� 计算机测量与控制 . 201 1. 1 9( 5 ) �
Computer Measurement & Control� 综述与评论
收稿日期: 2010�08�29; � 修回日期: 2010�09�30。
基金项目:教育部� 春晖�
计划
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科研合作项目( Z2005- 1- 55003)。
作者简介:孙香花( 1977�) , 女, 山西朔州人, 硕士, 讲师, 主要从
事数据库、网络方向的研究。
文章编号: 1671�4598( 2011) 05�0998�04 � � � � � � � 中图分类号: TP393 文献标识码: A
云计算研究现状与发展趋势
孙香花
(长江师范学院 数学与计算机学院, 重庆 � 408100)
摘要: 云计算是在网格计算的基础上发展而来的, 是一种新兴的计算模型; 介绍了云计算的定义和体系结构以及应用, 从云平台的
层次更深刻地剖析云计算的本质, 对目前主流的云计算关键技术进行了详细介绍; 最后讨论了云计算的热点问
题
快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题
, 并指出了当前云计算
系统亟待解决的问题与下一步的研究方向, 可为云计算相关研究提供参考。
关键词: 云计算; 网格计算; 虚拟化; 并行计算
Cloud Computing Research and Development
Sun Xianghua
( Co lleg e of Mathematics and Computer Science, Yangtze No rmal univ ersity , Chongqing � 410081)
Abstract: Clou d com put ing is d eveloped on the basis of g rid compu tin g is an emerging comput ing m od el. This paper int roduces the defi�
nit ion of cloud com pu ting and architecture, and applicat ions , cloud plat forms f rom a deeper level of analysi s of the nature of the cloud, the
cloud of the current mainst ream key technologies in detail. Finally a hot topic of cloud comput ing and cloud compu tin g system that th e curren t
problems to b e solved and future r esear ch direction s, can provide referen ce for cloud comput ing res earch.
Key words: cloud compu tin g; grid; virtualization ; paral lel com put ing
0 � 引言
云计算 ( Cloud Computing ) 是网格计算 ( Gr id Compu�
ting)、分布式计算 ( Distr ibuted Computing )、并行计算 ( P ar�
allel Computing )、效用计算 ( U tility Com puting ) 网络存储
( Netw ork Sto rag e T echnolog ies)、虚拟化 ( V ir tua lization)、负
载均衡 ( L oad Balance) 等传统计算机技术和网络技术发展融
合的产物[ 1�3]。它旨在通过网络把多个成本相对较低的计算实
体整合成一个具有强大计算能力的完美系统, 并借助 SaaS、
PaaS、IaaS、MSP 等先进的商业模式把这强大的计算能力分
图 1 � 云计算体系结构模型
布到终端用户手中[ 4]。Cloud Comput ing 的一个核心理念就是
通过不断提高 � 云� 的处理能力, 进而减少用户终端的处理
负担, 最终使用户终端简化成一个单纯的输入输出设备, 并
能按需享受 � 云� 的强大计算处理能力[ 5�6]。云计算的核心思
想, 是将大量用网络连接的计算资源统一管理和调度, 构成
一个计算资源池向用户按需服务[ 7]。
Goog le、IBM 和 Amazon 这几个公司现对云计算 ( Cloud
Comput ing) 技术进行大力开发, 目的是通过终端设备的更加
智能和快速, 使个人和企业能够处理复杂的计算任务, � 云�
是指通过互联网来实现超级计算能力的资源, 目前的依赖于
个人电脑和服务器的状态将被未来服务信息的存储方式打破,
软件和数据将会被存放于网络之中[ 8] ; 因为云计算是开放的标
