時間：2023-08-15 17:20:45
序論：好文章的創作是一個不斷探索和完善的過程，我們為您推薦十篇云計算技術及其應用范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質，帶來更深刻的閱讀感受。
abstract: virtualization and distributed parallel architecture are two typical technologies of cloud computing. for virtualization technology, this article discusses the pool of physical resources, resource pool management and use, cluster fault location and maintenance, resource pool grouping, and the building and application of heterogeneous virtualization platforms. it also discusses the distributed file system and key/value storage engine associated with distributed technology. a “master bottleneck” storage interface standard is proposed for the distributed file system, and directory-based storage is proposed for the key/value storage engine.
key words: virtualization; distributed computing; cloud computing management platform; key/value storage engine
云計算由google提出,隨后在互聯網界風起“云”涌,隨之而來的云計算服務和技術平臺成功案例層出不窮,如google的gfs、mapreduce、bigtable、chubby和app engine,亞馬遜的dynamo、ec2、s3、sqs、simpledb和cloudfront,微軟的azure、sql、“.net”和live服務,開源云計算平臺的hdfs、hbase和eucalyptus,vmware的虛擬化平臺等。
1 云計算的核心技術
云計算主要基于資源虛擬和分布式并行架構兩大核心技術,同時互聯網上有大量的開源軟件為用戶提供支撐,如xen、kvm、lighttpd、memcached、nginx、hadoop、eucalytus等。云計算技術有效地節約了云服務商的硬件投入、軟件開發成本和維護成本。
虛擬化技術最早由vmware公司引入并在x86 cpu上實現。虛擬化平臺將服務器虛擬為多個性能可配的虛擬機(vm),對整個集群系統中所有vm進行監控和管理,并根據實際資源使用情況對資源池靈活分配和調度。
分布式并行架構是云計算的另一個核心技術,用于將大量的機器整合為一臺超級計算機,提供海量的數據存儲和處理服務。整合后的超級計算機通過分布式文件系統、分布式數據庫和mapreduce技術,提供海量文件存儲、海量結構化數據存儲和統一的海量數據處理編程方法和運行環境[1-3]。
2 虛擬化技術
虛擬化技術主要分為兩個層面:物理資源池化和資源池管理。其中物理資源池化是把物理設備由大化小,將一個物理設備虛擬為多個性能可配的最小資源單位;資源池管理是對集群中虛擬化后的最小資源單位進行管理,根據資源的使用情況和用戶對資源的申請情況,按照一定的策略對資源進行靈活分配和調度,實現按需分配資源[4-7]。
2.1 物理資源的池化
云計算平臺如圖1所示。物理硬件設備的虛擬化對象包括服務器、存儲、網絡、安全等多個方面,不同的虛擬化技術從不同角度解決系統的各種問題。
(1)服務器虛擬化
服務器虛擬化對服務器進行資源虛擬和池化,將一臺服務器虛擬為多個同構的虛擬服務器,同時對集群中的虛擬服務器資源池進行管理。
(2)存儲虛擬化
存儲虛擬化主要是對傳統的存儲區域網絡(san)、網絡附加存儲(nas)設備進行異構,將存儲資源按類型統一集中為一個大容量的存儲資源,并將統一的存儲資源通過分卷、分目錄的權限和資源管理方法進行池化,然后將虛擬存儲資源分配給各個應用使用,或者是直接分配給最終用戶使用。
(3)網絡虛擬化
網絡虛擬化將一個物理網絡節點虛擬成多個虛擬的網絡設備(交換機、負載均衡器等),并進行資源管理,配合虛擬機和虛擬存儲空間為應用提供云服務。
2.2 資源池的管理和使用
資源池由云管理平臺實現統一的管理、調度和監控,涉及云平臺的合理使用和維護管理。云管理平臺共分為4個管理層面,分別為:設備的管理、虛擬資源的管理、服務的管理和租戶管理。
(1)設備管理
設備管理為云計算平臺的硬件設備提供管理和告警功能,主要包括系統管理員在日常的維護工作中查詢各物理設備性能情況,并對如應用服務器的cpu使用率、內存使用率、硬盤使用率、網絡接口使用率、存儲設備的空間使用率、io情況等關鍵指標進行監控。用戶可以根據應用物理設備的實際配置,設置相應的監控閾值,系統會自動啟動對相應指標的監控并報警。
(2)虛擬資源管理
虛擬資源管理為各種應用提供虛擬資源的統一管理、資源分配和靈活調度,同時還包括系統管理員在日常的維護工作中查詢各個最小虛擬資源的性能情況,并對應用虛擬機的cpu使用率、內存使用率、硬盤使用率、網絡接口使用率,虛擬存儲(如亞馬遜的ebs)的空間使用率、io情況等關鍵指標進行監控。用戶可以根據虛擬資源的實際配置,設置相應的監控閾值,系統會自動啟動對相應指標的監控并報警。
(3)服務管理
服務管理包括服務模板、服務實例、服務目錄等管理。服務管理在虛擬資源的基礎上,快速向租戶提供用戶指定的操作系統、應用軟件等軟件資源。
(4)租戶管理
租戶管理對每一個租戶對應的資源群進行管理,內容包括資源的種類、數量、分布情況等,同時對租戶生命周期進行管理,包括租戶的申請、審核、正常、暫停、注銷等。
2.3 集群的故障定位與維護
google的集群維護方式給我們留下了深刻的印象,維護人員推著小推車對損壞的機器進行更換,故障定位通過定制pc的故障燈進行判斷(在通用的因特網數據中心(idc)應用中,計算資源通常使用通用pc機)。目前所有的云平臺對物理機和虛擬機的監控、告警,都是按照機器的ip地址作為機器的編號進行管理。對于承載著虛擬機的物理機而言,其host os模塊的ip地址對應和代表著物理機器在集群中的唯一標志。ip地址的分配一般采用兩種方式:采用動態主機配置協議(dhcp)方式自動獲取;通過手工指定方式確定。由于集群中機器很多,手工指定工作量非常巨大,因此通常采用dhcp的方式對ip地址進行分配。
但是維護人員在云管理平臺上發現物理設備出了故障,維護人員無法通過ip地址對應到故障機器的具體物理位置,通用的pc機又沒有故障燈等輔助定位手段。定位故障機器的物理位置并更換或維護它成為一個復雜和繁瑣的過程。
在的虛擬化集群中,可以采用簡單而有效的方法解決此問題。對于每一臺物理機器,配置一個usb接口的key,key中保存了物理機器的位置信息,同時usb key與物理位置直接綁定(如綁在機架上)。機器在啟動時,會到usb key中讀取物理位置信息,根據讀取的物理位置信息,依據固定的算法和物理信息算出機器的ip地址,并在管理平臺中體現。這樣,每個物理機器的ip地址就與物理位置綁定,在物理機器故障時,維護人員在云管理平臺可以準確獲取故障機器的ip地址和物理位置。
2.4 資源池的分組與異構
對于服務器的虛擬化,由于架構不同,sun、ibm等廠家的小型機虛擬化都采用相互獨立的架構,與基于x86架構的虛擬化系統(如xen、kvm等)無法兼容,因此造成了資源浪費。
對于服務器虛擬化的異構問題,可以從兩個層面去解決:(1)通過資源池的分組,對不同架構的服務器和小型機進行虛擬化,不同架構的資源池歸于一個獨立的組,針對不同的應用,分配特定的虛擬機資源。(2)通過業務的定制和調度,將不同架構的虛擬化平臺通過管理融合,實現異構虛擬機的調度。
異構資源池如圖2所示。在云計算平臺中,把ibm的powersystems小型機集群通過ibm的powervm系統虛擬為基于powersystems架構的計算資源池,把hp的小型機集群通過hp的vse系統虛擬為基于hp架構的計算資源池,把x86架構的計算資源通過xen\kvm系統虛擬為基于x86的zxve資源池。在業務部署時,不同的應用的可以根據自己的業務特點和操作系統特點,選擇性地部署在不同的資源池上,從而實現虛擬化對各類小型機的異構。x86架構的計算資源池、powersystems架構的計算資源池和hp架構的計算資源池分別受各自的虛擬化管理軟件(如vmm、ivm和gwlm)管理。在vmm、ivm和gwlm的上層,可以通過融合的虛擬化管理器(ivmm),對3個計算資源池進行統一管理。
圖3所示為虛擬資源對應用實現異構的方法。此方法的核心在于4個方面:ivmm、業務調度器、業務系統針對不同的資源池架構提供應用功能相同的不同版本、ivmm和業務調度器之間的occi擴充接口。
在業務應用層面,針對業務系統,本文增加業務調度器模塊。業務調度器根據業務的繁忙程度,向ivmm申請增加或減少虛擬機資源,并調整負載均衡策略。業務系統針對不同的資源池架構,需要準備與之對應的功能相同的不同版本。occi擴充接口的工作流程為:
業務系統的業務調度器通過occi接口向云計算平臺申請資源,同時向云計算平臺提供業務系統可以支持的操作系統等信息,并提供優先級信息。
云計算平臺根據業務系統的請求和云內資源的空閑情況,分配計算資源,通過occi接口通知業務調度器云計算平臺向業務系統提供了何種架構的計算資源。
業務調度器根據申請到的資源情況,將業務處理機的操作系統、業務版本等模板信息通過occi接口通知云計算平臺,由云計算平臺進行操作系統和業務程序的部署,完成后提交給業務系統進行使用。
3 分布式技術
分布式技術最早由google規模應用于向全球用戶提供搜索服務,因此必須要解決海量數據存儲和快速處理的問題。其分布式的架構,可以讓多達百萬臺的廉價計算機協同工作。分布式文件系統完成海量數據的分布式存儲,分布式計算編程模型mapreduce完成大型任務的分解和基于多臺計算機的并行計算,分布式數據庫完成海量結構化數據的存儲。互聯網運營商使用基于key/value的分布式存儲引擎,用于數量巨大的小存儲對象的快速存儲和訪問。
3.1 分布式文件系統
