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云计算:体系架构与关键技术〔一〕

本文系统地分析和总结云计算的研究现状，划分云计算体系架构为核心效劳、效劳管理、用户访问接口等 3 个层次。

围绕低本钱、高可靠、高可用、规模可伸缩等研究目标，深入全面地介绍了云计算的关键技术及最新研究进展。在云

计算根底设施方面，介绍了云计算数据中心设计与管理及资源虚拟化技术:在大规模数据处理方面，分析了海量数据处

理平台及其资源管理与调度技术;在云计算效劳保障方面，讨论了效劳质量保证和平安与隐私保护技术。针对新型的云

计算应用和云计算存在的局限性，又探讨并展望了今后的研究方向。最后，介绍了东南大学云计算平台以及云计算研

究与应用方面的相关成果。

1 引言

 近年来，社交网络、电子商务、数字城市、在线视频等新一代大规模互联网应用开展迅猛。这些

新兴的应用具有数据存储量大、业务增长速度快等特点。据统计至 2021 年，社交网站 Facebook

己存储了 15TB 的数据，并且每天新增 60TB 数据；电子商务网站淘宝的 B2C 业务在 2021 年增长

了 4 倍，其数据中心存储了 14PB 数据，并且每天需要处理 SOOTB 数据。与此同时，传统企业的

软硬件维护本钱高昂；在企业的 IT 投入中，仅有 20%的投入用于软硬件更新与商业价值的提升，

而 80%那么投入用于系统维护。根据 2006 年 IDC 对 200 家企业的统计，局部企业的信息技术人

力本钱到达 1320 美元/每人/每台效劳器，而部署一个新的应用系统需要花费 5.4 周。

 为了解决上述问题，2006 年 Google、Amazon 等公司提出了“云计算〞的设想。根据美国国家

标准与技术研究院(NIST)的定义，云计算是一种利用互联网实现随时随地、按需、便捷地访问共享

资源池(如计算设施、存储设备、应用程序等)的计算模式。计算机资源效劳化是云计算重要的表现

形式，它为用户屏蔽了数据中心管理、大规模数据处理、应用程序部署等问题。通过云计算，用户

可以根据其业务负载快速申请或释放资源，并以按需支付的方式对所使用的资源付费，在提高效劳

质量的同时降低运维本钱。

 作为信息产业的一大创新，云计算模式一经提出便得到工业界、学术界的广泛关注。其中

Amazon 等公司的云计算平台提供可快速部署的虚拟效劳器，实现了根底设施的按需分配。

MapReduce 等新型并行编程框架简化了海量数据处理模型。Google 公司的 App Engine 云计算

开发平台为应用效劳提供商开发和部署云计算效劳提供接口。

 Salesforce 公司的客户关系管理(CRM, customerrelationship management)效劳等云计算

效劳将桌面应用程序迁移到互联网，实现应用程序的泛在访问。同时，各国学者对云计算也展开了

大量研究工作。早在 2007 年，斯坦福大学等多所美国高校便开始和 Google, IBM 合作，研究云计

算关键技术。近年来，随着云计算研究的深入，众多国际会议(如 SIGCOMM、OSDI, SIGMOD,

CCS 等)上陆续发表了云计算相关研究成果.此外，以 Eucalyptus 为代表的开源云计算平台的出现，

加速了云计算效劳的研究和普及。

 不仅如此，各国政府纷纷将云计算列为国家战略，投入了相当大的财力和物力用于云计算的部署。

其中，美国政府利用云计算技术建立联邦政府网站，以降低政府信息化运行本钱。英国政府建立国

家级云计算平台(G-Cloud)，超过 2/3 的英国企业开始使用云计算效劳。在我国，北京、上海、深

圳、杭州、无锡等城市开展了云计算效劳创新开展试点示范工作;电信、石油石化、交通运输等行业

也启动了相应的云计算开展方案，以促进产业信息化。

 然而，云计算本质上并非一个全新的概念。早在 1961 年，计算机先驱 John McCarthy 就预言:

“未来的计算资源能像公共设施(如水、电)一样被使用。〞为了实现这个目标，在之后的几十年里，

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