適的一臺(tái)分配虛擬機(jī)。在候選主機(jī)集合中選取主機(jī)的策略有很多種，對(duì)應(yīng)的匹配函數(shù)也有很多種，取應(yīng)用性能傾向期望和主機(jī)權(quán)重資源矢量的歐拉距離作為距離最小的。

為了更好的優(yōu)化數(shù)據(jù)中心資源分配，應(yīng)用程序應(yīng)具有自動(dòng)化、彈性化和松耦合性的特點(diǎn)。

自動(dòng)化：自動(dòng)化可以賦予用戶對(duì)平臺(tái)的資源配置任務(wù)進(jìn)行全面統(tǒng)籌的能力，并實(shí)現(xiàn)對(duì)資源的動(dòng)態(tài)分配以提高管理效率、減少人為錯(cuò)誤并加快用戶對(duì)資源請(qǐng)求的響應(yīng)速度。應(yīng)用程序在設(shè)計(jì)的時(shí)候要能充分利用云計(jì)算環(huán)境的自動(dòng)化特性，從而使得應(yīng)用程序可以在很少或沒(méi)有人工干預(yù)的情況下，自動(dòng)適應(yīng)需求的變化。

彈性化：云計(jì)算的資源分配可以根據(jù)應(yīng)用訪問(wèn)具體情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)的調(diào)整，云計(jì)算對(duì)于非恒定需求的應(yīng)用，資源的擴(kuò)展方式可以分為兩大類：一類是事先可以預(yù)測(cè)的；另一類是完全基于某種規(guī)則實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整的，都要求云計(jì)算平臺(tái)提供彈性的服務(wù)。

松耦合性：系統(tǒng)架構(gòu)要求應(yīng)用程序在設(shè)計(jì)過(guò)程中要考慮松耦合度，耦合度越低靈活性越高，就可以很好的把資源從硬件束縛中解放出來(lái)，從而使得資源的動(dòng)態(tài)分配成為可能。

三、安全分析

由于云計(jì)算高度集中信息資源，導(dǎo)致安全事故的后果與風(fēng)險(xiǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出傳統(tǒng)應(yīng)用系統(tǒng)，在云計(jì)算架構(gòu)下主要面臨的安全問(wèn)題如下：

虛擬機(jī)安全問(wèn)題：攻擊者突破虛擬機(jī)管理器，獲取系統(tǒng)管理權(quán)限，且控制宿主機(jī)上運(yùn)行的其他虛擬機(jī)，使得攻擊者可以很輕松地讀取虛擬機(jī)網(wǎng)絡(luò)上所有的明文傳輸信息。

數(shù)據(jù)安全問(wèn)題：包括存儲(chǔ)數(shù)據(jù)安全、剩余數(shù)據(jù)安全、傳輸數(shù)據(jù)安全等三方面，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)安全問(wèn)題在于不同用戶的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在服務(wù)器上且共享存儲(chǔ)資源，系統(tǒng)內(nèi)部人員非法訪問(wèn)用戶的數(shù)據(jù)導(dǎo)致泄漏或由于軟硬件故障、電力中斷、自然災(zāi)害等造成的數(shù)據(jù)丟失。剩余數(shù)據(jù)安全問(wèn)題在于用戶退租磁盤時(shí)管理員僅僅做簡(jiǎn)單的刪除文件，當(dāng)磁盤重新租給其他租戶時(shí)，可能會(huì)被惡意租戶恢復(fù)之前用戶的數(shù)據(jù)，導(dǎo)致之前的用戶數(shù)據(jù)泄漏。傳輸數(shù)據(jù)安全問(wèn)題在于數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中被竊取或篡改，導(dǎo)致數(shù)據(jù)泄露。

信息內(nèi)容安全問(wèn)題：由于信息與其載體動(dòng)態(tài)綁定，難以確定服務(wù)器的物理位置，導(dǎo)致難以對(duì)不良信息進(jìn)行溯源，同時(shí)現(xiàn)有設(shè)備處理能力對(duì)超大規(guī)模數(shù)據(jù)流量的審查很困難。

針對(duì)以上云計(jì)算存在的幾個(gè)安全問(wèn)題，經(jīng)過(guò)理論聯(lián)系實(shí)際情況，采取如下應(yīng)對(duì)手段：

針對(duì)虛擬機(jī)安全：采用虛擬化在線對(duì)虛擬機(jī)進(jìn)行管理和監(jiān)控，采用信息包過(guò)濾系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)的隔離，對(duì)于虛擬機(jī)的遷移后及時(shí)銷毀原有物理磁盤和內(nèi)存數(shù)據(jù)。

針對(duì)數(shù)據(jù)安全：以信息標(biāo)識(shí)和處置的控制要求為起點(diǎn)，對(duì)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，在資源回收時(shí)，使用技術(shù)對(duì)每一個(gè)邏輯卷進(jìn)行零覆寫(xiě)，保證磁盤交付給下一個(gè)用戶使用時(shí)不能回復(fù)原始數(shù)據(jù)；對(duì)于所有人員登陸系統(tǒng)必須采取動(dòng)態(tài)和負(fù)責(zé)口令，并且對(duì)用戶的權(quán)限進(jìn)行實(shí)時(shí)的審計(jì)。

總之，隨著云計(jì)算和其他技術(shù)迅猛發(fā)展，數(shù)據(jù)中心技術(shù)必須克服即將出現(xiàn)的所有挑戰(zhàn)，數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施也需要不停迭代，數(shù)據(jù)中心優(yōu)化的四個(gè)關(guān)鍵要素分別是：人員、資源、技術(shù)和環(huán)境。每個(gè)要素通過(guò)關(guān)鍵指標(biāo)反映運(yùn)行維護(hù)服務(wù)的條件和能力，將業(yè)務(wù)導(dǎo)向放在首位，就是對(duì)人員、資源、技術(shù)和過(guò)程這四個(gè)關(guān)鍵要素的提升，從而有效實(shí)現(xiàn)云計(jì)算運(yùn)維管理的改進(jìn)。

【參考文獻(xiàn)】

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【基金項(xiàng)目】2012年度廣西高等學(xué)校立項(xiàng)科研項(xiàng)目（201204LX569）

篇5

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，機(jī)電技術(shù)得到了很大的提高，其發(fā)展趨勢(shì)正向一體化、自動(dòng)化和智能化方向發(fā)展，從而對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)中軟件系統(tǒng)的要求越來(lái)越高。由于計(jì)算機(jī)軟件控制系統(tǒng)存在一些不規(guī)范的因素，與用戶的期待值有一定偏差，另外，軟件設(shè)計(jì)中導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)在操作使用上存在缺陷，降低了使用單位的工作效率和生產(chǎn)效益。

一、計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)在機(jī)電一體化中的重要地位

（一）機(jī)電一體化的機(jī)礎(chǔ)

自20世紀(jì)80年代初開(kāi)始，隨著中國(guó)改革開(kāi)放的發(fā)展，除本身自有的研發(fā)不斷提高，引進(jìn)外資的同時(shí)，也帶來(lái)了先進(jìn)的國(guó)外技術(shù)和管理，通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制技術(shù)日新月異的發(fā)展，奠定了機(jī)電一體化發(fā)展的技術(shù)基礎(chǔ)。各種微電子技術(shù)、超大規(guī)模集成電路技術(shù)跨越式的發(fā)展，也給機(jī)電一體化進(jìn)程插上騰飛的翅膀。

（二）機(jī)電一體化系統(tǒng)的發(fā)展方向

智能化是機(jī)電一體化系統(tǒng)發(fā)展的重要方向。智能化是在控制理論的基礎(chǔ)上，綜合了計(jì)算機(jī)科學(xué)、生理心理學(xué)、人工智能學(xué)、運(yùn)籌學(xué)和動(dòng)力這的新方法新思想，具有模擬人類智能的自主決策、邏輯思維和判斷推理能力，從而達(dá)到較搞的控制水平。隨著數(shù)控機(jī)床和機(jī)械人在智能化中的應(yīng)用，高速、高性能的微處理器提供了人的部份智能功能，在機(jī)電一體化建設(shè)中人工智能的研究和運(yùn)用，大幅降低了工作人員的工作量，大大提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

（三）計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)在機(jī)電一體化的重要作用

計(jì)算機(jī)技術(shù)在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的重要位置很關(guān)鍵，他是機(jī)電技術(shù)自動(dòng)化、一體化智能化的橋梁。在整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成里，計(jì)算機(jī)硬件只是一個(gè)運(yùn)行平臺(tái)，他為計(jì)算機(jī)軟件提供優(yōu)質(zhì)高效的數(shù)據(jù)處理，在此集成系統(tǒng)里，真正起到關(guān)鍵作用的是凝聚了設(shè)計(jì)者心血和智慧的系統(tǒng)軟件，可以說(shuō)，計(jì)算機(jī)是機(jī)電一體化系統(tǒng)的大腦，而計(jì)算機(jī)軟件又是計(jì)算機(jī)的大腦。

二、計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)在機(jī)電一體化中存在的主要問(wèn)題

相對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)的快速發(fā)展，機(jī)算機(jī)軟件系統(tǒng)缺乏同步的快速反應(yīng)能力，相對(duì)其他領(lǐng)域軟件的應(yīng)用和程序語(yǔ)言的發(fā)展，更是明顯滯后。