分布式文件系統的架構,不管是google的gfs還是hadoop的hdfs,都是針對特定的海量大文件存儲應用設計的。系統中有一對主機,應用通過文件系統提供的專用應用編程接口(api)對系統訪問。分布式文件系統的應用范圍不廣的原因主要為:主機對應用的響應速度不快,訪問接口不開放。
主機是分布式文件系統的主節點。所有的元數據信息都保存在主機的內存中,主機內存的大小限制了整個系統所能支持的文件個數。一百萬個文件的元數據需要近1g的內存,而在云存儲的應用中,文件數量經常以億為單位;另外文件的讀寫都需要訪問主機,因此主機的響應速度直接影響整個存儲系統的每秒的讀入輸出次數(iops)指標。解決此問題需要從3個方面入手:
(1)在客戶端緩存訪問過的元數據信息。應用對文件系統訪問時,首先在客戶端查找元數據,如果失敗,再向主機發起訪問,從而減少對主機的訪問頻次。
(2)元數據信息存放在主機的硬盤中,同時在主機的內存中進行緩存,以解決上億大文件的元數據規模過大的問題。為提升硬盤可靠性和響應速度,還可使用固態硬盤(ssd)硬盤,性能可提升10倍以上。
(3)變分布式文件系統主機互為熱備用的工作方式為1主多備方式(通常使用1主4備的方式),通過鎖服務器選舉出主用主機,供讀存儲系統進行改寫的元數據訪問服務,如果只是讀訪問,應用對元數據的訪問將被分布式哈希表(dht)算法分配到備用主機上,從而解決主機的系統“瓶頸”問題
對于分布式文件系統,外部應用通過文件系統提供的專用api對其進行訪問,這影響了分布式文件系統的應用范圍。對于標準的posix接口,可以通過fuse的開發流程實現,但將損失10%~20%的性能。對于網絡文件系統(nfs),在實現posix接口的基礎上,可以直接調用linux操作系統的nfs協議棧實現。
3.2 key/value存儲引擎
key/value存儲引擎最大的問題在于路由變更后,數據如何快速地實現重新分布。key/value存儲引擎如圖4所示。可以引進虛擬節點的概念,將整個key值映射的ring空間劃分成q個大小相同的bucket(虛擬節點,key的映射算法推薦采用md5)。每個物理節點根據硬件配置情況負責多個bucket區間的數據。同一個bucket上的數據落在不同的n 個節點上,通常情況下n =3。我們將dcache的q設定成10萬,即把整個ring空間分成了10萬份,如果整個dcache集群最大容量為50 tb,每個區間對應的數據大小僅為500 mb。對500 mb的數據進行節點間的遷移時間可以少于10 s。圖4中,n =3,bucket a中的數據存儲在b、c、d 3個節點。
4 結束語
云平臺的構建是一個具有挑戰性的課題,本文詳細描述了虛擬化和分布式架構兩大核心技術。在基礎設施即服務(iaas)層面,著重描述了虛擬化技術,以及異構的虛擬化云計算平臺的建設和應用,同時介紹了云管理平臺的功能。在分布式技術方面,介紹了分布式文件系統和key/value存儲引擎。對于分布式文件系統,本文著重介紹了主機“瓶頸”解決方案及存儲接口標準化的想法;對于key/value存儲引擎,本文提出了用于目錄化存儲的解決方案。
5 參考文獻
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收稿日期:2010-05-28
中圖分類號:TP3 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2011)09(a)-0026-01
1 云計算概述
1.1 云計算的定義
1.1.1 什么是云計算
云計算的概念源于網格、公用計算和 SaaS概念。這是一種新興的模型,利用該模型,用戶可以在任何地方通過連接的設備訪問其應用程序。應用程序位于可大規模伸縮的數據中心,計算資源可在其中動態部署并進行共享,以便能夠實現顯著的經濟規模。
狹義的云計算是指IT基礎設施的交付和使用模式,指通過網絡以按需、易擴展的方式獲得所需的資源(硬件、平臺、軟件)。 廣義的云計算是指服務的交付和使用模式,指通過網絡以按需、易擴展的方式獲得所需的服務。
1.1.2 云計算的特征
(1)硬件和軟件都是資源,通過互聯網以服務的方式提供給用戶;(2)應用資源可以根據需要進行動態的擴展和配置;(3)資源在物理上以分布式的共享方式存在,但最終在邏輯上以單一整體的形式呈現;(4)資源按需分配,按實際使用量付費,自動化管理。
1.2 云計算的優勢
(1)優化產業格局,推進專業分工;(2)降低管理開銷,提升資源利用率;(3)減少初期投資,減輕基礎設施風險;(4)降低入市資本,加快技術創新。
2 云計算的關鍵技術
2.1 云計算的技術支撐
2.1.1 資源調度
資源調度指的是在特定的環境下,根據一定的資源使用規則,在不同的資源使用者之間進行資源調整的過程。目前,通常有兩種途徑可以實現計算任務的資源調度:一種是在計算任務所在的機器上它的資源使用量;另一種是將計算任務轉移到其他機器上。
2.1.2 多租戶技術
與傳統的軟件運行和維護模式相比,用戶的應用軟件不需要一次性購買和部署在個人的數據中心中,這些計算機硬件資源和軟件資源能夠更好的被共享,具有良好的伸縮性,任何一個企業用戶都能夠按照自己的需求對SaaS軟件進行客戶化配置而不影響其他用戶的使用。多租戶技術就是目前云計算環境中能夠滿足上述需求的關鍵技術。
2.1.3 海量數據處理
作為以互聯網為計算平臺的云計算,將會更廣泛的涉及到海量數據處理任務。海量數據處理指的是對大規模數據的計算和分析,通常數據的規模可以達到TB甚至PB級。
2.1.4 大規模消息通信
云計算的一個核心理念就是資源和軟件功能都是以服務的形式進行的,不同服務之間經常需要通過消息通信進行協助。可靠、安全、高效能的通信基礎設施對于云計算的成功至關重要。
2.1.5 大規模分布式存儲
分布式存儲的目標是利用多臺服務器的存儲資源來滿足單臺服務器所不能滿足的存儲需求。分布式存儲要求存儲資源能夠被抽象表示和統一管理,并且能夠保證數據讀寫操作的安全性,可靠性,性能等各方面要求。目前,云環境下的大規模分布式存儲領域已經有了一些研究成果和應用。
2.1.6 許可證管理與計費
隨著云時代的到來,IT基礎設施的許可證管理和計費模式將發生重大的變化。在云計算環境中,用戶每月可以估計使用量選取許可證的數量,甚至可以根據系統自動跟蹤用戶在云環境里的使用情況定期生成的賬單付費。
2.2 云計算的技術挑戰
2.2.1 數據安全與隱私保護
在云環境中,云暴露在公開的網絡中任何一個節點及它們的網絡都可能受到攻擊,而且服務器的更新和升級都在遠程進行,每一次升級都可能帶來潛在的威脅。
2.2.2 資源高效性和服務可用性
云環境下,通過技術創新,保證即使在計算機軟硬件出現問題,服務仍然可用,云計算服務商希望預測到可能的可用性問題,并通過提前準備副本、提前解決故障、通知用戶等手段來避免這些故障的發生,或者減少故障發生帶來的損失。
2.2.3 資源的動態分配
在云計算環境中對資源的管理提出了更高的要求,要求資源的調度必須動態、及時、適量、細粒度、自動化和預動性。
2.2.4 統一的編程規范和標準化
為了使用戶能更輕松地享受云計算帶來的服務,讓用戶能利用該編程模型編寫簡單的程序來實現特定的目的,云計算上的編程模型必須十分簡單。
3 云計算的應用前景
云計算正在成為IT的一種發展趨勢,進入數字化、信息化的社會,為人們的生活和工作提供了無限多的可能,構建在網絡之上的云計算給人們帶來了諸多方便。無論是普通網絡用戶,還是企業員工,無論是IT管理者,還是軟件開發人員,他們都能親身體驗到這種改變,成為云計算的真正受益者。
3.1 云計算面向大公司
對于大型企業而言,其具有相當完善的IT基礎設施和相關的專業IT管理人員,對已有的IT基礎設施進行高效的利用。將云計算的強大功能引入數據中心,變傳統的IT基礎架構成私有云(根據需要與外部云建立聯邦的內部云集合),從而使IT基礎架構作為可輕松訪問的服務來交付將是最理想的解決方案。此方案優點在于:降低成本并最大限度提高IT效益,通過服務級別自動化加強IT控制力,為IT部門提供更多選擇性。
3.2 云計算面向中小企業
對于中小企業來說,充分利用現有IT資源來部署新應用程序、提高可用性和確保業務持續性,以發揮虛擬化的強大功能。通過使用業界最受信賴、最可靠的虛擬化平臺,大幅度降低資金和運營成本。同時,為企業提高IT人員效益,提供“IT永不停機”,保證其服務具備高可用性、高性能和高可靠性,混合云模式是中小型企業最理想的云計算方案。具有優勢在于:減少資金投入和運營成本,提高IT人員生產效率和企業響應能力,保護應用程序和數據,提高業務可用性。
3.3 云計算面向家庭
現階段,云計算和智能家庭在其各自的領域內發展都非常快速,為了能夠在智能家庭中利用云計算提供的服務,那么需要將起橋接作用的家庭網關進行有效的改進,使之能夠完成將智能家庭中提供的服務到云上,還能從云中搜索在智能家庭的網關層上看,每一個智能家庭被看作是一個結點,而智能家庭云是由很多個智能家庭結點構成的集群,智能家庭云就像其他由計算機組成的云一樣是整個云架構的一部分,并且智能家庭云也可以向外界提供不同的服務。
中圖分類號：TP29 文獻標識碼：A文章編號：1007-9599 （2011） 06-0000-01
Enterprise Applications Analysis of Cloud Computing and Cloud Storage Technology
Cai Han
(China Shipping,Xiamen361006, China)
Abstract:Cloud computing use the Internet as computing platforms,
will be more widely involving mass data processing tasks.Mass data processing refers to the large-scale data analysed and calculated.In the Internet age,the Internet data statistics and analysis of many is mass data level for corporate data storage,provides an important service.This paper analyzes the application of cloud computing,introduces the types of cloud computing infrastructure,in-depth analysis of the cloud computing and the relationship between the enterprise applications.
