云计算模式及在地质资料集群化、产业化服务中的应用探讨

张兆代 王圣洁 刘京鹏 宋宏伟

（青岛海洋地质研究所）

摘 要 云计算继承和整合了虚拟化技术、海量数据存储、分布式并行计算框架、智能化与自动管理等多项关键技术，形成了具有高性能、可伸缩、低成本及面向服务的新的计算模式。目前学术界及产业界对云计算的研究和探讨均呈快速增长趋势，大量论文发表在计算机类和图书情报类期刊，研究的重点集中在云计算的基础理论、云计算的关键技术、云服务的应用领域、云计算与信息资源管理等多个方面。本文以 2000 ～ 2012 年发表在国内核心期刊上关于云计算的研究文献为统计样本，分析了云计算的研究热点及其演化方向，结合我国地质资料集群化产业化服务的发展状况，探讨云计算应用策略。

关键词 云计算模式 地质资料 信息共享和服务

1 前言

“云计算（Cloud Computing）”一词出现于 2006 年，是谷歌总裁埃里克 施密特（Eric Schmidt）在搜索引擎大会（SES San Jose 2006）首次正式提出的一个概念。它不仅揭开了谷歌搜索背后关键技术的神秘面纱，而且在短短的数年内就迅速超越“网格计算（Grid Computing）”并成为新的潮流（图 1）。

图 1 网格计算与云计算搜索量变化趋势图

2006 年后，在谷歌、亚马逊、IBM 等企业的推动下，“云计算”作为新兴的计算模式已经有了广泛应用。云计算作为一种基础设施与服务的交付和使用模式，正深刻地影响着互联网的发展。近年来，国内外掀起了关于云计算的研究热潮，涌现了大量的研究文献和应用案例，云计算已经成为学术界和产业界共同关注的热点。本文首先介绍了云计算的基本概念和关键技术，并通过对现有的云计算研究文献的综合分析，结合我国地质资料集群化产业化服务的发展状况，提出其在云计算应用中需要注意的问题。

2 云计算及其关键技术

21 云计算的基本概念

云计算的概念仍存在不同的定义。一般认为云计算是一种基于互联网的计算方式，通过这种方式，共享的软硬件资源和信息可以按需提供给计算机和其他设备[1]。美国国家标准与技术研究院（National Institute of Standards and Technology，NIST）也给出了云计算的定义，认为云计算是一种能够通过网络以便利的、按需使用的方式获取计算资源并显著提高可用性的方式，这些计算资源来自一个共享的、可配置的资源池，并能够以自动的方式获取和释放[2]。

中国电子学会云计算专家委员会认为：云计算是一种基于互联网的、大众参与的计算模式，其计算资源（计算能力、存储能力、交互能力）是动态、可伸缩、且被虚拟化的，并以服务的方式提供。这种新型的计算资源组织、分配和使用模式，有利于合理配置计算资源并提高其利用率，从而促进节能减排，实现绿色计算[3]。

尽管云计算有不同的定义，但对于云计算的特点已有很多深入的讨论。下面五个基本特征可以用来判断一个计算服务是否是云计算。

（1）服务按需即取。云计算是把信息技术作为服务提供的一种方式。由于这种服务是从用户角度出发，按需即取的自助服务是其最重要的特征之一。用户可以自行获得计算能力，包括服务器的使用和网络存储的使用，而整个过程通常是自动进行的。

（2）便捷网络访问。云计算支持广泛和便捷的网络访问能力，用户可以使用多种设备，如手机、移动计算机或工作站等获取云服务。

（3）资源共享池。云计算带来的一个好处是能够提高资源的利用率，通过把资源集中到一个公共的资源共享池中，可以为大规模的用户群提供共享服务。由于资源池可以动态分配所有物理和虚拟资源，达到了通过共享提高资源利用率的目的。