（一）編程語(yǔ)言相對(duì)滯后

在計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)中，目前主要使用的編程語(yǔ)言是C++、C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言，且多數(shù)采用VC、TC、BC作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，這些語(yǔ)言和平臺(tái)雖然有其他語(yǔ)言不可比擬的優(yōu)勢(shì)，如開(kāi)發(fā)成熟，操作易學(xué)易懂，但是相對(duì)各類功能更強(qiáng)大的開(kāi)發(fā)平臺(tái)，相對(duì)滯后。因?yàn)椋T如2.2JBuilder、N1玎和JAvA這些開(kāi)發(fā)平臺(tái)，他們的高安全性、高速高效、方便快捷的明顯優(yōu)勢(shì)，將會(huì)成為今后機(jī)電一體化系和其他領(lǐng)域的主流開(kāi)發(fā)工具。

（二）編程風(fēng)格差

在機(jī)電一體化系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，從事軟件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的工作人員，多數(shù)不專門從事機(jī)電一體化的開(kāi)發(fā)人員，他們雖然有奇妙的開(kāi)發(fā)構(gòu)想和強(qiáng)大的技術(shù)實(shí)力，但他們?cè)陂_(kāi)發(fā)過(guò)程中無(wú)法形成較好的編程風(fēng)格，在處理勻稱合理的代碼布局、遵守命名規(guī)則和清晰的注釋方面，做得不算很好。

（三）軟件系統(tǒng)不能滿足用戶需求

機(jī)電一體化系統(tǒng)中，計(jì)算計(jì)軟件系統(tǒng)主要存的問(wèn)題，是軟件系統(tǒng)缺少對(duì)整個(gè)工程理念、系統(tǒng)理念的軟件開(kāi)發(fā)大局觀，他們根據(jù)軟件的系統(tǒng)要求來(lái)開(kāi)發(fā)，導(dǎo)致開(kāi)發(fā)出來(lái)的軟件系統(tǒng)，未能結(jié)合用戶的實(shí)際情況和需求，不能提供更廣的選擇范圍和更多的非專業(yè)用戶，不能按用戶的實(shí)際需求量身開(kāi)發(fā)，從而滿足不了用戶的需求。

（四）軟件系統(tǒng)兼容性差

軟件系統(tǒng)兼容性差是機(jī)電一體化系統(tǒng)中的軟件系統(tǒng)存在的又一問(wèn)題，從而導(dǎo)致在軟年系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，重復(fù)性開(kāi)發(fā)，耗費(fèi)了大量的人力財(cái)力資源。軟件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員，應(yīng)對(duì)整個(gè)國(guó)內(nèi)機(jī)電行業(yè)和機(jī)電一體化的整體進(jìn)程有較為準(zhǔn)確的把握，然后根據(jù)這些情況，盡可能考慮到各個(gè)方面，開(kāi)發(fā)出一個(gè)較強(qiáng)的軟件使用平臺(tái)，然后再根據(jù)用戶的實(shí)際需求情況，在這個(gè)平臺(tái)上，作出部份修改，這樣的話，既提高了軟件系統(tǒng)的兼容性，也避免了重復(fù)開(kāi)發(fā)帶來(lái)的資源浪費(fèi)。

三、機(jī)電技術(shù)一系化系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)問(wèn)題解決措施

第一，提高更高級(jí)的編程語(yǔ)言在機(jī)電系統(tǒng)中的應(yīng)用率，這需要機(jī)電一體化領(lǐng)域和計(jì)算機(jī)領(lǐng)域更進(jìn)一步的融合；第二，需要有專門人員來(lái)研究機(jī)電一體化系統(tǒng)中，軟件模塊的開(kāi)發(fā)和封裝。以組件的概念來(lái)開(kāi)發(fā)軟件系統(tǒng)，研究如何劃分高內(nèi)聚低耦合的模塊，如何提供模塊的接口，如何盡可能提高軟件模塊的可重復(fù)利用率；第三，應(yīng)在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的軟件開(kāi)發(fā)中建立工程的概念。從可行性分析、需求分析到具體的設(shè)計(jì)，再到最后的封裝測(cè)試，嚴(yán)格按照工程學(xué)方法來(lái)指導(dǎo)軟件系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，形成良好的開(kāi)發(fā)工作流程。

四、機(jī)電一體化系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的展望

隨著機(jī)電一體化的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)制造和網(wǎng)絡(luò)合作發(fā)展迅速。人工智能飛速發(fā)展，自動(dòng)化程度要求越來(lái)越高，專業(yè)的劃分越來(lái)越細(xì)，現(xiàn)代控制理論越來(lái)越成熟，機(jī)電一體化系統(tǒng)需要更高效、更智能化、能提供更高安全性的語(yǔ)言來(lái)進(jìn)行其中的軟件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。提高機(jī)電一體化系統(tǒng)中軟件系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)效率，解決出現(xiàn)的一些問(wèn)題，還需要進(jìn)行更多的研究和兩個(gè)領(lǐng)域在更高層次上的融合。采用更高層的面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言如J烈，A等，它們?cè)诰W(wǎng)絡(luò)的領(lǐng)域可以說(shuō)是如魚(yú)得水，要讓它們更快的觸入到機(jī)電一體系統(tǒng)軟件的開(kāi)發(fā)中，從而開(kāi)發(fā)出更適合機(jī)電系統(tǒng)的編程語(yǔ)言，適應(yīng)機(jī)電系統(tǒng)中的軟件系統(tǒng)更高的要求和規(guī)范。

篇6

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)；軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)；生命周期法

21世紀(jì)已進(jìn)入了信息時(shí)代，計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)正處于高速發(fā)展的時(shí)期，在這樣的社會(huì)環(huán)境之下，也推動(dòng)了計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛快提升，被人們廣泛應(yīng)用于社會(huì)的各個(gè)方面，包括日常工作、學(xué)習(xí)等。計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)也得到專家學(xué)者們的廣泛關(guān)注。隨著改革的不斷深化，經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)進(jìn)步，人們的生活水平逐漸提高，于是人們有了更高的物質(zhì)和精神文化需求[1]。為了更好滿足人們的需求，就需要不斷創(chuàng)新計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)。

1計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)概述

計(jì)算機(jī)軟件可以大致劃分為系統(tǒng)軟件與應(yīng)用軟件兩大類別，系統(tǒng)軟件作為計(jì)算機(jī)硬件驅(qū)動(dòng)的基礎(chǔ)，滿足了用戶基本的使用需求。應(yīng)用軟件則主要針對(duì)不同用戶具體的使用需求而開(kāi)發(fā)的，例如游戲軟件、音樂(lè)軟件、視頻軟件。無(wú)論是系統(tǒng)軟件還是應(yīng)用軟件，都是通過(guò)計(jì)算機(jī)這一平臺(tái)為用戶提供服務(wù)，達(dá)到方便生活的目的。從用戶的角度來(lái)講，利用計(jì)算機(jī)主要利用的是計(jì)算機(jī)上的各種軟件。在20世紀(jì)六七十年代，主要通過(guò)手工的方式來(lái)開(kāi)發(fā)計(jì)算機(jī)軟件，出錯(cuò)率較高、生產(chǎn)效率低下，不能滿足人們的需要。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，人們意識(shí)到需要一種特定規(guī)范的文檔來(lái)確保計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)的程序設(shè)計(jì)、調(diào)試和運(yùn)行[2]。

2計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)的特點(diǎn)

計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)由系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件構(gòu)成，其中系統(tǒng)軟件是計(jì)算機(jī)本身必備的軟件，其是保證和支持計(jì)算機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的重要保障。應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)中心在于滿足用戶的使用需求，例如音樂(lè)軟件、視頻軟件在多數(shù)情況是為了幫助用戶獲得更好的娛樂(lè)體驗(yàn)，因此與系統(tǒng)軟件相比，應(yīng)用軟件有著更好的實(shí)用性，能夠滿足人們的一些需求。本文提到的計(jì)算機(jī)軟件既指應(yīng)用軟件又指系統(tǒng)軟件[1]。計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)有以下幾個(gè)特點(diǎn)。（1）計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)工作必須著眼于實(shí)際需求，提升系統(tǒng)軟件與應(yīng)用軟件的使用價(jià)值，滿足人們的一些需求。在軟件開(kāi)發(fā)完成后，借助于基本的軟件框架，發(fā)掘軟件的社會(huì)價(jià)值，推動(dòng)計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)工作的深入進(jìn)行。（2）計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)是一項(xiàng)精細(xì)度極高的技術(shù)，所以在研發(fā)過(guò)程中，工作人員必須要仔細(xì)入微[2]。（3）計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)必須要遵循一定的原則，比如在研發(fā)過(guò)程中必須要確保所研發(fā)軟件的質(zhì)量與性能，盡可能研發(fā)設(shè)計(jì)一些先進(jìn)的產(chǎn)品，而不是別人做什么，自己就做什么。在研發(fā)出一個(gè)新的軟件之后必須要先進(jìn)行嚴(yán)格的評(píng)估和檢測(cè)，才能投放到市場(chǎng)中，以避免一些不必要的麻煩[1]。