Keywords:Cloud computing;Cloud storage;Enterprise application
云計算技術帶來了IT技術領域的重大變革。它極大地降低了企業的IT建設及運營維護成本，降低了能源消耗，大大加快了企業信息化建設進程。云計算與互聯網的結合也催生了IT商業模式的革命，使得越來越多的公司不再購買和維護軟硬件，而是從亞馬遜等公司租用計算、存儲、網絡資源以及IT服務，使得企業實現信息化變得像獲取自來水一樣方便、廉價。
一、云計算的應用類型
目前流行的幾種基于云計算的應用類型。這些應用分為三層或三類，分別是平臺或基礎設施方面的應用、業務應用和業務服務。基于平臺的應用主要集中在為用戶提供存儲服務（云存儲）、計算能力（計算云）、數據庫服務（云數據庫）。云存儲是一種基于網絡的數據存儲模式，數據被存儲在多種虛擬服務器上，通常由第三方的組織來管理，而不是用專門的服務器來管理。數據托管公司運營大型的數據中心，用戶通過從公司購買或租用存儲空間來存儲自己需要托管的數據。數據中心的運營商在后臺根據用戶的需要虛擬化資源，對用戶來說就像在使用虛擬服務器，這樣用戶可以自己管理自己的數據。而實際上，這些資源或許橫跨了很多不同的物理服務器。
二、云計算中的基礎設施
云計算中的基礎設施可以建立在虛擬化、網格計算或二者結合的基礎上。網格計算（或者計算網格的使用）是指多個計算機同時處理一個問題的計算模式，處理的往往是需要大量計算資源、需要訪問大量數據的科學或者技術問題。它是一種分布式的計算模式，通過將網絡上的、松耦合的計算機聯合起來組成一個“超級虛擬計算機”來完成大型計算任務。這項技術已經應用在運算密集的科學、數學和理論問題的運算上，參與運算的計算機是以自愿的形式加入的。在商業機構中也有多種不同的應用，如藥物研發、經濟預測、地震分析、股票數據處理、電子商務和Web服務。在這種計算模式下，計算任務被拆分為許多小的部分，不同的部分在不同的計算機上同時、獨立、并行地進行。因此，對于需要在計算過程中交換中間結果的應用，這種計算模式是不適用的，因為不同的處理器和存儲系統很難保證高速的連接。網格可以實現本地、大學內部、區域性和國際性的應用、數據和存儲資源的分享及管理。Google的搜索引擎就是以網格計算的形式，通過上千臺服務器來處理搜索請求、尋找新的站點、存儲文件和管理廣告。
三、云計算對企業的影響
云計算模式能極大地降低企業或者學校的信息系統建設的成本。對于他們來講，通過投資建立計算中心成本較大，并且難以與他們的信息系統的快速成長和服務多元化要求相匹配。具體來講，云計算為企業帶來的便利歸納為以下幾個方面。
（一）商業模式和理念的轉變。IT公司的商業模式從實體的軟件或硬件產品銷售轉變為相應的軟硬件服務的提供。通過云計算，更多的應用能夠以互聯網服務的方式進行。云計算的先驅者之一谷歌甚至強調未來幾乎所有的軟件都可以搬上互聯網，以服務取代軟件。云計算將帶動整個商業模式的轉變，延伸出新的商業體系，特別是IT企業商業理念也需要轉變，當前的軟件銷售轉變為服務銷售，將實體變為網絡中的相關服務提供給個人用戶或企業用戶。
（二）提高管理效率、服務水平。利用云計算的商業服務平臺提供用戶和提供商之問交互的平臺，用戶不用花精力去開發相應的軟件或提供相應平臺，只需要付少量的費用就能實現現代化的信息管理，將更多的精力用在企業的實質管理和服務客戶，增強了企業的自動化度，能提高企業的管理效率及相應的服務水平。
（三）降低運行維護成本。企業只需定制相應的服務，由云服務商或云端提供需要的基礎架構、服務、軟硬件資源等，可以節約成本，不用投資購買昂貴的硬件設備，負擔頻繁的維護與升級，企業不需要建立自己的數據中心、大型機房、服務器中心等并相應減少硬軟件的運行維護費用。
（四）提高了資源利用率。云計算模式中多企業共用相應的基礎架構，由云計算提供更強的管理機制、自動化部和高層次的虛擬化，將實現網絡虛擬環境上的最大化資源共享和協同工作。企業可以自己組建云計算基礎設施，也可以按需或按時租賃的方式來完成企業的計算任務、存儲、平臺服務等，多個企業共享云計算基礎設施，在節約成本的同時提高資源的利用率。
四、結束語
云計算是集成了大量資源的高效運行模式，在數據存儲與處理中具有極高的應用價值，因而在企業中廣泛應用，應用云計算和云存儲技術能夠改變企業運營模式、提高管理效率、降低系統成本、提高資源的利用效率，對現代企業的信息操作產生了劃時代的影響，在企業信息系統的發展中必將起到更重要的作用。
參考文獻：
期權是一種廣泛的金融衍生產品，它即是一種投資手段，也能幫助買方規避風險。其中美式期權允許期權持有人在期權到期日之前的任何時刻執行期權，所以其定價過程十分復雜，運算量及數據規模都極端龐大。云計算技術的迅速發展為這一課題提供了良好的運算環境與條件。
1 美式期權的定價方法
目前對于期權定價的方法有Black-Scholes期權定價方法和蒙特卡羅模擬方法等。前者給出顯式解，但只適用于某些比較特定的情形。蒙特卡羅模擬方法是一種在期權定價上非常有效的數值方法，近年來許多研究也是針對蒙特卡洛方法開展的。蒙特卡洛方法可以模擬多標的資產的價格路徑，從而克服了二叉樹模型和有限差分模型不能為多標的資產期權定價的問題。最小二乘蒙特卡洛方法 （LSM）能模擬多資產標的價格，同時又能解決提前執行期權的問題。為了使定價結果盡可能的準確，在使用蒙特卡羅方法時應盡可能多的產生樣本路徑數據，以保證定價的可靠性。但是大數據量產生同時也帶來運算困難的問題，因此可以考慮采用分布式的云計算模型來實現。
2 LSM模擬算法的實現步驟
LSM模擬方法是根據標的資產價格的模擬樣本路徑在每個時刻的截面數據，利用最小二乘法回歸求得繼續持有期權的期望收益，并將其與該時刻立即執行期權的收益相比較，如果后者大于前者，則立即執行期權。具體實現步驟如下文所述。
2.1 生成標的資產價格樣本路徑
根據期權理論，我們假設期權的到期日為T，執行時間為T*，則對歐式期權而言，T=T*，即期權只能在到期日執行；對美式期權而言，T*∈[0，T]，即期權可以在到期日前的任意時刻執行。期權在執行時間T*的價值為：
通過隨機抽樣對公式f進行求解，從而得到期權價值的一種數值方法。因此，價格路徑的生成就顯得非常重要。給定發行日的標的資產價格為S0，任意時刻ST標的資產價格為：
其中δ是標的資產的價格波動率，由公式2可以得到標的資產價格的一條樣本路徑，經過M次模擬，就可以得到樣本路徑矩陣P。
2.2 最優執行時間和期權受益的計算
在每條路徑上，LSM方法通過逆向求解，從期權到期日開始，通過回歸得到一個當前標的資產價格的多項式，我們將樣本路在時刻i的價格Si作為X值，將對應的樣本路徑上的未來期望收益的貼現值作為Y值，并采用多元線性回歸的方法：
為了求解每條樣本路徑上的最優執行時間和相應的期權收益，我們從到期日開始考慮，期權執行的條件是執行期權當且僅當期權是溢價的，同事還要考慮繼續持有期權至到期日的期望收益的貼現值，如果它小于X- Sn-1，則立即執行期權，否則，繼續持有期權。我們僅以那些在N-1時刻處于溢價的樣本路徑為基礎進行回歸。以N時刻的收益在N-1時刻的貼現值作為Y值，Sn-1作為X值，采用曲線擬合，就可求的各項系數，然后再求出此時的未來預期收益，然后決定此時是否執行期權，以此類推，即可計算出執行時刻和收益的貼現值。
3 算法并行化設計
為了充分利用云計算技術強大的運算能力，需要多整個期權定價的計算過程進行并行化設計。最終選擇在每一步的最小二乘法回歸處進行并行化處理，每一步的最小二乘法采用公式3進行擬合，則問題等價于求解矩陣（XTX）β=XTy。