（4）高可扩展性及d性服务。云计算具有快速及可伸缩地提供服务的能力。根据需求变化，云计算所提供的服务可以自动并快速地扩展或收缩。

（5）服务可度量。云系统通过自动监控资源的使用，可以提供定量的运行报告，从而保证云服务处于应有的水平。

22 云计算的体系架构

计算机技术的发展经历了传统主机计算模式到个人普及计算模式及分布式网络计算模式的转变[4]。云计算作为一种新的计算模式，既是分布式计算、并行计算和网格计算等技术快速演化的结果，也是信息社会中信息需求的必然选择。社会化、集约化与专业化的信息服务通过各种云计算得以体现，其中既包括了各种通过网络提供给用户的互联网应用、软件或计算资源服务，也包含了用来支撑这些服务可靠和高效运行的软硬件平台。

美国国家标准与技术研究院的技术报告给出了关于云计算体系架构的完整模型（图 2），该顶层模型定义了云计算模式中的角色（Actors）、行为（Activities）和功能（Functions）[5]。云计算的核心角色有云用户（Cloud Consumer）、云服务商（Cloud Provider）、云审计者（CloudAuditor）、云代理商（CloudBroker）和云运营商（Cloud Carrier）共五类（表 1）。在该模型中，云用户可以获得包括 ERP、CRM、HR 等商业智能或信息、通讯、协作、存储、备份以及软件、硬件托管等多种服务，云服务商则通过云计算中心的建设、运行和管理提供在线的软件服务（SaaS）、平台服务（PaaS）和基础设施服务（IaaS），云运营商通过提供网络接入、通讯系统等保障云计算的提供和使用，云审计者和云代理商的参与则保证了云计算和云服务的稳定性、持续性和透明度及服务水平。

图 2 云计算体系架构参考模型（引自 NIST）

表 1 云计算模式中的主要角色及定义

23 云计算的关键技术

云计算是计算机技术发展的产物，其中虚拟化技术、海量数据存储、分布式并行计算框架、智能化与自动管理被认为是实现云计算的关键技术[6]。

231 虚拟化技术

虚拟化（Virtualization）技术是将各种计算及存储资源充分整合和高效利用的关键。虚拟化技术包括两个方面：物理资源池化和资源池管理。物理资源池化是把物理设备由大化小，将一个物理设备虚拟为多个性能可配置的最小资源单位；资源池管理是对集群中虚拟化后的最小资源单位进行管理，根据资源的使用情况对资源进行灵活分配和调度，实现按需分配资源。虚拟化技术主要应用在服务器虚拟化、存储虚拟化和网络虚拟化三个方面。

232 海量数据存储

海量数据存储是云计算的主要任务。为了保证可用性、可靠性和经济性，云计算采用分布式存储的方式来存储数据，由于采用了分布式冗余存储的方式，数据既有高可靠性，也能并行地为大规模用户提供服务。云计算的数据存储技术主要有谷歌的分布式文件系统（GFS，Google File System）和 Hadoop 的HDFS（Hadoop Distributed File System）。

233 分布式并行计算框架

并行计算是云计算的核心。云计算采用 Map-Reduce 的编程模式实现分布式并行计算。Map-Reduce通过“Map”和“Reduce”这样两个过程来简化并行计算，所有应用只需要提供 Map 函数以及 Reduce 函数就可以在集群上进行大规模的分布式数据处理。Map-Reduce 不仅仅是一种编程模型，同时也是一种高效的任务调度模型，该模型的使用使计算任务高度并行及分布式实现成为现实。

234 智能化与自动管理技术

云计算具有高度自治的特点，智能化与自动管理是云计算模式的重要技术支撑。通过对集群系统各节点的全面监控、自动反馈、智能调配，实现了包括设备、虚拟资源、通讯与服务等的动态管理和自动迁移。以第四代大规模数据中心为基础的云计算，既能灵活扩展部署，也能满足服务计算和多粒度计算的要求。

3 我国云计算研究热点分析

31 国内外云计算搜索量变化趋势比较

搜索量的大小通常反映关注度的高低，使用 Google Trends 工具还可以分析一些长期的趋势和变化。这里选择“Cloud Computing”和“云计算”分别作为世界和我国在云计算领域的指标性关键词，从分析结果可以看出以下几个特点（图3）：①世界上对于云计算的关注开始于 2007 年，我国则自 2008 年才开始关注该领域。因此，我国仍属于学习—跟随型研究模式。②自 2007 年后，世界上关于“Cloud Computing”的搜索量出现迅速增长趋势，目前，已超过“Grid Computing”成为新的信息技术热点，我国对此的关注则较为平缓和滞后。③如果把搜索量代表的关注度看做是“海上的冰山”，那些“水下的部分”，包括基础理论、关键技术、应用实践等方面，国内外存在更大的差距。