3計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)的重要性

計(jì)算機(jī)軟件極大便利了人們的生活，它所起到的作用也是顯而易見(jiàn)的，如人們?cè)诠ぷ髦羞\(yùn)用的各種辦公軟件，如今已成為人們工作中必不可少的一部分[2]。計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)的重要性主要包括以下三個(gè)方面：推動(dòng)信息時(shí)代的到來(lái)；是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的不竭動(dòng)力；是計(jì)算機(jī)行業(yè)和軟件行業(yè)發(fā)展的源泉。第一，現(xiàn)階段企業(yè)在運(yùn)營(yíng)管理的過(guò)程中，著力構(gòu)建信息數(shù)據(jù)管理機(jī)制，將其作為企業(yè)管理的核心。計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)極大提高了信息傳輸和資源交流的速度，也使得人們有更多的渠道來(lái)獲取信息。計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)工作獲得了較為充足的發(fā)展空間與各項(xiàng)資源，滿足了軟件開(kāi)發(fā)工作中的各項(xiàng)基本需求，實(shí)現(xiàn)了企業(yè)管理的信息化。第二，以網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)，打破了空間與時(shí)間的局限，能夠進(jìn)行跨地區(qū)的交流溝通，極大便利了人們的生活。同時(shí)計(jì)算機(jī)軟件服務(wù)能力的提升在很大程度上也推動(dòng)了現(xiàn)代化網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，催生出一大批新的計(jì)算機(jī)發(fā)展模式[1]。第三，以計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)為起點(diǎn)，軟件類型日益細(xì)化，在滿足人們不同使用需求的同時(shí)，也為計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)自身獲取了足夠的空間，促進(jìn)了計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)產(chǎn)業(yè)的健康持續(xù)發(fā)展。

4計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)的方式

經(jīng)過(guò)科研人員的不斷探索與研究，計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)已走向成熟階段，現(xiàn)已形成多種比較成熟的研發(fā)方式。目前計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)主要有以下幾種方法。

4.1原型化方法

在研發(fā)部分軟件的過(guò)程中，對(duì)于軟件開(kāi)發(fā)方向以及方法可能缺少必要的規(guī)劃，面對(duì)這種情況，為了確保軟件開(kāi)發(fā)工作順利進(jìn)行，可以采取原型化法。原型化方法指的是在研發(fā)的初級(jí)階段，通過(guò)對(duì)用戶軟件使用需求的客觀分析，建立軟件模型，在原型建立完成后，與相關(guān)企業(yè)進(jìn)行對(duì)接，進(jìn)行軟件的微調(diào)。原型化方法的優(yōu)勢(shì)在于將用戶需求與開(kāi)發(fā)工作進(jìn)行緊密結(jié)合，提升了軟件開(kāi)發(fā)工作的針對(duì)性與有效性，這樣就可以省去中間一些不必要的環(huán)節(jié)，在一定意義也降低了研發(fā)的成本。然而這種方法也存在一定的劣勢(shì)，就是不能用來(lái)研發(fā)大規(guī)模的系統(tǒng)，因?yàn)檫@種方式過(guò)于繁瑣，在一定程度上會(huì)降低計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)的研發(fā)效率，就算研發(fā)成功，將來(lái)的維護(hù)工作也會(huì)很難開(kāi)展[3]。

4.2計(jì)算機(jī)軟件生命周期法

計(jì)算機(jī)軟件生命周期法是軟件開(kāi)發(fā)人員研發(fā)軟件最常用的一種方式，相比于原型化方法，計(jì)算機(jī)軟件生命周期法可以用于研發(fā)大型的軟件系統(tǒng)。在運(yùn)用生命周期法時(shí)，在正式研發(fā)之前，設(shè)計(jì)師會(huì)對(duì)所要設(shè)計(jì)的軟件系統(tǒng)的功能和結(jié)構(gòu)進(jìn)行宏觀布局和整體規(guī)劃[4]。除此之外，還需要制作詳細(xì)的研發(fā)設(shè)計(jì)工作計(jì)劃報(bào)告。計(jì)算機(jī)軟件生命周期法的優(yōu)勢(shì)在于可以對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)研發(fā)工作進(jìn)行合理的整體布局和規(guī)劃，把大型計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難度平均化，并且對(duì)研發(fā)的時(shí)間有較好的把控。

4.3自動(dòng)形式的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)法

軟件開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)人員在運(yùn)用自動(dòng)形式的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)法的過(guò)程中，需要對(duì)軟件的基本需求、運(yùn)行模式進(jìn)行必要的分析，在通常情況下，如果不進(jìn)行說(shuō)明，在實(shí)際研發(fā)的過(guò)程中，為了保證研發(fā)工作的質(zhì)量，技術(shù)人員可以通過(guò)編程的方式開(kāi)發(fā)軟件。

5計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)的應(yīng)用

計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)的開(kāi)發(fā)主要是為了便利人們的生活，如何最大限度提高計(jì)算機(jī)軟件的使用價(jià)值值得考慮[3]。計(jì)算機(jī)軟件的開(kāi)發(fā)都是為了更好地服務(wù)人類，在軟件的開(kāi)發(fā)過(guò)程中研發(fā)人員的專業(yè)素養(yǎng)越來(lái)越高，所以，在計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中應(yīng)以人為本，立足于市場(chǎng)的需求，再進(jìn)行軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研發(fā)，不斷地提高計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)的實(shí)用價(jià)值。

6計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)的展望

第一，計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)正在向網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，并且這也是未來(lái)的一種發(fā)展趨勢(shì)。計(jì)算機(jī)軟件也算是網(wǎng)絡(luò)的一種形式，所以計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)化對(duì)整個(gè)計(jì)算機(jī)大行業(yè)的發(fā)展有重要意義。網(wǎng)絡(luò)化也給計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)提供了巨大的便利，所以，計(jì)算機(jī)軟件的開(kāi)發(fā)技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)化的開(kāi)發(fā)技術(shù)[5]。第二，計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)的根本目的是服務(wù)人類、服務(wù)社會(huì)，提高人們的工作效率和生活質(zhì)量。所以在以后的研發(fā)過(guò)程中，必須要以客戶為主要的服務(wù)對(duì)象，最大限度滿足客戶的需要，提供全面的服務(wù)。在計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)的過(guò)程中采用先進(jìn)的理念和技術(shù)，這也是計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)的趨勢(shì)。

7結(jié)語(yǔ)

計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)的應(yīng)用是一個(gè)全方位的過(guò)程，需要技術(shù)人員以及相關(guān)工作者以現(xiàn)有的技術(shù)為基本框架，從多個(gè)角度出發(fā)，采取多種開(kāi)發(fā)手段開(kāi)發(fā)計(jì)算機(jī)軟件[5]。通過(guò)這種方式，滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及日常生活中對(duì)于計(jì)算機(jī)軟件的使用需求，促進(jìn)整個(gè)計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)產(chǎn)業(yè)的健康快速發(fā)展。

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篇7

【關(guān)鍵詞】分層技術(shù) 計(jì)算機(jī)軟件 開(kāi)發(fā)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新與發(fā)展，促進(jìn)了計(jì)算機(jī)軟件應(yīng)用的發(fā)展。其中，計(jì)算機(jī)軟件的開(kāi)發(fā)，正逐漸由先前的二層次結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)槎鄬哟蔚慕Y(jié)構(gòu)，正成為與此領(lǐng)域相關(guān)軟件開(kāi)發(fā)人員研究的關(guān)鍵內(nèi)容?，F(xiàn)如今，計(jì)算機(jī)使用環(huán)境越來(lái)越復(fù)雜，在計(jì)算機(jī)軟件的開(kāi)發(fā)中使用分層技術(shù)，能夠不斷的提高軟件系統(tǒng)的完整清晰的程度，并不斷提高計(jì)算機(jī)中相關(guān)的軟件使用的靈活性，不斷促進(jìn)計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)的發(fā)展。

一、計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)中的分層技術(shù)的概述

要研究分層技術(shù)在計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)的應(yīng)用措施，明確分層技術(shù)的相關(guān)理論和概念是非常重要的。分層不僅是物理學(xué)會(huì)說(shuō)那個(gè)的含義，也是計(jì)算機(jī)軟件領(lǐng)域的含義，而且較物理含義更加的復(fù)雜。計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)中的分層概念是把具有不同過(guò)程的解決方案放置到多個(gè)不同的概念層面上，使整個(gè)層次形成一個(gè)不夠密封的系統(tǒng)，每一個(gè)層次在級(jí)別上具有平等性。分層技術(shù)是計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)中的發(fā)展趨勢(shì)，主要因?yàn)榉謱蛹夹g(shù)有利于計(jì)算機(jī)軟件的開(kāi)發(fā)工作。生產(chǎn)出高質(zhì)量并滿足消費(fèi)者需求的軟件產(chǎn)品是計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)最重要的目的，而對(duì)于計(jì)算機(jī)軟件的開(kāi)發(fā)工作，為了提高使用效率減少工作時(shí)間，可以使用經(jīng)過(guò)檢測(cè)的構(gòu)建來(lái)建立計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)，還可以確保軟件的高質(zhì)量。建算計(jì)軟件開(kāi)發(fā)中使用的分層技術(shù)能夠加快整個(gè)軟件系統(tǒng)的抽象化發(fā)展，不斷將軟件系統(tǒng)中的復(fù)雜部分轉(zhuǎn)變到軟件的設(shè)計(jì)當(dāng)中。而且如果計(jì)算機(jī)軟件的開(kāi)發(fā)中使用了分層技術(shù)就能夠使軟件具有良好的擴(kuò)展性和穩(wěn)定性，其中一個(gè)層次如果發(fā)生了變化則不會(huì)影響到整體的變化。