本論文選擇使用開源的Hadoop平臺實現算法。Hadoop平臺對于矩陣的運算具有顯著優勢。Map函數負責將每一條價格路徑作為一條記錄提交提交給節點，節點對這些價格路徑求解矩陣， Reduce函數負責將所有矩陣的對應元素相加，得到XTX矩陣。與此類似，XTy也用相同的方法求得。在求出這兩個矩陣之后，利用多元線性回歸，求得最小二乘法的系數向量，進而倒推得出最終期權價格。
4 測試結果及結論
測試平臺選擇Hadoop集群的MapReduce模塊，一個NameNode，3個DataNode，對比測試環境使用單機MATLAB。為了使定價結果盡可能的準確，在使用蒙特卡羅方法時應盡可能多的產生樣本路徑數據，以保證定價的可靠性。但是大數據量產生同時也帶來運算困難的問題，因此可以考慮采用分布式的云計算模型來實現。
通過上述論斷可以看出，在價格路徑較少的情況下，云計算平臺的優勢并未發揮，這是因為在分布式的運算中，用于節點間通信的消耗較大，此時單機運算效率更高；當價格路徑及時間點數增加的時候，云計算平臺的分布式計算能力優勢明顯，運算效率趕超單機模型；當數據量大到一定程度時，單機運算模型將無法負擔運算的強度。
參考文獻
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作者簡介
劉源（1986-），男，河南省鶴壁市人。碩士研究生學歷。現為鶴壁汽車工程職業學院助教。主要從事網絡計算、物聯網方向的研究。
某企業云桌面硬件系統采用3臺思科UCS 5108服務器，10個B250M2刀片分布在3個機籠中；UCS服務器通過6248互聯交換機實現內外部的互聯；1臺HDS AMS2500存儲陣列使用8G FC接口上聯至SAN交換機MDS9148；6248通過萬兆網絡與現有的遼河油田核心交換機互聯，實現桌面終端和后臺系統的互聯；同時配置了移動審批組防火墻，使用了2臺USB HUB搭建Ukey認證管理系統，進行移動辦公的人員Ukey身份識別；前端采用瘦客戶機并配置三星22寸液晶顯示器共500套。
云桌面軟件架構借助虛擬化和云計算基礎領域的領先者 VMware 進行部署，實現了“IT 即服務”交付。VMware View Manager是桌面連接，按需使用vCenter Server服務部署虛擬機，用各個組件來管理虛擬桌面功能的集合。2012年2月系統開始正式實施，通過半個月系統安裝調試，搭建了VMware vCenter、View Composer、View Connect Server以及微軟AD、DNS、DHCP等后臺控制管理服務器，并完成了虛擬桌面及相關策略的部署工作，經過多種應用系統的實際測試，提交給相關單位進行培訓及試運行，現已推廣應用。具體應用包括兩個方面。一是虛擬桌面系統。云桌面安裝了Windows Xp和Windows 7兩種操作系統，結合企業具體情況，部署了ERP、USB Key、辦公系統以及其他標準的桌面系統，設定了安全保護等一系列的系統策略。二是延伸搭建移動辦公平臺。搭建了運營商提供的與互聯網隔離的APN專線，通過防火墻進行地址轉換和安全訪問控制；采用網絡地址唯一的設備安全認證技術，使用了具有網絡地址的USB HUB作為UKEY的集中管理設備，利用iPad等外設使用虛擬桌面，實現了真正的移動辦公平臺。通過搭建實施云桌面系統，借助VMware View，可以簡化桌面和應用管理，同時加強安全性和控制力，實現了傳統PC辦公系統無法完成的功能，具有以下技術優勢：
（1）集中管理、統一配置，系統安全性高。管理員在數據中心對所有桌面和應用通過后臺進行統一配置和管理，規范辦公應用系統的安裝和配置；所有數據和計算都發生在數據中心，系統傳遞只是最終運行圖像，增加了安全性；通過配置禁止下載到客戶端，防止泄露機密信息。
（2）技術先進、訪問靈活，實現移動辦公。訪問桌面終端設備靈活多樣，可以是PC、瘦客戶端、手機等設備；用戶可以遠程訪問桌面系統，只要網絡暢通就可以實現移動辦公。
云計算技術當前互聯網技術之一，其定義在互聯網技術行業還沒有統一的標準定義，但是通過目前各個產業中存在的各類云技術使用范疇進行有序的統一，不難得到云技術的模糊定義，云計算技術是以資源虛擬化為基礎網絡載體，以提供基礎框架、平臺、應用等服務為形式，整合大規模的計算、存儲、數據、應用等分布式資源，按照服務等級協議向使用戶收費的資源平臺服務模式。云計算技術作為一項互聯網資源平臺化分享的技術，它更多的是將電子計算機的硬件和軟件為基礎，進行虛擬化的信息平臺建立，并且以用戶的需求實現不同資源信息的提供，當前形勢下，云計算技術發展迅速，形成了很多成熟的技術，例如網格計算、海量存儲、Web服務、瀏覽器和虛擬技術等等。
2 云計算對于國企未來發展的影響
云計算技術作為當前各行業主要流行的網絡技術之一，已經被現代的許多工業生產管理活動所應用，我國國有企業作為社會主義市場競爭中的主體構成，更多時候代表著社會生產力先進水平，代表著我國經濟的發展方向，對于我國經濟的發展和社會的進步有著其他私營企業和民營經濟沒有的優勢，新的市場經濟條件下，伴隨著社會主義市場經濟體制中外來企業、混合型企業的參入、民營企業的不斷壯大，我國國企面臨著嚴峻的競爭局勢。新的形勢下提高生產效率，提高管理工作生產工作的效率，成為我國國企提高本身綜合競爭力新的工作重點。根據現代化管理經營理念的戰略發展指導思想，不難得到要實現我國國企生產管理工作效率的提高，首要的就是進行傳統舊有管理工具和管理方式的改良，在我國舊有的傳統管理生產工作中，生產管理工作的信息多是以語音紙質的形式進行傳遞，新形勢下伴隨著競爭機制的加劇，原有的傳統信息傳遞方式已經無法適應當前瞬息萬變的競爭市場，尤其是信息搜集和匯集速度的不及時，極大程度上給我國國企相關生產管理政策的制定造成了一定的延遲，從競爭的源頭，我國大多數國企的經濟活動的開展已經落后于廣大的私營或者外來企業，因而改變信息傳遞模式成為當前國企生產管理工作效率提高的一大重點。
云計算技術作為當前適用性強、信息傳遞速度快的新式網絡技術悶雷，其對于企業信息傳遞和企業經濟策劃制定有著極大的幫助。云計算技術通過服務器提供商提供的信息平臺，對于企業本身的各種生產銷售業務信息進行匯總整理，從而在最短的時間內整理出對企業現階段或者將來階段有用的信息，并且能夠對企業往昔的生產活動信息進行有序科學的列表式對比，從而以遠超傳統數據信息整理人員的工作成績，向廣大的國企管理人員提供清晰完整科學的企業市場數據信息支持，為國企下一步的生產策略的制定奠定基礎。
與此之外，云計算技術作為當前主流的企業應用型互聯網技術，其更大的效能在于信息的綜合平臺化。企業通過自己私營的云服務器或者服務商提供的服務器，通過在虛擬的平臺上建立企業本身的生產管理制度表，從而以互聯網技術獨有的動態感官功能，實現對企業各個不同階段數據的記錄比較，進而保證對企業的二十四小時不間歇監察監督工作，極大程度的提高了企業本身各個部門的工作效率。云計算網絡信息技術的一大優勢便是其部署迅速，對于未來企業各項目的發展具有巨大的彈性擴展能力。云計算的規模并不是一成不變的，其服務器的節點可以伴隨著國企本身經濟的發展和規模的擴大從而擴多，并且及時的將新的企業生產節點或者部門節點拉入到國企整體的規劃管理活動當中，極大程度的提高了國企在進行前瞻性戰略核心觀念方面的工作效率，更節省了不少的工作時間。而且云計算技術本身有著強大的計算能力、高可用性能夠更快的相應市場信息的發展變化，從而實現高度虛擬化資源統一組織、組成一個龐大的資源平臺，統一提供服務，在引導企業更低消耗的同時，提高國企的利潤從而實現企業的戰略經營，形成國企可持續發展的產業模式。
3 云計算在我國國企中的應用現狀