准, 所以任何个人和企业用户都能够利用 �云� 端的计算和存
储能力使自己的应用和数据存储得以完成, 而且能在云上进行
� 二次开发� [ 9�10]。因此, 近年来的云计算赢得了众多厂商和企
业的关注并得到了长远发展[ 11]。
1 � 关键概念概述
1� 1� 体系结构
�云" 是由并行的网格所组成的一个巨大的服务网络, 它
通过虚拟化技术扩展云端的计算能力使各个设备发挥最大的效
能[12]。通过 �云� 端的服务器集群来完成数据的处理和存储,
这些由大量普通的工业
标准
excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载
服务器组成的集群, 通过一个大型
的数据处理中心来管理, 按客户的需要, 数据中心能够分配计
算资源, 达到跟超级计算机同样的效果[13]。图 1 体现了云计
算体系结构的模型, 并对相应的实体给出具体说明[ 14]。
( 1) U ser Interaction Inter face: 云用户端, 提供云用户请
求服务的交互界面, 也是用户使用云的入口。
( 2) Services Catalo g: 服务目录, 云用户能够请求的所有
服务目录, 能够根据自身的需求选择相应的服务。
( 3) System Management : 管理系统, 提供管理, 能管理
云用户, 对用户授权、认证、登录进行管理。
( 4) Pr ovisioning T ool: 部署工具, 接收用户发送的请求,
根据用户请求并转发到相应程序。
( 5) Monito ring and Metering : 监控, 监控和计量云系统
资源的使用情况, 并传给中心服务器分析和统计。
( 6) Server s: 服务器集群, 虚拟的或物理的服务器, 由
�998�
第 5期 孙香花: 云计算研究现状与发展趋势
管理系统管理。
1� 2� 主要服务形式和典型应用
云计算现处在萌芽的阶段, 各类厂商正在开发不同的云计
算服务。目前, 云计算的服务形式主要有: SaaS ( So ftwar e as
a Serv ice) , PaaS ( Platform as a Serv ice) , IaaS ( Infr astructur e
as a Serv ice) [15�16]。
( 1) 软件即服务 ( SaaS)
SaaS 服务提供商将应用软件统一部署在自己的服务器上,
用户根据需求通过互联网向厂商订购应用软件服务 , 服务提供
商根据客户所定软件的数量、时间的长短等因素收费, 并且通
过浏览器向客户提供软件的模式。这种服务模式的优势是, 由
服务提供商维护和管理软件、提供软件运行的硬件设施, 用户
只需拥有能够接入互联网的终端, 即可随时随地使用软件。这
种模式下, 客户不再像传统模式那样花费大量资金在硬件、软
件、维护人员, 只需要支出一定的租赁服务费用, 通过互联网
就可以享受到相应的硬件、软件和维护服务, 这是网络应用最
具效益的营运模式。对于小型企业来说, SaaS 是采用先进技
术的最好途径。
目前, Salesfor ce� com 是提供这类服务最有名的公司,
Goog le Doc, Goog le Apps 和 Zoho O ffice也属于这类服务。
( 2) 平台即服务 ( PaaS)
把开发环境作为一种服务来提供。这是一种分布式平台服
务, 厂商提供开发环境、服务器平台、硬件资源等服务给客
户, 用户在其平台基础上定制开发自己的应用程序并通过其服
务器和互联网传递给其他客户。PaaS 能够给企业或个人提供
研发的中间件平台, 提供应用程序开发、数据库、应用服务
器、试验、托管及应用服务。
Goog le App Eng ine, Salesfo rce的 fo rce. com 平台, 八百
客的 800APP 是 PaaS 的代表产品。以 Goog le App Eng ine 为
例, 它是一个由 py thon 应用服务器群、BigTable 数据库及
GFS 组成的平台, 为开发者提供一体化主机服务器及可自动
升级的在线应用服务。用户编写应用程序并在 Goog le 的基础
架构上运行就可以为互联网用户提供服务, G oog le 提供应用
运行及维护所需要的平台资源。
( 3) 基础设施服务 ( IaaS)
IaaS 即把厂商的由多台服务器组成的 � 云端� 基础设施,
作为计量服务提供给客户。它将内存、I/ O 设备、存储和计算
能力整合成一个虚拟的资源池为整个业界提供所需要的存储资
源和虚拟化服务器等服务。这是一种托管型硬件方式, 用户付
费使用厂商的硬件设施。例如 Amazon Web 服务 ( AWS ) ,
IBM 的 BlueCloud 等均是将基础设施作为服务出租。
IaaS 的优点是用户只需低成本硬件, 按需租用相应计算能
力和存储能力, 大大降低了用户在硬件上的开销。
目前, 以 Goog le 云应用最具代表性, 例如 Goog leApps、