二、計(jì)算機(jī)層次軟件及其優(yōu)點(diǎn)

開(kāi)發(fā)高質(zhì)量軟件產(chǎn)品是計(jì)算機(jī)軟件工程的目標(biāo)，軟件系統(tǒng)經(jīng)過(guò)分解成各構(gòu)件模塊，高層次構(gòu)建被認(rèn)為特定領(lǐng)域構(gòu)件，低層次構(gòu)建僅與數(shù)據(jù)庫(kù)或者物理硬件相關(guān)聯(lián)，提供一些通用的算法可被認(rèn)為公共的服務(wù)構(gòu)件，不同軟件系統(tǒng)當(dāng)中均可應(yīng)用低層次構(gòu)件。在計(jì)算機(jī)軟件結(jié)構(gòu)中，層次的劃分近視籠統(tǒng)的概念，并沒(méi)有嚴(yán)格意義上的層次關(guān)系，各構(gòu)件內(nèi)部的層僅僅是上下層的依賴關(guān)系，計(jì)算機(jī)軟件的系統(tǒng)層次化，粗略角度來(lái)看，是多層次構(gòu)件的聚集，細(xì)致角度來(lái)看，才具有內(nèi)部層次關(guān)系，層次技術(shù)應(yīng)用很大程度上是為了軟件開(kāi)發(fā)中復(fù)用。運(yùn)用分層模式，可以讓軟件系統(tǒng)具有良好的可擴(kuò)展性，系統(tǒng)某層功能變化僅僅與上下層有關(guān)而不影響去他層。分層模式也支持計(jì)算機(jī)軟件的復(fù)用，現(xiàn)在有很多標(biāo)準(zhǔn)組織是運(yùn)用分層模式來(lái)定義功能層次的接口，對(duì)實(shí)現(xiàn)方法并不給與具體限制，能讓不同軟件實(shí)施自行開(kāi)發(fā)。

三、分層技術(shù)在計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用

（一）雙層技術(shù)的應(yīng)用

在計(jì)算機(jī)軟件的開(kāi)發(fā)應(yīng)用中，分成技術(shù)主要是由雙層技術(shù)逐漸發(fā)展為三層、四層甚至更多層次，不斷縮短了軟件開(kāi)發(fā)所使用的時(shí)間以及提高軟件開(kāi)發(fā)的效率。對(duì)于雙層技術(shù)在計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用，主要有兩個(gè)端點(diǎn)即客戶端和服務(wù)器。先由客戶端提高用戶可以使用的界面，來(lái)幫助其中出現(xiàn)的相關(guān)聯(lián)系，然后由服務(wù)器來(lái)接受來(lái)自于客戶的信息，通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)項(xiàng)相關(guān)的計(jì)算和總結(jié)之后傳送給客戶端來(lái)使用。雙層技術(shù)的工作理論是要想提高計(jì)算機(jī)工作的效率需要具備兩個(gè)條件：用戶使用的服務(wù)器具有良好的使用效能，而且使用的用戶數(shù)量少。如果不滿足這兩個(gè)條件會(huì)使用戶增多，從而促使計(jì)算機(jī)大量工作，軟件系統(tǒng)使用中會(huì)出現(xiàn)大量錯(cuò)誤，計(jì)算的反應(yīng)時(shí)間變長(zhǎng)，從而會(huì)導(dǎo)致成本增加。

（二）三層技術(shù)的應(yīng)用

三層技術(shù)在計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用建立在雙層技術(shù)的基礎(chǔ)之上，不斷進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新，它增加了應(yīng)用服務(wù)器，這種應(yīng)用服務(wù)器的作用主要是幫助計(jì)算機(jī)使用者進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)并且不斷地提高計(jì)算機(jī)信息訪問(wèn)效率。這種三層的結(jié)構(gòu)主要包含業(yè)務(wù)處理層次、數(shù)據(jù)層次、界面層次等，整個(gè)過(guò)程可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)負(fù)擔(dān)的減輕目的，同時(shí)可以不斷地提高計(jì)算機(jī)的工作效率。然而三層技術(shù)在計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)匯總?cè)匀淮嬖诓簧賳?wèn)題，仍然需要將三層技術(shù)和雙層技術(shù)相結(jié)合使用。

（三）四層技術(shù)的應(yīng)用

在計(jì)算機(jī)軟件的開(kāi)發(fā)中，雙層和三層技術(shù)都很難應(yīng)對(duì)計(jì)算機(jī)使用復(fù)雜的環(huán)境，因此需要將三層技術(shù)逐漸的向四層技術(shù)發(fā)展，其中四層技術(shù)主要包括web層、數(shù)據(jù)庫(kù)層、存儲(chǔ)層、以及業(yè)務(wù)處理層。業(yè)務(wù)層主要是向web層傳送數(shù)據(jù)庫(kù)層中處理出來(lái)的結(jié)果，之后再通過(guò)進(jìn)行數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間的交換工作。而數(shù)據(jù)庫(kù)層是位于業(yè)務(wù)處理邏輯層和存儲(chǔ)層兩個(gè)層次之間的，它用隱藏?cái)?shù)據(jù)訪問(wèn)的代碼反映出數(shù)據(jù)庫(kù)和計(jì)算機(jī)對(duì)象之間的關(guān)系，能夠有效的幫助解決在關(guān)系和對(duì)象之間出現(xiàn)的差異匹配的問(wèn)題。

（四）中間件技術(shù)的應(yīng)用

中間件技術(shù)的應(yīng)用主要是在計(jì)算機(jī)運(yùn)行的環(huán)境中幫助計(jì)算機(jī)與各系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。正確使用中間件技術(shù)能夠減少在異構(gòu)和分布集成匯總存在的各種復(fù)雜問(wèn)題，而且可以極大地降低整個(gè)計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)的難度。并且中間技術(shù)的應(yīng)用有著很大的優(yōu)勢(shì)是其能夠?qū)⒉僮飨到y(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)、應(yīng)用軟件之間的關(guān)系進(jìn)行科學(xué)的優(yōu)化，同時(shí)減少計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)的時(shí)間并不斷提高軟件運(yùn)行的安全性。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)工作面對(duì)不斷增加的用戶需求和越來(lái)越復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，需要在計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)中不斷應(yīng)用分層技術(shù)。不斷提高計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)的效率、縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間，同時(shí)降低軟件的開(kāi)發(fā)成本。

參考文獻(xiàn)：

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篇8

1計(jì)算機(jī)技術(shù)在煤礦企業(yè)安全管理中的應(yīng)用分析

1.1計(jì)算機(jī)技術(shù)在瓦斯安全監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)中的應(yīng)用

對(duì)于煤礦企業(yè)而言，其可供選擇的瓦斯安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的類型相當(dāng)多，但是，應(yīng)當(dāng)注意的是，對(duì)于不同的瓦斯安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)類型而言，其之間的結(jié)構(gòu)差異也相當(dāng)大，因此，其間的功能也具有較大的差別。此外，整體來(lái)看，瓦斯安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要是由傳感器、井下分站、地面中心站以及傳輸設(shè)備等部分構(gòu)成，傳感器主要負(fù)責(zé)對(duì)信息進(jìn)行采集，井下分站主要負(fù)責(zé)進(jìn)行信息的處理，而地面中心站負(fù)責(zé)的是信息的輸出，傳輸設(shè)備則負(fù)責(zé)信息的傳輸。

1.2計(jì)算機(jī)技術(shù)在礦井通風(fēng)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用

通常而言，煤礦礦井通風(fēng)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及其相關(guān)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)基本保持一致，對(duì)于其構(gòu)成而言，同瓦斯安全監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)相同，均由傳感器、井下分站、地面中心站以及傳輸設(shè)備等部分構(gòu)成。目前，在多數(shù)煤礦企業(yè)中，礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)同其安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是作為一個(gè)整體存在和發(fā)展的，這主要是由于此系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)模擬、仿真及其網(wǎng)絡(luò)等相關(guān)技術(shù)為基礎(chǔ)的，同時(shí)還同煤礦安全管理方面的其他監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了結(jié)合。此外，此系統(tǒng)還通過(guò)開(kāi)展此系統(tǒng)的安全性評(píng)價(jià)以及動(dòng)態(tài)模擬技術(shù)在此系統(tǒng)中的應(yīng)用等方面的研究，而實(shí)現(xiàn)瓦斯礦井以及其他方面的安全可靠性等方面的要求，并最終實(shí)現(xiàn)煤礦企業(yè)風(fēng)流控制以及救災(zāi)決策的高效性和科學(xué)性。

1.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在礦井礦壓安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用