我國云計算技術相比較發達國家，其發展的速度和發展開始時間均較落后。Google作為我國第一個運行Goolge云計劃的廠商，在我國大范圍各大高校合作建立云服務器聯絡站，從而建造起了自己的云計算服務網絡。而IBM＼HP等大型公司緊隨其后，2008年我國無錫市政府率先與IBM合作開展了一系列的云計算項目合作，這標志著我國國企第一個應用云計算系統的特例出現，隨后伴隨后我國南京政府開始建設國內首個“電子商務云計算中心”并且與廣大服務器廠商合作，實施布局全國范圍的云計算推廣方案。與此同時北京、山東、廣東等省市也開始加快了對云計算技術的相關服務的建設和云營，通過云計算搭建了政府辦公信息平臺，逐步完成了對電子政務、公共醫療、數字化城市等方面的應用部署，而此段時間我國多數國企業在政府的引領下開始大范圍的引用云計算數據信息技術，縱觀我國國企當前的云計算技術應用，不難發現我國多數國企云計算技術的應用范圍和應用深度相比較國外先進大型企業，仍存在較大差距。
當前階段伴隨著我國經濟市場的發展，國內經濟市場中參與元素的多元化，國企所占的市場地位已經從原來一家獨大的局勢變成了多強競爭的局面，新的形勢下廣大國企管理者要從自己的工作角度出發，從而著眼于當前市場的發展狀況，采用新的云計算網絡技術來提高國企的管理工作效率，提高生產消耗、提高生產效率、擴大銷售渠道、提高企業管理策略的制定實施，從而根本上提高國企的綜合競爭力，在新的條件下不斷的開發新技術，吸收新的人才理論，提高企業本身的品牌文化內涵，實現國企的可持續高速發展。
參考文獻：
作者簡介：王曉蓉(1974-)，女，本科，副教授，研究方向：計算機應用。
計算機應用技術的不斷發展，在很大程度上帶來了企業信息化的建設，不管是在生產、業務拓展、管理等方面，都帶來了非常好的效果。計算機應用技術主要是指利用計算機軟件，進而滿足人們的需求，并且從企業發展的角度來說，為了提升企業在市場中的競爭力，開拓新的發展道路，向信息化的運作模式轉變已經是勢在必行了，合理地使用計算機應用技術，通過利用相應的計算軟件，可以對企業現有的發展情況，進行有效的整合，尋找一個新的發展方向，這樣不僅僅促進了我國企業發展的進程，也為企業帶來了良好的經濟效益。
1企業信息化發展概述
計算機應用技術主要是利用各種軟件，通過自身的性能、設置、性質和應用等方面，在不同的環境下熟練地進行操作，從而滿足客戶的需求，提供著不同的服務性能。同時，在企業信息化運作的過程中，主要是利用先進的技術手段，以及最新的管理理念和方式，將企業現有的資源進行有效的整合，形成企業運營框架，這樣主要是保證企業的任何一方面，都得到合理的配置。另外，企業信息化的不斷的建設，對企業在業務拓展、生產、管理等方面，都進行了進一步的規范，這樣不僅僅提升了企業自身的發展實力，也保證了良好的經濟效益。
2計算機應用技術在企業信息化的作用
計算機應用技術在企業信息化建設和發展的過程中，起到了非常重要的作用，主要表面在管理和生產效率的提升，以及經濟效益的提升，總結起來可以從以下幾個方面分析：
2.1數據獲取的準確性
企業在運作的過程中，會存在著大量的數據和信息，計算機應用技術可以企業在獲取數據和信息方面，變得更加的準確。一個企業經營和管理的過程中，所包括有很多，例如：企業內部信息、員工信息、財務信息等方面，傳統的管理模式主要是通過紙質文件的方式，將這些數據和信息進行詳細的記錄，并且加以保存，僅僅是在需要的時候調出查閱，這樣的管理方式是存在著很大的弊端，主要是表面在兩個方面：(1)主要是利用人工的方式，對各項數據和信息進行抄錄，這樣不僅僅工作負擔相對較大，很容易出現誤差；(2)信息和數據調用相對較為麻煩，并且及時性不夠，很容易發生延誤的現象。然而，計算機應用技術在企業信息化運用的過程中，主要是利用相應的軟件，構建相對完善的數據和信息庫，這樣不僅僅保證了各項數據的準確性，也實現了各項數據和信息自動化管理的模式。
另外，計算機應用技術可以利用遠程方式，對各項數據和信息進行調用，這樣可以在很大程度上方便了對數據的使用，時效性和準確性也相對較高。
2.2管理效率提升
企業信息化包含著很多內容，管理就是其中的一個內容。企業在運營的過程中，各項信息和數據來源都相對較為復雜，數量也相對較大，這樣給管理也會一定的困難，其管理工作也相對較低。然而，計算機應用技術在企業信息化運用的過程中，企業管理逐漸轉向自動化管理模式，其優點主要分為兩個方面：(1)利用計算技術對復雜的、大量的信息和數據，進行有效的整合、歸類，化繁為簡，這樣在信息和數據使用的過程中，相對較為清晰化，進而有效地提升了管理工作的效率。(2)管理靈活性相對較強，并且在業務拓展的過程中，不會受到傳統因素的限制。同時，計算機應用技術在企業信息化在運用的過程中，還會對辦公室的人員進行相應的簡化，人力、財力、物力等方面，進行了有效的節約，進而有效地提升了企業良好的經濟效益。
2.3提升企業的綜合實力
企業的綜合實力是保證企業可持續發展的基礎，然而計算機應用技術在企業信息化運用的過程中，主要是通過利用相應的軟件技術，以此提升企的綜合實力。企業綜合實力主要包括有：資產規模、營業收入、市場份額、企業文化等方面。同時，在管理的過程中，通過利用計算機應用技術可以加強各項數據和信息之間的交流，實現員工信息交流和共享的功能，從而提升了企業的工作效率。另外，信息和數據的共享，可以在最大程度上提升良好的經濟效益，進而提升企業在發展中的綜合實力，保證了企業良好的經濟效益。
3具體應用
企業信息化主要是以提升經濟效益、競爭力等方面為基礎，降低企業運營的成本，合理配置企業資源，為企業帶來新的發展方向。但是，在企業信息化構建的過程中，計算機應用技術是必不可少的一項內容，下面就對計算機應用技術在企業信息化中運用的相關內容，進行簡要的分析和闡述。
3.1企業生產
生產是企業產生經濟效益，以及長期生存和發展的重要環節，并且對各項技術都有著相對較高的要求。那么，計算機應用技術在企業信息化應用的過程中，主要是對生產過程進行有效的控制，尤其是生產流水線和批量生產方面。另外，計算機應用技術在企業信息化運用的過程中，主要是利用仿真技術、微電子技術、自動控制技術、網絡技術等方面，對整個生產過程進行良好的控制和調控，避免生產過程中產生不必要的誤差，提升生產質量的同時，也保證了良好的效益和效率。另外，在應用的過程中，針對不同的生產環節，所應用的技術也是不一樣，比如：應用計算機輔助設計技術、計算機輔助制造、復雜工程結構設計、輔助工藝設計等方面，這可以進一步地保證企業的經濟效益。
3.2內部管理
管理是任何一個企業發展的基礎，信息化管理的構建組要就是對企業的基礎工作，業務流程、管理流程等方面是，進行有效的規范，并且利用集成應用系統的形式，對其中所含有的數據和信息，進行全面的收集、整合、存儲等，根據這些信息和數據，指定企業下一步的發展方向，這樣不僅僅保證發展方向具有一定的針對性，還可以降低企業內部管理成本，并且為一些業務的拓展和決策，提供了重要的信息和數據支持。
另外，傳統企業管理模式不僅工作量相對較大，操作也不是很便捷，然而計算機應用技術在企業信息化運用的過程中，通過利用一些相關的技術形式，可以對操作流程進行相應的簡化，降低了工作梁，所涉及的范圍相對交廣，例如：事務處理系統、決策支持系統、企業資源計劃、產品數據管理等方面。同時，計算機應用技術在企業管理運用的過程中，還會涉及到一些其他方面，像辦公室表格、文檔和郵件以及幻燈片等，進而提升辦公室工作效率。
3.3企業供應鏈