Goog lesites、Goog leDocs, 云计算应用平台 GoogleApp Engine。
最早推出的云计算应用 � � � Goog leDocs, 它是软件即服务
思想的典型应用。它与微软的 Office的在线办公软件相类似。
它能够对文档、表格和幻灯片进行处理和搜索, 而且能够通过
网络来和别人分享且设置共享权限。基于网络的文字处理和电
子表格程序的 Google文件, 能将协作效率提高, 多名用户能
够同时在线更改文件, 而且能实时看到其他成员所作的编辑。
用户只要有一台接入互联网的计算机和能够使用 Goog le 文件
的标准浏览器就可以在线创建和管理、搜索能力、权限管理、
实时协作、共享、修订历史记录功能, 还能随时随地地访问,
大大地提高了文件操作的共享与协同能力。
Goog leAPPs 是 Goog le企业应用套件, 用户通过它不但能
够处理日渐庞大的信息量, 随时随地保持联系, 还能够与其他
同事、客户和合作伙伴进行沟通、共享和协作。它集成了
Goog le日历、Goog leTalk、Cmail、GoogleDocs 和最新推出的
云应用 Goog leSites、API扩展还有一些管理功能, 包含了 3方
面的应用分别是通信、协作与发布和管理服务, 它还拥有云计
算的特性, 能更好地实现随时随地协同共享。除此之外, 它还
拥有低成本的优势和托管的便捷, 用户不必自己维护和管理搭
建的协同共享平台。
Goog le最新发布的云计算应用 � � � Googlesites, 它的出现
是作为 Goog leApps 的一个组件。它侧重于团队协作, 是一个
网站编辑工具, 可以用它来创建一个各种类型的团队网站, 还
可以通过它将所有类型的文件如文档、相片、视频、日历及附
件等分享给好友、团队甚至整个网络。
Goog le在 2008 年 4 月发布了一个平台 � � � Goog le Ap�
pEngine, 让用户能在 Goog le的基础架构上来开发和部署运行
自己的应用程序。目前, Goog le AppEng ine对 Python 语言和
Java语言都支持, 每个 Goog le AppEng ine 应用程序不仅能使
用达到 500M B的持久存储空间还可以支持每月 500 万综合浏
览量的带宽和 CPU。而且, G oog le AppEngine 应用程序在构
建和维护方面也很方便, 可以根据用户的访问量和数据存储需
要的增长轻松扩展。在同时, 用户的应用能与 Goog le 的应用
程序集成, Goog le AppEng ine还推出了软件开发套件 ( SDK) ,
包括能在用户本地计算机上模拟所有 Goog le AppEng ine 服务
的网络服务器应用程序。
2 � 关键技术
2� 1� 虚拟机
云计算的关键技术包括虚拟机。VMw are Infrastr ucture就
是目前在云计算中使用的主要虚拟机之一。它指的是一个虚拟
数据中心操作系统, 能将离散的硬件资源统一起来, 然后创建
共享平台。它有下面的优点: ( 1) 通过整合服务器来降低 IT
成本; ( 2) 通过暗哨计划内和计划外停机来改进业务连续性;
( 3) 运行比较少的服务器且动态关闭不使用的服务器[ 17]。
2� 2�
安全管理
企业安全管理考核细则加油站安全管理机构环境和安全管理程序安全管理考核细则外来器械及植入物管理
云计算就是对计算机资源的整合, 利用云计算设施中的任
何一台计算机, 能够找到任何隐私信息。云计算安全问题急需
被解决[18�19]。其中 Siani Persion 等提出了在云计算服务设计过
程中为了保护用户隐私而需要一些设计原则, 包括: ( 1) 将尽
量少的个人信息发送到云中, 或者在分析系统后只对一小部分
个人信息进行必要的收集和采集; ( 2) 为防止未授权的访问、
复制和使用或者修改个人信息, 采用安全措施来保护云中的个
人信息; ( 3) 将用户控制最大限度地实现。在云计算环境中,
很难实现让用户完全控制个人信息。可以通过两方面来加强对
个人信息的控制: � 允许用户控制最重要的个人信息; � 委托
信任的第三方来管理; ( 4) 允许用户选择个人信息的使用, 也
�999�
� � 计算机测量与控制 � 第 19卷
就是加入、退出机制; ( 5) 明确并限制数据使用的目的。身份
明确的人才能对个人信息进行使用和处理 ; ( 6) 反馈机制。就
是设计人还有界面清楚地表明在云服务中采取的安全措施, 并
通过它给用户提供安全提示。
2� 3� 数据管理
云计算具有 3 个特点, 分别为计算能力可变、数据储存在
不信任的主机上和数据是远程复制的。对这 3 个特点分析得
出, 只有两种数据管理应用程序可能适合在云计算中部署[20] :
第一种是和事务处理相关的数据管理系统; 第二种是和分析相
关的数据管理系统。第一种没有采用共享的体系结构, 在对远
程数据复制时, ACID 的需求很难得到满足, 而且在不信任的
主机上存储数据也有较大风险。ACID 要求对基于分析的数据