通常而言，煤礦礦井礦壓安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要包含了如下幾個(gè)部分：礦壓傳感器、傳輸設(shè)備以及地面計(jì)算機(jī)。對(duì)于礦壓傳感器而言，其通常是液壓支架上一個(gè)相當(dāng)重要的壓力信號(hào)，因而可在同一采區(qū)進(jìn)行多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的設(shè)置以實(shí)現(xiàn)對(duì)各種實(shí)際情況進(jìn)行檢測(cè)的目的。此外，還可以通過(guò)對(duì)井下的多個(gè)站點(diǎn)來(lái)對(duì)多臺(tái)傳感器進(jìn)行聯(lián)接。對(duì)于地面計(jì)算機(jī)而言，其主要負(fù)責(zé)對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的礦壓值進(jìn)行檢測(cè)和處理。

2煤礦企業(yè)的安全信息管理系統(tǒng)研究

對(duì)于煤礦企業(yè)而言，構(gòu)建其安全信息管理系統(tǒng)必須作為一項(xiàng)長(zhǎng)期的工作來(lái)進(jìn)行，必須以企業(yè)中長(zhǎng)期的發(fā)展規(guī)劃為依據(jù)，通過(guò)循序漸進(jìn)的方式來(lái)進(jìn)行安全信息系統(tǒng)的建立，此外，還應(yīng)注意觀念轉(zhuǎn)變、信息化團(tuán)隊(duì)的建設(shè)以及煤礦企業(yè)管理等的基礎(chǔ)性工作。

2.1煤礦企業(yè)安全信息管理系統(tǒng)的構(gòu)成分析

煤礦企業(yè)的安全信息管理系統(tǒng)主要包括管理干部、現(xiàn)場(chǎng)班組長(zhǎng)自查以及安檢員現(xiàn)場(chǎng)等三大隱患排查子系統(tǒng)，"三違"、地面專業(yè)公司干部走動(dòng)式、氣體異常區(qū)域、信息閉合等管理子系統(tǒng)，還有區(qū)隊(duì)副職跟班、青安崗上崗、群監(jiān)員上崗等考核子系統(tǒng)，以及施工規(guī)程措施傳達(dá)，隱患及"三違"比率圖表分析、權(quán)限任務(wù)模塊和短信息平臺(tái)等十四個(gè)子系統(tǒng)所構(gòu)成。此系統(tǒng)的功能即對(duì)各級(jí)管理部門干部的情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、記錄及其考核，其中，主要涉及到機(jī)關(guān)科室、"四大員"、區(qū)隊(duì)副職、群監(jiān)員、跟班安監(jiān)員、青安崗員、采掘區(qū)隊(duì)班組長(zhǎng)以及地面專業(yè)公司等干部或者管理相關(guān)人員的動(dòng)態(tài)管理情況，因而實(shí)現(xiàn)了對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的安全隱患及其落實(shí)和閉合等情況，"三違"情況、規(guī)程的制訂、審批及其學(xué)習(xí)等情況，以及對(duì)瓦斯的檢查及其氣體方面的監(jiān)測(cè)等情況的同時(shí)記錄。此外，通過(guò)此系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)管理人員方面各級(jí)信息之間的傳遞，以及信息考核方面的全面性和自動(dòng)性，滿足了安全隱患方面的閉合性及其共享性等方面的要求。

2.2煤礦企業(yè)安全信息管理系統(tǒng)的流程控制分析

對(duì)于煤礦企業(yè)而言，其安全信息管理系統(tǒng)的流程控制方面的情況如下：首先是管理等相關(guān)人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)所檢查情況及其安全隱患和"三違"等情況的填報(bào)；其次是信息員對(duì)其進(jìn)行采集并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳遞至基層單位，并通過(guò)基層單位進(jìn)行下單和落實(shí)；再次是基層單位對(duì)現(xiàn)場(chǎng)相關(guān)工作人員進(jìn)行整改，并對(duì)整改的情況進(jìn)行回復(fù)；此外，檢查人員受到信息提示并對(duì)隱患情況以及現(xiàn)場(chǎng)的整改情況通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行抽查；最后即進(jìn)行書(shū)面材料的整理及其礦黨政的上報(bào)與審閱。

2.3煤礦企業(yè)安全信息管理系統(tǒng)功能的特點(diǎn)分析

安全信息管理系統(tǒng)對(duì)安全隱患進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)定的設(shè)定，并對(duì)安全隱患的落實(shí)與閉合進(jìn)行了完善。此外，系統(tǒng)還對(duì)安全信息閉合管理制度進(jìn)行了完善，并針對(duì)安全隱患進(jìn)行了有效的管理系統(tǒng)的構(gòu)建，對(duì)"三違"情況的管理過(guò)程處罰有據(jù)。系統(tǒng)對(duì)"三違"比率進(jìn)行了考核，并對(duì)安全隱患以及"三違"比率圖表進(jìn)行了分析系統(tǒng)的構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)了對(duì)區(qū)隊(duì)交接班的時(shí)刻監(jiān)控，針對(duì)副職跟班考核等相關(guān)子系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)立。系統(tǒng)進(jìn)一步加強(qiáng)了地面安全的管理工作及其地面干部的考核工作，并進(jìn)行了權(quán)限、短信息平臺(tái)等的設(shè)置和設(shè)立。同時(shí)，進(jìn)行了意見(jiàn)反饋系統(tǒng)的增設(shè)，實(shí)現(xiàn)了信息溝通平臺(tái)的進(jìn)一步擴(kuò)展。

2.4煤礦企業(yè)安全信息管理系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)分析

通過(guò)煤礦企業(yè)安全信息管理系統(tǒng)的構(gòu)建，不僅實(shí)現(xiàn)了全礦管理人員對(duì)各級(jí)所負(fù)責(zé)安全隱患信息的集中收集與處理，還借助于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)通過(guò)最快捷的方式傳遞到了煤礦企業(yè)黨政領(lǐng)導(dǎo)及基層單位面前，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)安全隱患的及時(shí)掌握，從而滿足了隱患的閉合式循環(huán)等方面的相關(guān)要求。此外，還將隱患進(jìn)行了明確的分類，并明確了"三違"情況的界定標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)"三違"人員的罰款及其返還等情況進(jìn)行了動(dòng)態(tài)地考核，因而實(shí)現(xiàn)了對(duì)安全隱患的統(tǒng)計(jì)以及分析等流程的簡(jiǎn)化。此外，還對(duì)"三違"的比率進(jìn)行了考核，對(duì)于相關(guān)員工而言起到了監(jiān)督的作用。待安全隱患落實(shí)后，還會(huì)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行隱患閉合的形成，并同時(shí)對(duì)相關(guān)檢查人員進(jìn)行短信的發(fā)送，因而真正實(shí)現(xiàn)了責(zé)任到人的目的。

篇9

關(guān)鍵詞：云計(jì)算 關(guān)鍵技術(shù) 發(fā)展前景

中圖分類號(hào)：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2013）08-0242-01

1 引言

隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展深入，各種新興的應(yīng)用也開(kāi)始逐漸興起。計(jì)算資源、數(shù)據(jù)資源、軟件資源等等資源的累積雖然豐富了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)資源，但是還是存在著利用率較低的情況。為了解決這一問(wèn)題，經(jīng)過(guò)了網(wǎng)格計(jì)算整合大量閑散資源的歷程，現(xiàn)今的提高數(shù)據(jù)中心的利用率，增強(qiáng)服務(wù)質(zhì)量的云計(jì)算開(kāi)始成為了網(wǎng)絡(luò)計(jì)算新模式。

2 何謂云計(jì)算

云計(jì)算實(shí)質(zhì)上最早出現(xiàn)于John McCrthy這位計(jì)算機(jī)先驅(qū)者的語(yǔ)言中，正是由于這一預(yù)言，計(jì)算機(jī)研究者們開(kāi)始進(jìn)行了大量的計(jì)算模式，最終形成了云計(jì)算技術(shù)。對(duì)于云計(jì)算的定義，并沒(méi)有一個(gè)規(guī)范性的標(biāo)準(zhǔn)。例如以美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院對(duì)其的定時(shí)是認(rèn)為云計(jì)算是一種通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)來(lái)對(duì)資源共享池的訪問(wèn)，并進(jìn)行大量計(jì)算的模式。維基百科對(duì)云計(jì)算的基本定義為云計(jì)算是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算方式，通過(guò)這種方式，共享的軟硬件資源和信息可以按需求提供給計(jì)算機(jī)和其他設(shè)備[1]。云計(jì)算首先提供的是一種“服務(wù)”，用戶能夠快速的獲取自身所需；其次是保證了數(shù)據(jù)冗余和分布式存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；再則則是通過(guò)云計(jì)算系統(tǒng)來(lái)提高整個(gè)編程模型。云計(jì)算能夠根據(jù)工作負(fù)荷的大小來(lái)動(dòng)態(tài)的分配資源，通過(guò)大規(guī)模資源池的共享，來(lái)提高資源的利用率，保證了運(yùn)行成本的下降。

3 云計(jì)算的關(guān)鍵技術(shù)