隨著市場經濟的不斷發展，經濟效益的不斷提升，企業整體運營過程已經從開始時候的孤立封閉狀態逐漸橫向和縱向發這就需要供應鏈信息化管理。其實，所謂供應鏈是指從原材、零部件的采購、倉儲、加工、營銷形成了一套由供應商、生產商和及售后的服務流程。同時，這個過程的好壞直接影響著企業的發展。因此，計算機應用技術在企業信息化應用的過程中，一定要構建相對完善的供應鏈，這也是企業發展中的重點。在應用的過程中，其重點主要是在于企業局域網、Internet互聯網、數據庫、電子商務等方面，并且應當對企業資源、供應商、銷售商、售后服務商等方面，進行有效的整合，根據企業自身發展的需求，進行相應調整，這樣可有效地提升企業在市場發展中的競爭力。
3.4企業與業內溝通
行業的發展不是依靠一個企業就可以的，企業信息化水平的提升也是一樣的。因此，在計算機應用技術在企業信息化的過程中，通過利用相應的技術形式，可以加強企業與業內之間的交流，并且定期可以和兄弟企業展開相應的交流活動，加強各項數據和信息之間的交流，進而實現共贏的局面。另外，計算機應用技術在企業信息化運用的過程中，可以通過網絡通道對市場發展的走向，以及市場最新信息，進行及時、全面的了解，這樣可以為企業各項決策的制定，提供重要的參考依據，避免發生決策上的失誤，導致經濟效益的損失。
3.5業務拓展
【中圖分類號】G623.58 【文獻標識碼】A 【文章編號】1672-5158（2012）11-0137-01
在計算機方面虛擬化通常是一個廣義的術語，它的虛擬性主要體現在計算機元件一般并不是在現實基礎上而是在虛擬的基礎上運行的。虛擬化技術不僅對硬件容量的擴大有重要作用，而且能夠使軟件的重新配置過程得到簡化。單CPU模擬可以與多CPU并行，是CPU的虛擬化技術一個顯著特點，它不僅能夠允許在一個平臺上對多個操作系統同時運行，另一方面可以使應用程序運行在互相獨立的空間不被彼此影響，對計算機工作效率的提高有顯著作用。而作為IT產業的又一次的成功變革，云計算的產生是伴隨著互聯網技術、分布式技術及虛擬化技術與處理器技術的發展而出現的。使計算從遠程服務器或本地計算機中集中分布在一定量的分布式計算機上，是云計算的基本原理。從某種層面上來說，支撐云計算的最重要的技術基石就是虛擬化，因此，虛擬化與云計算是相輔相成的。在云計算中幾乎所有的部署環境與物理平臺都對虛擬平臺的遷移和備份以及擴展等有所依賴。甚至可以說云計算的各種操作都要通過虛擬化的層次才能完成，云計算中很大部分的硬軟件對虛擬化在一定條件下都能支持，從各種技術的發展來看，過不了多久就能實現各種資源在物理平臺上的透明運行，在資源上實現自動化分配。在現代這個信息化飛速發展的社會，信息化建設對企業來說，是影響其生存與發展的一大因素。在云計算出現之前，由于資金、人力等方面的不足限制，一些中小企業在信息化建設上上仍然面臨不少問題。虛擬化技術及云計算的產生與發展，給眾多中小企業的在信息化建設上又多提供了一項選擇。目前，虛擬化技術及云計算在企業中的應用，領先的有谷歌、雅虎、微軟、亞馬遜、IBM、Sun等。虛擬化技術及云計算在解決企業信息化建設中有很多優勢，被廣泛應用在各個領域。
1.在降低企業信息化成本中的應用
虛擬化技術及云計算模式與傳統11r模式有著明顯的區別，虛擬化技術及云計算包括
彈性收縮、按使用量收費及快速部署和資源抽象四個顯著特征。依據訪問用戶數量的多少，云計算可以相應對對包括中間件應用、帶寬、CPU及存儲等IT資源進行增減，以使IT資源在規模上可以進行動態的伸縮，依靠用戶需要可以進行資源等及時陜速的部署，對其規模變化的滿足有重要作用。云計算的特點主要有先期成本低、虛擬化技術及按需、升級便利等。此外，由于其基礎設施的租用性，云計算的應用將會使企業在運營管理成本有很大節省，大大縮減了企業在服務器、機房電力和制冷等方面的開支。虛擬化技術及云計算在企業信息化的應用中首先是根據企業自身信息系統的需求或直接購買或委托開發商開發，置購服務器等軟硬件設施，采用企業自己建設、自己維護的信息化建設模式，在自己的服務器上部署自己的軟件系統。雖然，虛擬化技術及云計算這種應用方式可能會使企業承擔一定的IT投資風險很購置與維護費用，但畢竟只需要購置一次，無需再購買其他軟件產品，在人力維修更新等方面也不用再花費大量人力物力等，解決了企業信息化建設成本高的問題。
2.在企業平臺豐富、性能與信息化實施效率以及軟件功能集成上的應用
虛擬化技術及云計算，帶有龐大的平臺和商性能的服務器集群，可以把各種資源整合在“云”中。尤其是云計算，能夠給一些資金不足的中小企業同樣體驗到性能先進而又豐富的大型系統平臺以及重要的信息資源在企業中的應用。在之前信息化發展的傳統環境下，一般只有大型的企業集團與重要客戶才能用到這些重要的平臺與資源。可以說，虛擬化技術及云計算在企業中的應用，拉小了大企業與中小企業之間先進信息化與資金的差距。虛擬化技術及云計算所采用的架構是一種高可靠器集群數據中心架構，對系統可以實施動態更新、負載均衡，通過SSL安全套接層進行加密傳輸，實現安全身份遠程校驗，對一些中小企業來說安全性與可靠性會更高。除此之外，虛擬化技術及云計算在企業中應用是可以滿足其不同業務多種多樣的發展需要，甚至能夠依據條件量身定制各種軟件應用服務，有助于企業因盜版問題而牽扯的知識產權問題的克服與解決，有效提高信息化實施效率，避免“信息孤島”的出現。
云計算是物聯網發展的基礎。互聯網主要解決人與人的互聯，連接了虛擬與真實的空間；而物聯網主要解決的是物與物之間的互聯，連接了現實與物理世界。物聯網是以互聯網的發展為前提的。隨著物聯網應用的發展、終端數量的增長，會產生非常龐大的數據流，這時就需要一個非常強大的信息處理中心。傳統的信息處理中心是難以滿足這種計算需求的，在應用層就需要引入云計算中心處理海量信息，進行輔助決策。云計算作為一種虛擬化、分布式和并行計算的解決方案，可以為物聯網提供高效的計算能力、海量的存儲能力，為泛在鏈接的物聯網提供網絡引擎和支撐。
1 分布式緩存的發展
在互聯網應用剛起步時，各種平臺大多采用的是關系型數據庫。那時PC機昂貴、性能低下并且網絡不普及，而關系型數據庫因為處理能力強、數據安全可靠、一致性好等優勢，一直處于主導地位，并發揮了重要的作用。隨著互聯網的發展，特別是WEB 2.0等交互式、個性化應用的出現，數據量急劇增加，傳統的關系型數據庫已經無法滿足這種快速增長的存儲需求。為此不少IT服務提供商都設計開發了自己的存儲系統，如亞馬遜在2007年10月份開發出的Dynamo就是其中非常典型的一種存儲系統（如圖1所示），作為狀態管理組件和存儲服務的基礎被用于眾多的亞馬遜的系統中。
對于Google，Amazon，淘寶這樣的互聯網企業，每時每刻都有無數的用戶在使用它們提供的互聯網服務，這些服務帶來的是大量的數據吞吐量，在同一時間，并發的會有成千上萬的連接對數據庫進行操作。在這種情況下，單臺服務器或者幾臺服務器遠遠不能滿足這些數據的處理需求，單靠提升服務器性也已經改變不了該情況，所以唯一可以采用的辦法就是擴展服務器的規模。服務器規模擴展通常有兩種方法：一種是仍然采用關系型數據庫，然后通過對數據庫的垂直和水平切割將整個數據庫部署到一個集群上，這種方法的優點在于可以采用基于關系型數據庫（RDBMS）的技術，但缺點在于它是針對特定應用，實施非常困難；另外一種方法就是Google和Amazon所采用的方法，拋棄關系型數據庫，采用Key-Value形式的存儲，這樣可以極大地增強系統的可擴展性。事實上，基于Key-Value的分布式緩存就是由于Google的BigTable，Amazon的Dynamo以及Facebook的Cassandra等相關論文的發表而慢慢進入人們的視野，這些互聯網巨頭在分布式緩存上的成功實踐也使之成為了云計算的核心技術。
2 分布式緩存技術
2.1 分布式緩存的部署方式