管理系统来说不是必须的, 而且保证敏感数据在分析之外, 从
而保证了它的安全。所以, 基于分析的数据管理系统应该是很
适合在云计算环境中部署的。
2� 4� 云监测和能耗管理
随着云计算的推广和云设施不断增加, 为了更好地体现云
计算的强大计算处理能力而设置的一种监测 � � � 云监测, 它是
对虚拟机监控的能力; 而能耗管理则是如何节省云设施中计算
设施所需要的能源, 有效地整合资源和降低成本。
2� 5� 云计算的计算模型
现行的分布式计算系统虽能提供强大的计算能力, 但并不
能被非专业用户有效利用, 一个庞大的任务很可能因初学者的
偶然操作而导致性能大幅下降。为了将这些问题解决, 应该给
用户提供一个高度抽象的产品系统, 就是云计算的计算模型。
3 � 云计算的热点问题
3� 1� 计算资源虚拟化问题
维基百科这样定义虚拟化: 是对计算资源的抽象。在技术
的发展史上看, 虚拟化技术早就存在了。像是操作系统弱化软
件应用环境与硬件平台之间的依赖, 甚至完全隔离 ; 中间件弱
化应用软件和软件运行之间的依赖, 甚至完全隔离 ; 可以说它
们都是因为采用了虚拟化技术。更进一步, 由单机向互联网环
境转变, 云计算的雏形因虚拟化技术出世了。如 Web 邮箱中
海量的电子邮件就是通过浏览器来收发和管理的, 而邮箱管理
系统的结构和实现细节是被虚拟化的; 搜索引擎是为个性化搜
索请求服务的, 但搜索和匹配的细节是被虚拟化的 ; 用来存储
和分享照片的网络相册, 其存储中心的动态管理也是被虚拟化
的; 网上开店已是我们的日常生活中的一部分, 而网上交易和
支付也被虚拟化了等等。因此, 我们将虚拟化的对象 � � � 计算
资源归纳为计算能力、存储能力和交互能力这 3 个主要类别,
刚好与传统的单台计算机的 CPU、存储和输入输出等资源相
对应。计算资源的虚拟化使我们不能简单地认为计算是主体。
如果认为计算是主体, 主体就是计算中心; 如果认为存储是主
体, 主体就是存储中心; 如果认为交互是主体, 而计算和存储
就可以辅助它。大众用户可以通过交互方式体现出个性化服务
的强劲需求, 不必担心特定应用软件的服务方式, 如是不是被
他人同时租用; 不必担心计算平台的操作系统和软件环境等底
层资源的物理配置与管理; 也不必担心计算中心的地理位置。
将这 3 方面要求分别满足了就是互联网环境下的虚拟服务: 软
件即服务 ( S a a S ) 、平台即服务 ( P a a S ) 和基础设施即
服务 ( I a a S )。通过他们可以实现动态可伸缩的计算资源组
织、分配和使用。服务器托管的出现是由大量服务器的使用引
起的, 是用来减轻各机构自身维护的成本负担的, 但是简单的
托管是无法对服务器实施更好的集约化使用的, 所以如果能够
实现虚拟化服务, 把服务器变为 � 服务� , 那么服务提供方就
能够有进一步地整合各类计算资源。从虚拟服务的演变过程中
看出, 云计算通过服务的方式提供计算资源是必然的。计算资
源的虚拟化对资源的合理配置非常有利, 而且能够有效提高利
用率。据统计, 服务器的实际利用率仅 1 5% , 而在服务器集
群系统中的利用率可以提高到 8 0% 以上, 这甚至实现了节能
减排和绿色计算。
3� 2� 云计算与网络计算的差别问题
在提出云计算概念之前, 网格计算已有 10 多年的研究历
史, 并且受到广泛关注。云计算与网络计算的差别为网格计算
是 � 多为一�, 由多台计算机构成网格, 服务于一个特定的大
型计算; 云计算是 �一为多� , 依托网络, 在互联网上由一个
个集约化、专业化的云计算平台形成的规模化的服务。
�资源共享� 和 � 虚拟计算� 是两者最大的相似点, 就是
都强调通过某种虚拟化方法共享互联网上的资源然后提供给用
户, 使资源利用率更加合理化。他们之间的差别可以细化为下
面 5 个方面:
( 1) 云计算与网络计算分别是以集群计算和并行计算为
主的。
( 2) 云计算认同异构, 而网格计算则在更高层屏蔽异构。
( 3) 云计算的服务是面向完成持久性和多样化的任务, 而
网格计算通常是用来完成一次性特定任务, 而且该任务是预先
设定的。
( 4) 云计算运营采用的是商业式, 网格计算运营采用的是
协作式, 依赖于组织与组织之间, 提供了带宽保证和性能保
障, 但商业模式不明显。
( 5) 云计算大多是为大众用户的需求服务, 大众参与计算
和交互, 互相沟通交流, 需要具备像语义处理、不确定性处理
这样的能力; 网格计算是面向科学计算任务的, 按照规定进行
输入和输出, 存在着确定的交互, 人一般是不主动参与的。
可以看出, 云计算和网格计算是分别适应于不同应用场景
的, 两者的应用目标虽不同, 但在不同的方向上, 也就是科学
计算领域和为大众用户服务上发挥着各自的潜能。
3� 3� 云计算中心的计算机性能问题
云计算中心是以集群计算为主, 通过互操作大量节点形成
面向用户的虚拟服务器。目前虽有很多机构都购置了高性能计
算机、且搭建起高性能计算中心。但是, 高性能计算机能否在
云计算中心应用呢?