云計(jì)算作為一種新型的計(jì)算方式，給互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展提供了強(qiáng)大的基礎(chǔ)。云計(jì)算極大降低了互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)及其運(yùn)用維護(hù)成本，降低了資源的浪費(fèi)，推動(dòng)了各個(gè)行業(yè)信息化的發(fā)展建設(shè)。云計(jì)算為了實(shí)現(xiàn)其功能，在數(shù)據(jù)中心、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、云安全上擁有其關(guān)鍵的核心技術(shù)。

3.1 數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)

云計(jì)算中的資源數(shù)量龐大，消耗電能的數(shù)量據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)50000個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)每年的耗電量大約在1億千瓦時(shí)。為了響應(yīng)綠色節(jié)能號(hào)召，解決能耗利用率問(wèn)題，實(shí)施綠色環(huán)保節(jié)能技術(shù)。云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的能耗主要在設(shè)備和冷卻裝置中，針對(duì)這一想象，計(jì)算機(jī)設(shè)備可以通過(guò)數(shù)據(jù)中心虛擬化的自適應(yīng)能耗管理系統(tǒng)來(lái)解決能耗的管理能力，另外也可以提高和控制CPU的頻率來(lái)達(dá)到；冷卻裝置則可以通過(guò)建立多層次的數(shù)據(jù)中心來(lái)實(shí)現(xiàn)冷卻裝置的設(shè)計(jì)，考慮到空氣流、空間大小、熱交換等因素，提高數(shù)據(jù)中心布局的合理性。

3.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)

云計(jì)算是一種采用分布式、并行和網(wǎng)格是來(lái)存儲(chǔ)數(shù)的一種計(jì)算方式，同一份數(shù)據(jù)通過(guò)多個(gè)副本的方式進(jìn)行存儲(chǔ)[2]。云計(jì)算能夠滿足大量用戶需要，同時(shí)向用戶提供服務(wù)。云計(jì)算的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)基本上都是以HDFS的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)，其中GFS是比較經(jīng)典的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)。GFS采用分布式數(shù)據(jù)密集型計(jì)算來(lái)形成文件系統(tǒng)，通過(guò)冗余存儲(chǔ)的方式，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，運(yùn)用數(shù)據(jù)的多個(gè)副本，保證數(shù)據(jù)的一致性，從而達(dá)到高性能服務(wù)。

3.3 云安全技術(shù)

作為計(jì)算技術(shù)體系演進(jìn)的新階段，云計(jì)算時(shí)代的到來(lái)正在打破以往形成的產(chǎn)業(yè)格局甚至是政府監(jiān)管的傳統(tǒng)方式，特別是棱鏡門暴露出來(lái)的數(shù)據(jù)安全問(wèn)題尤其讓人擔(dān)憂。云安全融合了網(wǎng)格計(jì)算、并行技術(shù)、未知病毒判別等最新的信息安全概念和技術(shù)，成為了信息安全的全新體現(xiàn)。云安全通過(guò)網(wǎng)狀的客戶端對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的異常行為進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并把這些問(wèn)題及時(shí)地輸送到服務(wù)端進(jìn)行處理，把處理結(jié)果發(fā)送到客戶端，保證操作的安全性。

云計(jì)算是一個(gè)龐大的計(jì)算系統(tǒng)，關(guān)于云計(jì)算的關(guān)鍵技術(shù)還有數(shù)據(jù)管理技術(shù)、人物管理技術(shù)、虛擬機(jī)技術(shù)等，本文不一一列舉說(shuō)明。

4 云計(jì)算的發(fā)展前景分析

云計(jì)算作為互聯(lián)網(wǎng)變革的核心組成部分，對(duì)于整個(gè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到了至關(guān)重要的作用。云計(jì)算的推廣普及已逐漸形成規(guī)模，尤其是其關(guān)鍵技術(shù)所促進(jìn)的虛擬化、存儲(chǔ)和安全，促進(jìn)了云計(jì)算的更加成熟與廣泛應(yīng)用。云計(jì)算不僅對(duì)企業(yè)、個(gè)人，甚至對(duì)于社會(huì)都造成了巨大的影響。云計(jì)算把互聯(lián)網(wǎng)公司的商業(yè)模式逐漸變?yōu)檐浖姆?wù)型服務(wù)，帶動(dòng)了商業(yè)理念的改變。同時(shí)為個(gè)人的應(yīng)用提供了較多的便利，多人協(xié)作辦公、任何地點(diǎn)隨時(shí)訪問(wèn)、訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)條件的PC等都可以通過(guò)云計(jì)算實(shí)現(xiàn)。但若干對(duì)于整個(gè)社會(huì)來(lái)說(shuō)，云計(jì)算促進(jìn)了整個(gè)信息化時(shí)代的到來(lái)，為提供企業(yè)信息化，推動(dòng)信息系統(tǒng)向高效低能的綠色環(huán)保方向發(fā)展[3]。

參考文獻(xiàn)

[1]維基百科.云端運(yùn)算http：///.

篇10

關(guān)鍵詞：云計(jì)算技術(shù)；分布存儲(chǔ)技術(shù)；數(shù)據(jù)處理

DOIDOI：10.11907/rjdk.161889

中圖分類號(hào)：TP319

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)文章編號(hào)：16727800（2016）011016104

0 引言

當(dāng)前，計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)和通訊技術(shù)的發(fā)展成為全球社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、科技發(fā)展的重要推動(dòng)力，它們已經(jīng)融入到了人們生產(chǎn)生活的各個(gè)環(huán)節(jié)。隨著對(duì)其應(yīng)用程度的逐漸深入，各領(lǐng)域需要存儲(chǔ)和處理的數(shù)據(jù)規(guī)模愈來(lái)愈大，這給相關(guān)技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。云計(jì)算技術(shù)是計(jì)算機(jī)、存儲(chǔ)和通訊技術(shù)發(fā)展到一定階段后自然而然形成的一種新的計(jì)算模型，其在數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存和處理上與個(gè)人PC機(jī)有非常大的區(qū)別。它通過(guò)現(xiàn)代“互聯(lián)網(wǎng)+機(jī)器設(shè)備”構(gòu)建了一個(gè)龐大的數(shù)據(jù)中心庫(kù)，并以此為基礎(chǔ)向各領(lǐng)域提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、處理、分析以及計(jì)算服務(wù)。整個(gè)云計(jì)算系統(tǒng)的中心是數(shù)據(jù)中心，而對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理、存儲(chǔ)以及組織的分布存儲(chǔ)技術(shù)又是數(shù)據(jù)中心的關(guān)鍵。可以說(shuō)，分布存儲(chǔ)技術(shù)水平直接決定了云計(jì)算的整體水平。然而，目前分布存儲(chǔ)技術(shù)難擴(kuò)展、高成本、低容錯(cuò)的特性極大地限制了云計(jì)算技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展。因此，分布存儲(chǔ)技術(shù)的研究成為當(dāng)前云計(jì)算技術(shù)研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。

1 分布存儲(chǔ)技術(shù)產(chǎn)生背景

隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用的逐漸深入，海量數(shù)據(jù)隨之產(chǎn)生，單一的PC機(jī)或者服務(wù)器已難以滿足人們對(duì)數(shù)據(jù)處理的需求。因此，解決當(dāng)前更大規(guī)模數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與數(shù)據(jù)計(jì)算的云計(jì)算技術(shù)應(yīng)時(shí)而生[1]。

云計(jì)算環(huán)境下的分布存儲(chǔ)技術(shù)指用戶為了實(shí)現(xiàn)自己存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的目標(biāo)，通過(guò)購(gòu)買或租賃等手段，獲得互聯(lián)網(wǎng)空間，進(jìn)而滿足自己對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和計(jì)算需求。在云計(jì)算環(huán)境下，數(shù)據(jù)中心會(huì)對(duì)儲(chǔ)存在其內(nèi)部節(jié)點(diǎn)上的數(shù)據(jù)進(jìn)行有序編排，通過(guò)專用的端口將用戶需要的數(shù)據(jù)傳輸給用戶，同時(shí)用戶也能通過(guò)該端口將需要存儲(chǔ)和處理的數(shù)據(jù)傳輸?shù)阶约嘿?gòu)買的互聯(lián)網(wǎng)空間中。通俗來(lái)講，云計(jì)算就是以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，能夠使人們分享基礎(chǔ)資源的計(jì)算模型。

2 云計(jì)算環(huán)境下的分布存儲(chǔ)技術(shù)分析

2.1 容錯(cuò)性技術(shù)分析

傳統(tǒng)情況下，采取RAID來(lái)提升存儲(chǔ)技術(shù)的容錯(cuò)性，但這樣的技術(shù)提升手段要求使用高性能的服務(wù)器，同時(shí)使用更加專業(yè)的存儲(chǔ)設(shè)備。因此，這種提升存儲(chǔ)容錯(cuò)性的手段會(huì)使成本大幅度提升，極大降低了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。但是，采用這種技術(shù)提升數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的容錯(cuò)性時(shí)，時(shí)常發(fā)生存儲(chǔ)失誤或錯(cuò)誤的情況，給企業(yè)和用戶造成了巨大損失，嚴(yán)重阻礙了云計(jì)算技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用。

