云计算在科研信息化建设中的实施模式

    云计算在科研信息化建设中的应用模式

 

    云计算（Cloud Computing）是网格计算（Grid Computing）、分布式计算（Distributed Computing）、并行计算（Parallel Comput—in异）、效用计算（Utility Computing）、网络存储（Network StorageTechnologies）、虚拟化（Virtualization）、负载均衡（Load Balance）等传统计算机技术和网络技术发展融合的产物，是针对企事业单位或个人用户对数据处理能力的要求不断提高的趋势而出现的。目前学术界对云计算的定义还没有达到共识，但基本上都理解为利用计算服务器集群构建大规模的数据中心，并通过互联网或其它大型网络将计算资源以按需分配的方式提供给用户。云计算的应用包含这样一种思想，把服务器的计算力量整合起来，再重新分配给用户使用。

 

    1、科研单位开展云计算具备的基础条件

 

    经过了多年的信息化建设，我国科研单位已经建立起各自的科研专网和相配套的信息中心，积累了丰富的科研信息化建设和管理的经验。在一些大型科研单位，一方面由于应用需求大，另一方面拥有充足的人力、物力资源，其信息中心的规模更是基本达到数据中心级别。为实现资源的有效共享和充分利用，科研单位应在专网广泛联接的基础上，整合下属各科研实体的计算资源，依托信息中心实现云计算，构建集数据资源存储、计算资源分配、数据安全保障于一体的云计算数据中心。

 

    2、云计算数据中心的外部网络环境和内部体系架构

 

    云计算数据中心将作为科研单位广域网的基础节点之一。

 

    科研单位将下属科研实体的信息中心统一整合至云计算数据中心，下属科研实体将不再设置二级信息中心，只保留少量存储服务器。

 

    云计算数据中心的底层是数茸庞大的服务器，各种服务器使用当前主流的操作系统，通过网络和各类控制器将服务器连接起来组成底层机群系统，成为云计算数据中心的物理硬件核心部分。计算虚拟化、负载均衡器平衡底层服务器的计算能力，为科研人员动态调配计算资源；存储虚拟化、云分布式文件系统为科研人员提供跨服务器级的文件存储服务，当某一服务器的存储系统满载，数据将自动向其它服务器的存储系统迁移，达到存储资源的高利用性。应用层通过各种应用系统为科研人员服务，当科研人员访问云计算数据中心时，可以选择自己需要的应用系统登录，数据中心底层的计算和存储细节都是科研人员无法看到的。[page]    3、云计算数据中心的服务内容

 

    （1）虚拟存储服务

 

    在云计算虚拟存储系统中，为了实现对存储资源的高利用，虚拟存储系统的文件数据分块及副本备份策略管理层往往将文件切割为若干个数据块，这些数据块存储在云存储系统的不同位置上，相关的存储信息会存入该文件的叶子节点。当科研人员在云计算数据中心的应用平台上读取一个文件时，读取任务首先搜索到该文件的叶子节点，叶子节点存储着该文件数据块的具体存储位置和存储方式，类似于目录。根据叶子节点的存储信息，存储任务会与存储数据块的各个服务器连接，将数据块重组为文件返回给用户读取。

 

    （2）虚拟计算服务

 

    当科研人员在云计算数据中心的应用平台上提交计算请求时，系统首先获得计算任务，计算任务在叶子节点上读取数据块存储信息，连接数据块的存储服务器，在不重组文件的基础上，就在数据库存储服务器上启动计算工作，各个数据块存储服务器将计算结果汇总至应用平台的服务器，生成最后的结果呈现给用户。

 

    （3）数据安全服务

 

    文件数据分块及副本备份策略管理层在将文件分割为数据块后，会在不同的存储服务器上保存数据块，并将每个数据块的副本做跨服务器级的备份，当一台服务器损坏时，系统会自动访问其它服务器上的数据块或副本数据块，以保证数据的安全性。

 

    （4）基于用户权限的分层隔离服务

 

    当云计算数据中心向科研人员提供虚拟存储和虚拟计算服务时，面对着各种不同级别的用户，有科研人员个人级、有科研项目级、有科研单位级的用户。不同级别的用户访问的权限不同，不能出现数据存储和计算的交叉。云计算采用单向指针分层用户隔离法，将用户能够访问的“层”和用户权限对映起来，上层节点的用户可以获得下层节点的指针，而下层节点的用户不允许反向访问上层节点，同层节点未经授权也不能相互访问，这样有效保证了不同权限的用户之间的数据隔离。

 

    所有的用户访问节点都是文件夹性质，它不会具体存储文件的数据块，只存储下一级节点的单向指针，用户在进行文件访问时都从自己权限所在节点开始，顺着单向指针直到叶子节点才能获得文件的存储信息。