图 3 国内外云计算搜索量变化趋势比较

32 国内云计算研究文献的计量分析

本文利用中国知网 CNKI 学术期刊数据库，检索 2000 年 1 月至 2012 年 3 月发表的有关云计算研究的核心期刊文献 852 篇（表 2）。我国对于云计算的研究始于 2007 年，之前罕见相关研究。2008 ～2011 年，云计算的研究开始引起广泛关注，论文数量开始急剧上升，同时发表云计算论文的期刊数量也同步快速增多，显示出云计算研究领域的广泛性。由于只统计到 2012 年 4 月的部分数据，从表面看检索到的 2012 年的成果不多，实际并未改变论文数量快速增加的趋势。

表 2 云计算论文发表时间分布表

对于检索到的 852 篇论文，对其关键词进行了计量分析，其中涉及关键词 1376 个，累计出现频次3020 次。按频次从大到小排列，排在前十位的关键词有：云计算（645）、虚拟化（115）、图书情报（115）、云服务（94）、安全（65）、存储（42）、物联网（33）、MapReduce（24）、档案（20）、数据中心（13）等。从关键词分析可以看出，云计算的研究涉及基础理论、关键技术、应用领域、信息资源管理等诸多方面，对于虚拟化、存储、MapReduce 等关键技术有较多论述；但整体来讲，多数仍为综述性、展望类的论文。就应用领域来讲，图书情报界对云计算进行研究和借鉴的趋势比较明显[7]，而地质资料界对云计算的关注和应用研究仍较少。

4 云计算与地质资料服务

41 地质资料数据与服务现状

地质资料是国家重要的基础资料。新中国成立以来，通过实行地质资料统一汇交制度，积累了大量的地质资料。我国现有全国性基础地质与战略性矿产地质数据资源 12 大类 50 余种数据库，数据量达10TB 以上，涉及区域地质、矿产地质、水文—工程—环境地质、农业地质、海洋地质、基础地质、地球化学、地球物理、地学科研、地质资料、遥感等领域[8]。

我国目前实行的是二级监管、三级保存的地质资料管理框架。由于条块分割等原因，地质资料的共享与服务尚存在很大差距，突出表现在数字化程度低，信息孤岛现象严重，地质资料不能及时、有效地满足国家建设与社会需求。

2002 年，国务院颁布了《地质资料管理条例》，2003 年，国土资源部发布了《地质资料管理条例实施办法》，地质资料的管理与共享服务得到了前所未有的重视。国土资源部又相继推动地质资料汇交、地质资料委托保管、地质资料集群化、产业化服务等，地质资料的管理与服务开始出现一个新的局面。由于管理与服务模式的转变是一个较长期的过程，地质资料工作的重要性仍未完全显现，社会对地质、矿产等的关注度仍远落后于“土地”“海洋”“气象”，仅稍高于“测绘”（图 4）。

42 云计算是改变地质资料服务模式的契机

从云计算的产生和发展过程来看，云计算是在继承和整合了虚拟化技术、海量数据存储、分布式并行计算框架、智能化与自动管理等多项关键技术的基础上，形成的具有高性能、可伸缩、低成本及面向服务的新的计算模式。云计算正在推动着信息产业实现社会化、集约化、专业化的大转型。

社会化：互联网计算正成为社会基础设施，建立集中的、各种各样的云计算中心实现规模化的社会服务，是当前发展的趋势。

图 4 地质等搜索量变化趋势比较

集约化：归并分散、粗放的软件开发与应用，软件模块构件化，提高平台利用率，使计算资源以虚拟化组织和配置、d性伸缩，通过软件的重用和柔性重组，进行服务流程的优化与重构。