2.2 可擴(kuò)展性分析

提高存儲(chǔ)可擴(kuò)展性的最常用手段是預(yù)留冗余磁盤空間，這種提升手段適用于常規(guī)的存儲(chǔ)技術(shù)。然而，目前云計(jì)算環(huán)境下所需儲(chǔ)存和處理的數(shù)據(jù)達(dá)到了EB級(jí)別，在這種情況下，采取傳統(tǒng)預(yù)留冗余磁盤空間的手段已經(jīng)無(wú)法適應(yīng)當(dāng)前需要。

2.3 成本控制分析

在傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)過(guò)程中，小規(guī)模的數(shù)據(jù)交換不會(huì)產(chǎn)生很高的熱量，不需要對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)行降溫，也不需要考慮節(jié)能問(wèn)題。因此，傳統(tǒng)的成本控制方式無(wú)法為云計(jì)算環(huán)境下的成本控制提供有效借鑒。在云計(jì)算環(huán)境下，由于涉及海量EB級(jí)別的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、交換、計(jì)算，因而必須大規(guī)模增加存儲(chǔ)空間和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)，也就必然會(huì)增加生產(chǎn)成本。另外，大量數(shù)據(jù)的傳輸和運(yùn)算必然會(huì)使設(shè)備的散熱量大大增加，在設(shè)備制造時(shí)必須要考慮散熱問(wèn)題，這在無(wú)形中也增加了實(shí)際運(yùn)營(yíng)成本[2]。

3 云計(jì)算環(huán)境下的分布存儲(chǔ)技術(shù)構(gòu)造

云計(jì)算環(huán)境下的數(shù)據(jù)中心主要由兩方面的部件構(gòu)成：軟件與硬件。其中軟件主要提供數(shù)據(jù)中心傳輸數(shù)據(jù)、計(jì)算等服務(wù)；硬件主要提供其存在環(huán)境所需要的支撐。通常情況下將其分成3種構(gòu)造類型。

3.1 交換機(jī)構(gòu)造

交換機(jī)結(jié)構(gòu)在云計(jì)算技術(shù)出現(xiàn)之前就已是一種常用的分布存儲(chǔ)技術(shù)手段，它不僅被用作數(shù)據(jù)中心，還是連接數(shù)據(jù)與用戶的紐帶。通常情況下，以交換機(jī)為中心的構(gòu)造會(huì)形成一種樹(shù)形結(jié)構(gòu)，如圖1所示，它由聚合層、核心層以及邊緣層構(gòu)成。邊緣層通常由服務(wù)器和交換機(jī)構(gòu)成，在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)為了保證均衡的帶寬環(huán)境，邊緣層一定要和聚合層產(chǎn)生連接；在數(shù)據(jù)訪問(wèn)和傳輸時(shí)，聚合層也必須和核心層產(chǎn)生連接。該結(jié)構(gòu)具備如下3個(gè)優(yōu)點(diǎn)：①非常易于操作；②連接簡(jiǎn)單；③很容易實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展。同時(shí)其也存在一些不足：①靈活性差、資源利用率低；②帶寬不足；③受聚合層結(jié)構(gòu)影響較大；④發(fā)生故障后會(huì)浪費(fèi)很多資源[3]。

3.2 服務(wù)器構(gòu)造

將服務(wù)器結(jié)構(gòu)作為數(shù)據(jù)中心時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)不同服務(wù)器之間的連接，需要設(shè)置一些網(wǎng)卡。這種結(jié)構(gòu)不必連接路由器和交換機(jī)，其本身就能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和存儲(chǔ)功能。由于通過(guò)網(wǎng)卡可以實(shí)現(xiàn)服務(wù)器的聯(lián)網(wǎng)功能，因而構(gòu)建服務(wù)器結(jié)構(gòu)相對(duì)而言比較容易，但是應(yīng)用它作為數(shù)據(jù)中心很容易發(fā)生鏈路冗余。并且在進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，資源使用量較大，極易導(dǎo)致服務(wù)器高強(qiáng)度運(yùn)轉(zhuǎn)，會(huì)對(duì)服務(wù)器造成不同程度的損害。簡(jiǎn)言之，服務(wù)器作為數(shù)據(jù)中心易于構(gòu)造但在運(yùn)行過(guò)程中數(shù)據(jù)冗余現(xiàn)象嚴(yán)重。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3.3 混合型構(gòu)造

將交換機(jī)結(jié)構(gòu)和混合型結(jié)構(gòu)進(jìn)行適度組合就構(gòu)成了混合型構(gòu)造，這種結(jié)構(gòu)集中了交換機(jī)與服務(wù)器的優(yōu)點(diǎn)，它將交換機(jī)作為中心，用網(wǎng)卡連接服務(wù)器并傳輸數(shù)據(jù)，能夠很好地完成大型數(shù)據(jù)包的存儲(chǔ)和傳輸。例如，DCell混合型構(gòu)造是一種分層的、遞歸型的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造，上層DCell由多個(gè)下層DCell網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，假如把位于第J層的DCell當(dāng)成一個(gè)節(jié)點(diǎn)，那么位于最底層的DCell將由N個(gè)服務(wù)器共同連接一臺(tái)交換機(jī)。因此，當(dāng)N=4時(shí)，該結(jié)構(gòu)如圖3所示。

4 當(dāng)前分布存儲(chǔ)技術(shù)容易產(chǎn)生的問(wèn)題

4.1 容錯(cuò)問(wèn)題

存儲(chǔ)技術(shù)的容錯(cuò)性能可運(yùn)用傳統(tǒng)的技術(shù)手段加以提高，比如，傳統(tǒng)的RAID、高性能服務(wù)器、更加專業(yè)的存儲(chǔ)裝置都能夠有效地改善存儲(chǔ)技術(shù)的容錯(cuò)性能。但是，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及計(jì)算機(jī)應(yīng)用的逐漸普及，需要存儲(chǔ)和處理的數(shù)據(jù)量快速增長(zhǎng)，這就要求數(shù)據(jù)中心的存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)隨之增長(zhǎng)。在這種情況下，技術(shù)的限制導(dǎo)致數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和計(jì)算出現(xiàn)諸多問(wèn)題，比如數(shù)據(jù)缺失、數(shù)據(jù)失效等。類似狀況的發(fā)生使用戶遭受了巨大損失，同時(shí)也嚴(yán)重限制了云計(jì)算技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用[4]。

4.2 可擴(kuò)展性問(wèn)題

提升可擴(kuò)展性能的傳統(tǒng)方式是預(yù)留出足夠的冗余磁盤空間。這種方式適用于常規(guī)的儲(chǔ)存技術(shù)，但并不能很好地適用于云計(jì)算環(huán)境下的分布存儲(chǔ)技術(shù)。因?yàn)轭A(yù)留冗余磁盤是通過(guò)增加磁盤來(lái)實(shí)現(xiàn)，在當(dāng)前大數(shù)據(jù)庫(kù)浪潮的沖擊下，用預(yù)留磁盤冗余的手段來(lái)解決EB級(jí)數(shù)據(jù)的擴(kuò)展性問(wèn)題并不科學(xué)，而且在未來(lái)，數(shù)據(jù)庫(kù)的級(jí)別可能會(huì)更高，這就要求采用新的技術(shù)來(lái)解決可擴(kuò)展性問(wèn)題。

4.3 成本增大問(wèn)題

在云計(jì)算技術(shù)出現(xiàn)之前，常規(guī)的分布存儲(chǔ)技術(shù)只需要對(duì)小規(guī)模數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和計(jì)算，不需要對(duì)設(shè)備的散熱與降溫加以特殊考慮，因而在傳統(tǒng)的存儲(chǔ)設(shè)備制造和應(yīng)用上并沒(méi)有涉及散熱和能耗問(wèn)題。然而，在云計(jì)算環(huán)境下，隨著用戶的迅速增加以及數(shù)據(jù)級(jí)別的不斷攀升，如何解決好設(shè)備存儲(chǔ)、傳輸問(wèn)題，以及計(jì)算EB級(jí)別數(shù)據(jù)時(shí)的散熱和能耗問(wèn)題，有效降低設(shè)備制造成本以賺取更多盈利已成為困擾諸多設(shè)備廠家的難題。

5 分布存儲(chǔ)關(guān)鍵技術(shù)分析

5.1 容錯(cuò)性技術(shù)

隨著互聯(lián)網(wǎng)、計(jì)算機(jī)以及通訊技術(shù)的發(fā)展，云計(jì)算技術(shù)在人們生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，云計(jì)算環(huán)境下的分布儲(chǔ)存技術(shù)也備受關(guān)注。數(shù)據(jù)容錯(cuò)技術(shù)的應(yīng)用意味著即便云計(jì)算系統(tǒng)在使用期間由于未知原因產(chǎn)生了錯(cuò)誤，其依然可以不間斷地、正常地向用戶提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、計(jì)算、傳輸服務(wù)。該技術(shù)的發(fā)現(xiàn)和使用可以有效提高系統(tǒng)的可靠性能，同時(shí)在一定程度上還能夠增強(qiáng)系統(tǒng)應(yīng)用性，使數(shù)據(jù)訪問(wèn)率實(shí)現(xiàn)一定程度的增長(zhǎng)。通常情況下，數(shù)據(jù)容錯(cuò)是利用添加數(shù)據(jù)冗余來(lái)實(shí)現(xiàn)，即在向用戶傳輸數(shù)據(jù)時(shí)即便有一些數(shù)據(jù)失效，但依然可以從冗余數(shù)據(jù)中召回所需數(shù)據(jù)，以滿足客戶需求。冗余數(shù)據(jù)在實(shí)際工作中的確能夠提升系統(tǒng)的容錯(cuò)性，但同時(shí)也加大了存儲(chǔ)資源的占用。因此，良好的數(shù)據(jù)容錯(cuò)技術(shù)不但要保證系統(tǒng)擁有良好的容錯(cuò)性，而且也要最大限度地降低對(duì)存儲(chǔ)資源的占用，以控制成本、提升效益。