緩存服務器集群采用無主架構，所有服務器節點地位完全一致，互相之間采用網狀的全連接方式。應用通過調用分布式緩存提供的API對數據進行透明訪問，無需關心數據在后端服務節點的分布情況。數據在集群各節點均勻分布，集群數據處理能力隨集群中節點數量的擴充呈線性增長。集群通過數據的多副本機制能夠提高系統的可用性，某幾臺服務節點的宕機對應用的數據訪問沒有任何影響。服務器節點能夠根據應用的需求靈活配置數據是否持久化存儲。
分布式緩存同時提供操作控制臺，能夠登錄到任何一個服務節點并對集群的成員關系、訪問負荷、數據分布進行監控和配置，同時通過操作維護臺可以完成分布式緩存集群軟件版本的安裝、升級和配置。目前分布式緩存提供基于命令行（telnet登錄）和基于B/S的圖形化運維方式。分布式緩存系統的具體部署如圖2所示。
2.2 分布式緩存功能架構
分布式緩存為應用程序提供了客戶端程序庫以及若干數據服務節點組成的服務集群，客戶端通過和數據服務節點通信形成可用服務器列表，并將應用程序提交的存取請求通過路由算法映射到一個確定的數據服務節點上，具體的功能架構如圖3中所示。
數據服務節點主要分成3個層次：通信支撐層、數據處理層和數據存取層。
通信支撐層主要負責通信協議適配，根據數據處理層中路由鏈路管理模塊的指示進行端口的偵聽和主動建鏈，同時完成底層通信數據包的發送和接收。
數據處理層包括路由鏈路管理模塊、訪問控制處理模塊以及數據遷移控制模塊。
數據存儲層提供內存/SSD/硬盤介質的三級存儲管理，具體可以根據應用的要求進行不同的配置。內存管理關注內存分配的效率以及如何避免內存碎片的形成，并根據數據訪問頻度進行最近最少使用算法（LRU）控制。SSD和硬盤存儲模式在保證訪問性能的同時提供數據的持久化存儲，在這兩種存儲模式下數據不會隨著服務節點重新啟動而丟失。數據存儲層提供數據生存期管理機制，能夠自動清理過期數據。
2.3 分布式緩存關鍵技術
分布式緩存在保證數據訪問可靠性、最終一致性的同時對應用提供高吞吐、低時延的訪問服務，通過增加數據服務節點即能實現處理能力的性能擴充，擴容過程對應用訪問完全透明。下面對分布式緩存涉及的關鍵技術進行介紹。
2.3.1 NRW多副本機制
分布式緩存通過多副本機制實現數據訪問的可靠性，同時多個副本之間的數據同步又會帶來性能和一致性的問題。我們采用NRW多副本技術來保證數據在可靠性、高性能訪問以及最終一致性之間取得平衡。圖4是NRW機制的示意圖，其中N是一個數據的副本數，R代表一次成功的讀取操作中最小參與節點數量，W代表一次成功的寫操作中最小參與節點數量。當分布式緩存的訪問模型滿足R+W >N時就能保證數據訪問的可靠性和一致性。
R和W直接影響性能、可用性和一致性。如果W設置 為 1，則分布式緩存集群中只要有一個節點可用，就不會影響寫操作；如果R 設置為1，則分布式緩存集群中只要有一個節點可用，就不會影響讀請求。但顯而易見R 和W值過小都會對影響數據訪問的性能和可用性，為兼顧性能、可用性和一致性，這兩個值一定要合理設置。
2.3.2 一致性Hash和虛節點
一致性Hash需要首先求出分布式緩存數據服務器（節點）的哈希值，并將其配置到0～232的圓上，用同樣的方法求出存儲數據的鍵的哈希值，并映射到圓上。然后從數據映射到的位置開始順時針查找，將數據保存到找到的第一個服務器上。如果超過232仍然找不到服務器，就會保存到第一臺緩存數據服務器上。因為數據節點服務器的機型并不統一，其性能和容量是不同的，可以使一個物理節點負責多個Hash區間的處理，使高端機器能夠被充分利用。在出現熱區時，可以將過熱的Hash區間以虛擬節點的方式放在負荷較低的物理節點上。
分布式緩存平臺結合了一致性Hash和虛擬節點的特點并加以改進，形成了如圖5的方案：將232的Hash空間等分為若干分片，每個分片即是一個虛節點，根據各物理節點性能差異配置處理不同數量的虛節點，這些虛節點在物理節點上的部署關系即形成虛節點的路由。
通過一致性Hash和虛節點相結合的方式，實現了數據在集群的均勻分布，同時也實現了數據服務器節點熱點的消除。
2.3.3 智能路由交換
路由是指分布式緩存集群中虛節點在數據服務節點上的分布情況。分布式緩存平臺構建了一個分布式鎖同步系統來存放全局路由表，這張路由表是分布緩存集群路由管理的基準表，路由變更時必須要首先修改這張路由表中對應的路由記錄。
為避免每次路由查找都需要查詢分布式鎖服務，各數據服務節點在本地同時存儲全局路由表，路由查找時可直接在本地進行。這樣帶來的一個問題是本地路由記錄可能已經過期，因此在路由記錄中增加修改時間戳來進行路由記錄版本的控制，舉例說明：
（1）第10號虛節點的路由信息是：存在3個副本，依次存放在服務節點A、B、C上，該條路由信息在集群中所有節點本地都有存儲。
（2）A節點發生故障宕機，在A宕機期間，操作員對10號虛節點的路由記錄進行了手工調整：仍然是3個副本，依次存放在服務器節點A 、D、C上，集群中除A節點外都完成了本地路由記錄的更新。
（3）此后A恢復了服務，A節點本地10號虛節點的路由記錄成為一個過期的記錄，當A節點收到落在10號虛節點上的數據讀寫請求時，就會對B、C節點的副本進行訪問，訪問時會帶上本地10號路由記錄的時間戳，B、C節點收到訪問請求后會立即通知A路由信息已經過期，通過這樣的路由交換機制，A快速地完成了本地路由記錄更新。
上述例子中路由交換是通過數據訪問請求被動觸發，同時集群中每個節點的路由管理模塊也會定時啟動路由交換，通過這種類似病毒傳染式的智能路由交換，路由變更能在集群所有節點中快速生效。客戶端API的路由記錄也采用同樣的方式：客戶端API本地緩存路由信息表，在數據訪問的同時完成和服務節點的路由交換，大大提高了路由查找的效率，降低了數據訪問的時延。
2.3.4 成員關系維護和故障檢測
分布式緩存將節點分成兩類：種子節點和普通節點。
種子節點是系統配置時，需要預先從所有節點中選出若干個節點，它們的職責是指揮系統的鏈路建立和拆除等。
普通節點啟動后，根據配置向種子節點主動建鏈，種子節點對連接上的普通節點進行統一管理，根據一定的原則比如按照IP數值的大小，通知普通節點完成互相之間的建鏈，種子節點互相之間也根據這個原則完成兩兩之間的連接。圖6描述集群成員關系建立的過程。
（1）分布式緩存當前有節點1、2、3、5共4個節點，相互之間兩兩存在鏈路，節點1、2是種子節點，節點0、3、5是普通節點。
（2）普通節點4新加入緩存集群，它首先根據配置主動連接種子節點1和節點2。
（3）種子節點1發現當前有普通節點0、3、5和它建立了鏈路，當普通節點4連接成功后，它根據節點大小原則指揮節點4連接普通節點 0 和3，同時指揮原有普通節點5連接節點4。
分布式緩存通過上述機制維護集群中節點的成員關系，最終在各節點間形成網狀的全連接模型，兩兩之間具備通信鏈路，任何節點故障和恢復都能夠快速被集群中其他節點檢測到。
3 分布式緩存助力物聯網平臺云化
3.1 分布式緩存的優勢和解決的問題
分布式緩存具有明顯的技術優勢。分布式的架構從架構上保證了良好的擴展性，當性能不夠時，可以輕松地通過添加新節點的方法擴展性能；因為良好的擴展性，所以分布式緩存的容量可以隨著節點規模的增大而呈線性增加，容量不會成為系統的瓶頸；分布式緩存采用的是基于Key-Value的簡單存儲方式，緩存的架構和以內存為基礎的訪問方式使得分布式緩存性能非常高，單節點每秒可以達到24萬多次的讀寫操作；分布式緩存所使用的多份副本復制的方法，避免單點故障；同時無中心化的架構和一致性Hash的數據分布算法，使得局部節點的損壞不會影響整體集群的可用性，把故障的影響降到最低。