专业化：面向多租户使服务更为精细、规范，并对服务透明使用，按需租用[9]。

地质资料服务及信息共享是一种典型的数据密集型计算服务，这恰与云计算模式的基本特点相符合。因此，引入云计算是推进地质资料信息服务集群化产业化的天然契机。从技术层面上来讲，国家地质资料数据中心建设十分重要，建议规划为提供完整 SPI（软件即服务 SaaS、平台即服务 PaaS、基础设施即服务 IaaS）服务的地质资料专业云，全面涵盖二级监管、三级保存及社会化服务，这种集中式的部署方式既降低了技术难度，也有利于提高投入和使用效率。其次，国家地质数据中心也可以规划为“逻辑统一、物理分布”的三级数据中心体系，这种社区云的部署方式符合我国地质资料行业现状，组织实施均较为简单。需要注意的是，无论哪种方式，统一的体系架构、成熟技术的采用、一致的标准和安全性都是需要重点考虑的问题。

5 结语

与网格计算相反，云计算更多地经历了从实践到理论的过程，从研究者关注云计算开始，其实已经大量出现云计算的实例。我国在云计算领域的基础研究仍然落后，但图书情报界对云计算的跟踪和应用却十分突出，一些基于知识的服务已经达到专业化和产业化服务水平。相信云计算模式的引入，将会极大地推动地质资料服务向集群化产业化方向转型，以更好地实现地质资料和成果的全社会共享。

参 考 文 献

[1] 维基百科云计算>

[2]Peter Mell，Timothy GranceThe NIST Definition of Cloud ComputingNIST Special Publication 800 ～ 145，2011

[3] 李德毅，林润华，郑纬民等云计算技术发展报告 [M[北京：科学出版社，2011

[4] 杨春霞，王圣洁，王春民谈计算模式的演变及其对海洋地质数据处理的影响 [J]海洋地质动态，2004，20（2）：32 ～ 36

[5]Fang Liu，Jin Tong，Jian Mao et alNIST Cloud Computing Reference ArchitectureNIST Special Publication 500 ～ 292，2011

[6]Michael Armbrust，Armando Fox，Rean Griffith et alAbove the Clouds： A Berkeley View of Cloud Computing>

[7] 张正禄我国图书情报界云计算研究述评 [J]国家图书馆学刊，2010，（3）：73 ～ 76

[8] 国土资源部矿产资源储量司推进地质资料信息服务集群化产业化 [M]北京：地质出版社，2011

[9] 李德毅云计算支撑信息服务社会化、集约化和专业化 [J]重庆邮电大学学报，2010，22（6）：698 ～ 702

伴随着云计算的发展，云服务器应运而生。愈来愈多的企业和站长开始使用云服务器，为什么云服务器变得这么流行，本文就来介绍一下云服务器的优点。
众所周知，云服务器作为云计算应用上的重要组成部分，是几百上千台的服务器的集成，采用云计算技术，相比传统的主机来说，更能实现资源的优化配置。云服务器的优点有以下几个方面：
1云服务器的安全稳定性高：在网络安全方面，安全组间自带防火墙，可进行端口入侵扫描，漏洞扫描，可杜绝ARP攻击和MAC欺骗，有效防护DDos攻击。云服务器采用大规模分布式计算系统，进行数据的多处备份，可以进行云故障迁移，保证数据安全。 用户资源之间同样互相隔离，彼此不受影响。
2云服务器灵活性好，成本降低。用户在使用云服务器时，可以根据自己的需求来购买云服务器按照使用的资源量来付费，可以按月付费，非常灵活，按需付费降低成本，最大程度降低企业用户的运营成本。
3配置快速方便， *** 作简单。云服务器的主机配置和 *** 作系统配置简单，能够快速完成。用户对配置需求发生变化时，可以实现云服务器系统的在线升级。像西部数码这样的云服务器提供商，还免费提供云服务器管理助手，在云服务器 *** 作方面更加方便简单。

用一个形象点的比喻，传统的租用服务器就相当于租一套三室一厅的房子自己住；与别人合租服务器就是大家凑份子合租这套（每人一室，客厅和其他设施共用）房子；而虚拟主机就相当于把这套三室一厅的房子里放很多单人床，你只能租其中的床位。以上的比喻相信大家是很容易理解的，在这种环境下，难以避免会受到别人的影响和干扰，即使是后来的VPS也是换汤不换药，只不过给服务器合租变相的换了一个概念，而云服务器的出现彻底的改变了这种合租带来的弊端。