數(shù)據(jù)容錯(cuò)技術(shù)可以分為復(fù)制型與糾、刪碼型的容錯(cuò)技術(shù)。復(fù)制型數(shù)據(jù)容錯(cuò)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)簡(jiǎn)單應(yīng)用，但由于建立副本的需要，會(huì)占用非常多的存儲(chǔ)資源；糾、刪碼型數(shù)據(jù)容錯(cuò)技術(shù)雖然占用空間較少，但在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和輸出過(guò)程中需要重復(fù)編碼及解碼，對(duì)設(shè)備的計(jì)算性能要求很高。在數(shù)據(jù)缺失時(shí)，復(fù)制型容錯(cuò)技術(shù)只需將其它副本中的數(shù)據(jù)復(fù)制下載修復(fù)就可；糾、刪碼型容錯(cuò)技術(shù)修復(fù)數(shù)據(jù)時(shí)需要查找更大的數(shù)據(jù)量，難度和成本都相應(yīng)較高。

（1）復(fù)制型數(shù)據(jù)容錯(cuò)技術(shù)。復(fù)制型容錯(cuò)技術(shù)的原理是將個(gè)體數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)多模塊化，將多個(gè)模塊放置到不同的節(jié)點(diǎn)中，運(yùn)用這種方法可以有效避免數(shù)據(jù)丟失、失效對(duì)用戶造成的損失，因?yàn)槟骋粋€(gè)模塊缺失時(shí)依然能夠利用其它節(jié)點(diǎn)中的相同數(shù)據(jù)。當(dāng)前，對(duì)該技術(shù)的研究主要有2個(gè)方向：①?gòu)?fù)制策略；②組織結(jié)構(gòu)。

（2）糾、刪碼型數(shù)據(jù)容錯(cuò)技術(shù)。糾、刪碼型數(shù)據(jù)容錯(cuò)技術(shù)的原理是將存儲(chǔ)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)編碼化，產(chǎn)生新的占用空間更小的編碼數(shù)據(jù)，運(yùn)用這種方法不但可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的復(fù)制存儲(chǔ)，而且可以有效減小存儲(chǔ)占用空間。

上述兩種數(shù)據(jù)容錯(cuò)技術(shù)各有優(yōu)缺點(diǎn)，其對(duì)比結(jié)果如表1所示。

5.2 節(jié)能技術(shù)

據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)機(jī)構(gòu)調(diào)查結(jié)果可知，云計(jì)算環(huán)境下數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)的能耗可達(dá)到系統(tǒng)總能耗的44%。因此，對(duì)云計(jì)算技術(shù)節(jié)能的研究重點(diǎn)是對(duì)存儲(chǔ)系統(tǒng)節(jié)能的研究。對(duì)存儲(chǔ)技術(shù)節(jié)能技術(shù)的研究可以實(shí)現(xiàn)成本的有效控制，降低生產(chǎn)成本，提升企業(yè)利潤(rùn)，同時(shí)節(jié)能技術(shù)的研究與應(yīng)用還能夠有效地保護(hù)環(huán)境。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)是云計(jì)算技術(shù)的基礎(chǔ)，降低數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的能耗能夠有力地促進(jìn)云計(jì)算技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，對(duì)社會(huì)發(fā)展也具有一定的積極意義。

5.2.1 節(jié)能技術(shù)能耗模型

云計(jì)算環(huán)境下的分布存儲(chǔ)通常會(huì)運(yùn)用到數(shù)據(jù)中心，如果想有效降低數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、傳輸、計(jì)算過(guò)程的能量消耗，最簡(jiǎn)單有效的手段是減少每一個(gè)儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)對(duì)能量的消耗。只是在通常情況下，能量消耗的減少也同時(shí)意味著設(shè)備性能的降低?？赏ㄟ^(guò)單一的計(jì)算機(jī)能耗模型來(lái)對(duì)其性能與能耗之間的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行研究，此模型主要分為比例模型和兩段模型[5]。

在比例模型中，能量的消耗和計(jì)算機(jī)硬件的使用程度是正比關(guān)系，在硬件沒(méi)有負(fù)載時(shí)基本不會(huì)有能量消耗，因而該模型無(wú)法精準(zhǔn)地計(jì)算出系統(tǒng)能量的消耗情況。在實(shí)際情況中，計(jì)算機(jī)只要開(kāi)機(jī)就會(huì)有能量消耗。動(dòng)態(tài)頻率、電壓調(diào)整以及固態(tài)硬盤技術(shù)的運(yùn)用，使計(jì)算機(jī)工作時(shí)其硬盤可以根據(jù)負(fù)載調(diào)整轉(zhuǎn)速，使得性能與能量消耗步調(diào)一致，在保證性能的前提下有效減少能量消耗。

在兩端模型中，計(jì)算機(jī)整體能耗分為固定能耗和可變能耗。固定能耗主要為硬件設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的能量消耗，可變能耗由磁盤運(yùn)轉(zhuǎn)速度決定。雖然上述兩種模型都認(rèn)為設(shè)備高負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)能量的消耗最高，但兩種模型對(duì)于空載時(shí)的能量消耗認(rèn)識(shí)不同。兩端模型認(rèn)為空載時(shí)的能量消耗是無(wú)法被忽略的，所以兩者相比，兩端模型可以更精準(zhǔn)地計(jì)算出其能量消耗情況。DVFS技術(shù)以及VOVO技術(shù)的運(yùn)用，使得通過(guò)關(guān)閉沒(méi)有任務(wù)的組件或數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的方法來(lái)減少能量消耗成為可能，可有效降低整個(gè)系統(tǒng)的能量消耗。

5.2.2 節(jié)能技術(shù)分類

目前，在減少分布存儲(chǔ)能耗方面出現(xiàn)了很多有用成果，可將最新成果分成兩類：軟件節(jié)能技術(shù)、硬件節(jié)能技術(shù)。

（1）軟件節(jié)能技術(shù)。這種技術(shù)是利用相關(guān)軟件合理調(diào)控和分配存儲(chǔ)資源來(lái)降低能耗，其特點(diǎn)是在降低系統(tǒng)能量消耗的同時(shí)不會(huì)導(dǎo)致性能的改變。軟件直接調(diào)控管理數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)通過(guò)對(duì)其應(yīng)用情況進(jìn)行分析與調(diào)控，合理地關(guān)閉節(jié)點(diǎn)，降低其能量消耗

（2）硬件節(jié)能技術(shù)。這種技術(shù)是減少分布存儲(chǔ)硬件構(gòu)成組件的能量消耗來(lái)實(shí)現(xiàn)整體的降耗節(jié)能，從硬件的構(gòu)成層次可以將其分為兩個(gè)方面：數(shù)據(jù)中心技術(shù)、計(jì)算機(jī)整體技術(shù)。

5.3 可擴(kuò)展性能技術(shù)

隨著數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量上升到EB級(jí)別，對(duì)云計(jì)算環(huán)境下分布存儲(chǔ)技術(shù)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、傳輸、計(jì)算能力都有著更高要求。在其發(fā)展過(guò)程中，必須要對(duì)硬件設(shè)備的可擴(kuò)展性能加以提升和完善，以更好地促進(jìn)云計(jì)算技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。

6 結(jié)語(yǔ)

云計(jì)算是適應(yīng)新時(shí)展要求的新型計(jì)算模式，目前已廣泛運(yùn)用于人們的生活和工作領(lǐng)域。云計(jì)算技術(shù)的應(yīng)用受到數(shù)據(jù)分布存儲(chǔ)技術(shù)容錯(cuò)性、成本、擴(kuò)展性能等方面的限制，研究數(shù)據(jù)分布存儲(chǔ)的容錯(cuò)性技術(shù)、節(jié)能降耗技術(shù)、可擴(kuò)展性能力有助于提升云計(jì)算的整體發(fā)展水平，使云計(jì)算技術(shù)更好地服務(wù)于人類[6]。本文結(jié)合云計(jì)算技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用情況，分析了其中存在的問(wèn)題，對(duì)提升分布存儲(chǔ)技術(shù)的一些關(guān)鍵成果進(jìn)行了介紹，這些成果的應(yīng)用可有效提升云計(jì)算環(huán)境下分布儲(chǔ)存技術(shù)的性能，從而增強(qiáng)其對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和處理能力，促進(jìn)云計(jì)算技術(shù)的廣泛應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 王聰，王翠榮，王興偉，等.面向云計(jì)算的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展，2012（2）：2628.

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