目前的應用在部署運行過程中常會遇到一些問題：第一，單節點不能滿足性能要求時，需要擴展到多個節點，通常采用按號段的方式進行擴展，此種擴展方式不具有通用性，與各個應用密切相關，開發和維護的成本也較高；第二，在不同的物理節點的應用上共享數據，通常通過文件的方式或同步的方式進行共享，但是這在性能和一致性的處理上存在較大的風險和困難；第三，因為多個節點同時訪問數據庫，使得數據庫和磁盤I/O成為系統的瓶頸，通常使用單節點的緩存方式來解決，這樣一方面會造成系統資源的浪費，另一方面也使各個節點中緩存一致性的處理也非常復雜；第四，應用節點的應用程序意外退出重啟動后，如何保證已有的會話不掉線，往往通過寫文件的方法實現，這時磁盤I/O以及系統初次的加載都存在性能瓶頸。把分布式緩存引進應用后，可以方便地幫助應用解決這些問題。應用通過調用分布式緩存提供的API接口，把關鍵的數據放到分布式緩存中，而自身重點關注應用邏輯的處理，這樣可以輕松打造出高性能的、可擴展的、高可靠的分布式應用系統，通過標準接口的封裝，對外提供云服務。
3.2 分布式緩存在物聯網中的應用
物聯網的出現是信息通信技術（ICT）的新挑戰。物聯網無所不在，它可以使所有的物體，從洗衣機到冰箱、從房屋到汽車通過物聯網進行信息交換。物聯網技術融入了射頻識別（RFID）技術、傳感器技術、納米技術、智能技術與嵌入技術。物聯網技術將是改變人們生活和工作方式的重要技術。物聯網主要包括3個層次，如圖7中所示。第1個層次是傳感器網絡，也就是目前所說的包括RFID、條形碼、傳感器等設備在內的傳感網，主要用于信息的識別和采集；第2個層次是信息傳輸網絡，主要用于遠距離無縫傳輸來自傳感網所采集的巨量數據信息；第3個層次是信息應用網絡，該網絡主要通過數據處理及解決方案來提供人們所需要的信息服務。
物聯網業務網關屬于第3個層次，如圖8所示。它是實現物聯網應用和物聯網終端智能連接的橋梁，能夠提供接入認證、智能路由、業務計費、能力接入、服務質量（QoS）服務保障等核心功能。支持通用分組無線業務（GPRS）、短信、有線接入等多種網絡接入方式。物聯網業務網關匯聚所有的機器到機器（M2M）終端消息，除了支持標準協議終端的消息處理外，對非標準協議終端也提供IP層路由轉發和業務鑒權功能。因此對業務網關相關的性能提出了極高的要求。
中興通訊物聯網業務網關采用多模塊架構，通過引入云計算分布式緩存平臺，使其具有極高的吞吐率，保證了網關的高并發處理能力，系統在兩個刀片機框滿配置的情況下，可達到18萬條/秒的報文轉發速率。分布式緩存的應用，使系統支持數據動態遷移，在個別節點故障不會造成事務的中斷。
4 結束語
物聯網與云計算存在著密不可分的關系。一方面，物聯網的發展離不開云計算的支撐。從量上看，物聯網將使用數量驚人的傳感器（如數以億萬計的RFID、智能塵埃和視頻監控等），采集到的數據量驚人。這些數據需要通過無線傳感網、寬帶互聯網向某些存儲和處理設施匯聚，而使用云計算分布式緩存等系列技術來承載這些任務具有非常顯著的性價比優勢；從質上看，使用云計算系列技術對這些數據進行處理、分析、挖掘，可以更加迅速、準確、智能地對物理世界進行管理和控制，使人類可以更加及時、精細地管理物質世界，從而達到“智慧”的狀態，大幅提高資源利用率和社會生產力水平。可以看出，云計算憑借其強大的處理能力、存儲能力和極高的性能價格比，很自然就會成為物聯網的后臺支撐平臺。另一方面，隨著物聯網針對智能交通、智能醫療、智能電網等領域解決方案的落地，物聯網將成為云計算最大的用戶，為云計算系列技術取得更大商業成功奠定基石。
石油產業是我國重要的能源產業與支柱性產業，技術與知識作為石油企業核心競爭力的所在，是促進其實現健康、可持續發展的重要基礎，因而建設數據中心并不斷優化對數據資源的管理與應用，對現代石油企業而言勢在必行。以云計算為基礎，開展數據中心的建設與管理，能夠實現數據中心信息資源化、基礎設施服務化的目標，幫助企業實現更為高效的資源管控、成本管控、人力資源管理等。
云計算技術通過虛擬系統實現數據中心的構建與管理，相對于傳統的企業管理信息化系統具有以下幾項顯著的優勢：首先，基于云計算的石油企業數據中心建設與管理，能夠大大減少因購置機房、物理服務器等硬件設備的資金投入，且相能夠有效降低企業數據中心運行所消耗的電力資源和制冷維護成本，以及相關的資源、人力、財務投入，因而將最大限度地提升企業數據中心的運行效益；其次，更快的響應速度，更高的IT服務質量，更為靈敏便捷的IT設施資源，使得云計算背景下的石油企業數據中心能夠為石油企業的經營管理提供更為有利的技術保障；再次，我國石油企業多采取集團化運營模式，基于云計算技術的企業數據中心，能夠更好地滿足集團內信息數據資源共享的需求，以有效提升資源利用率。
基于云計算技術的石油企業數據中心構建與管理可采取以下幾項對策：
（1）科學測試，全面驗證。虛擬化系統廠商的選擇對云計算技術在石油企業管理中的應用成效有著顯著的影響，對此石油企業應在多方考察主流廠商的基礎上，結合自身業務特點開展全面的系統測試與驗證工作，以此選定最能夠滿足自身需求的虛擬系統廠商。
（2）由總部牽頭聯合企業各部工作組，制定科學的虛擬化系統工作方案，由總部到二級單位依次推行。
（3）不斷深化網絡云、服務器云、桌面云的建設，實現對石油企業員工終端的集中管控。
2 云計算技術在石油企業資源調度管理中的應用
以往，我國石油企業信息化管理建設中的重復構建、閑置浪費現象較為嚴重，嚴重制約了石油企業對自身信息化管理系統的有效應用和不斷優化。而云計算技術的應用，能夠有效減少重復建設，實現企業資源的集約化管理和科學調度。
云計算技術的應用可滿足現代石油企業資源調度管理的以下幾項要求：
（1）提升管理系統的規模效應，減少信息化系統及相關資源建設的成本，如石油集團企業中，總部與二級單位之間存在著許多想通或相近的需求，如檔案管理、項目管理、合同管理等，通過云計算系統建設可避免因不同級別單位資質不一而對管理系統建設成效造成影響的問題。
（2）充分利用規模效應來提升企業資源管理的經濟細化程度，使企業有效的人力、資本、設備與原料等發揮出最大的效用，創造更高的價值。
（3）集中的、系統性的資源調度管理，減少了中間環節，規避了部分管理風險，有助于提升石油企業資源管控水平。
云計算技術在石油企業資源調度管理中的應用可遵循以下流程：首先，應由總部牽頭，各個二級單位配合，梳理好企業資源調度管理需求，建立驗證場景，搭建試點系統，先在集團總部開展培訓和推廣，積累經驗，再次基礎上陸續在各單位推廣應用；其次，選擇共性強，且需要相當個性化的應用，如項目資源管理等，由總部建立驗證場景，搭建試點系統，積累經驗并分析效益，作為典型示范，引導二級單位依次開展試點和推廣；再次，集中分析企業資源調度管理工作需求，找出總部與下屬單位在各項資源調度管理實務中的共性與個性，逐步完善應用云。
3 云計算技術在石油企業業務與組織管控中的應用
云計算技術在石油企業業務與管理組織管控中的應用多以，有助于提升石油企業業務管理的可控性和實現企業內組織框架的不斷優化，從而使企業發展戰略得到統一與有效落實。
首先，基于云計算的石油企業業務執行更為便捷、高效和靈活，使企業內各項管理、技術、人力資源得到有效利用，便于打造統一、靈活的企業組織；其次，在云計算Paas平臺上開展企業構架，便于使管理者判斷組織構架的科學性，進而針對其中存在爭議的部分作出討論和研究，在可視化的環境下實現企業組織結構的不斷優化。
云計算技術在石油企業業務與組織管控中的應用可采取以下對策：
（1）由總部率先建設PaaS平臺并不是相關試驗、測試工作，構建平臺服務庫并進行試點成果分析。
（2）引入企業架構的階段性成果，和集團平臺相結合，定義企業架構，抽象企業現狀，引入企業能力，在平臺上輸入企業業務流程和組織結構，開展相應的分析、討論、研究與優化工作。