云计算中心的服务一般都要面向大众用户的多样化应用,
像大规模搜索、网络商务和网络存储等, 应为各种不同种类的
应用更多地具备提供高质量服务环境的能力, 并能在用户需求
和业务创新中有效地适应。相比于超级计算中心, 云计算从传
统面向任务的单一计算模式转向了现代面向服务的规模化、专
业化的计算模式。可以看出, 在高性能计算中心的计算机, 虽
然适合对要求高并发计算的科学问题的解决, 但不一定适合云
计算模式。
�1000�
第 5期 孙香花: 云计算研究现状与发展趋势
3� 4� 云安全问题
云计算的资源共享, 使得人们特别关心云安全 : 我的信息
放在你那里是否安全?
云计算并不是为解决安全问题而出现的新式武器。云计算
是一种基于互联网的计算模式, 提供服务的时候也就不可避免
地出现像安全漏洞、信息泄露、恶意攻击和病毒侵害等普遍存
在于既有信息系统中的共性安全问题。由此可见, 云计算中心
本身的安全管理将会继续应用传统的信息安全技术 , 并且也在
不断地发展云计算本身的信息安全技术手段。但因云计算中虚
拟服务的规模化、专业化和集约化, 将信息资源大量分散于端
设备的格局改变了, 云计算本身可以通过安全的服务形式在改
善互联网安全上作出贡献。云计算中心能够使集约化和专业化
的安全服务实现, 改变目前人人忙于打补丁、杀病毒的情况;
还能将备份当成一种服务形式, 来实现专门的云备份服务等。
所以, 大众用户使用云服务时, 将会把云安全焦点进一步转移
到信任管理上, 从而进一步发展传统的信息安全, 使之成为服
务方和被服务方之间的信任和信任管理问题。可以这样说, 人
们所关心的云安全, 在实际上更多指云计算的信任管理。
服务是计算的核心模式, 用户和服务提供方建立信任是服
务的前提。用户使用云计算服务所需的信任的社会关系的建
立, 互联网的民主性形成的由下而上的力量是其最基本、最重
要的保证。云安全中信任管理的关键问题之一是如何更好地抽
象地应用这种由应用演化涌现出来的信任。通过社会与技术手
段相结合的方式推动云计算中信任的建立、维持和管理。
3� 5� 云计算的标准化问题
提供各种类型和可变粒度的虚拟化服务给用户是云计算的
本质, 服务间的互联、互通和互操作是实现一个开放云计算平
台的关键性技术基础。在网络技术整个发展过程中互联、互
通、互操作是其必须具备的基本特性。通过各种局域网和广域
协议使计算设备互通, 实现了传输控制协议/网间协议 ( T C
P/ I P ) 间的网际互联。
云计算下的任何可用计算资源都是以服务的形态存在的。
现在许多商业企业或者组织都已经构建了云计算平台, 而且提
供了很多内部数据和服务, 但是这些数据和服务因语法和语义
上的差异, 还是妨碍其有效的信息共享和交换。云计算的出现
虽不会颠覆现有的标准, 但云计算是在现有标准的基础上更强
调服务的互操作。为了实现云 (服务) 一端 (用户) 及云一云
间的互操作, 如何制订更高层次的开放与互操作性协议和规范
十分重要。
4 � 结束语
作为一种新型的计算模式, 云计算利用高速互联网的传输
能力使数据的处理过程由个人计算机或服务器转到互联网上的
计算机集群中, 给用户带来空前的计算能力。虽然目前的云计
算还不能很好地解决所有问题, 但是未来一定会有越多的云计
算系统被投入使用, 云计算自身也会不断地完善, 从而成为工
业界和学术界的另一研究热点。
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