云服务器是不再搞N室N厅的房子来给大家独立租用或者合租，而是像宾馆一样设置不同的标准间，每个房子所有设施都是独立的，有不同规模的房型供大家选择，你甚至可以用比虚拟主机略高一点点的价格租到一台设施独立的小标间。用一句话来概括云服务器的优势，就是实现了主机租用的设施独享和d性扩展（有钱了可以随时调整住更大的标间）。

其实传统服务器就是，给你一台电脑，要自己搭建好，拉宽带，买内存，装系统，如果想加内存，就买一条，插上去就可以，如果要改宽带，就得去运营商变更。

云服务器嘛，因为阿里云是国内云计算的老大。就拿它来举个例子，可以想像成阿里云是一台很强大的电脑，计算能力超强，内存距大，宽带非常快，硬盘非常大…,当我们买云服务器的时候，选一核，1G内存，1M宽带阿里就会虚拟出一台一核，1G内存，1M宽带的电脑来给你用。如果想加内存到8G，100M宽带，就直接改配置，阿里就划分8G内存，100M宽带给你用。你只要补上差价就可以了。

其实云主机的诞生，也是从服务器逐渐发展的，它的使用也在技术上做了非常多的挑战，所以云主机这么受企业欢迎。（例如：易迈云  推出企业0元购买云服务器 )。

云服务的商业模式是通过繁殖大量创业公司提供丰富的个性化产品，以满足市场上日益膨胀的个性化需求。其繁殖方式是为创业公司提供资金、推广、支付、物流、客服一整套服务，把自己的运营能力像水和电一样让外部随需使用。要了解云服务，一定要先了解云计算的基本原理。

云计算：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。 这种服务类型是将网络中的各种资源调动起来，为用户服务。

云服务器与物理服务器有6大区别：
1从定义上来说：云服务器：是架构在物理服务器集群之上的一种计算服务（云服务器是无形的），它具有简单高效、安全可靠、处理能力可以d性伸缩的特点。物理服务器：是一种实实在在有具体形态的（可以用手触摸感受到），由处理器、硬盘、内存、系统总线等硬件资源构成的独立服务器。
2从成本上来说：云服务器：可以按用户需求购买配置，不用像物理服务器投入硬件资源等成本（例如：处理器、硬盘、内存、系统总线等），更不存在运维成本。物理服务器：除了购买服务器本身之外，还需要雇佣专业的运维人员和搭建标准机房，总之初期就需要具备所有资源，投入的成本非常大。
3从产品性能上来说：云服务器：由云服务商提供标准机房和硬件资源，并单独使用带宽资源，统一由云服务商监控和管理，能确保云服务器的性能持续可控。物理服务器：一般用户自己购买服务器并自建放置环境，一切由用户自己负责，要确保硬件资源和物理环境长期持续稳定可靠是具有很大难度的，对用户来说不确定性太大，所以产品的性能无法做到完全持续可控。
4从管理上来说：云服务器：由云服务商提供管理平台，用户可以进行集中化的管理，还可以进行业务数据备份，管理非常方便省心。物理服务器：一般需要自行购买服务器，用户自己进行相关的一切管理，难度很大，需要专业的运维人员才能做到，耗时耗力、管理很不方便。5从扩展能力来说：云服务器：可以随时按用户需求灵活配置（即便随着业务发展和扩大，也无需猜测容量），可以快速实现业务部署和配置，总之具有很大规模的d性，用户无需担心业务扩展。物理服务器：服务器环境具有限制（扩展业务配置不满足所需，需要购买服务器等相关硬件资源，耗时耗力，无法快速满足需求），没有灵活的业务拓展能力。
6从安全性上来说：云服务器：云服务商采用的是集群化的架构，能够保障服务器稳定性高达9999%，出现问题云服务商会及时解决，无需担心对业务造成影响。物理服务器：单独的服务器，若出现故障很难及时发现，很可能造成服务器停用，影响整个业务的运行，本人推荐服务器厂商华纳云，主要是安全、稳定、速度快，性价比高。

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