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云计算安全与设计综述
引言
随着网络的日益普及和IT 技术的迅猛发展,网络存储和网络计算等服务也不断深入到人们生活的方方面面,改变着传统的生活方式和工作模式。目前，PC 依然是我们日常工作生活的核心工具—我们用来处理工作文档、存储数据、发送Email 、业务计算或与别人信息共享等。然而,当PC 硬盘出现问题而无法修复时,我们将束手无策而最终丢失所有个人数据。而在未来的“云计算”时代“云”会替我们做存储和计算的工作。我们只需要一台能上网的电脑或其它终端设备,不需要安装任何应用软件,不需要关心存储或计算发生在哪朵“云”上,就可以在网络上实现各种应用,也可以存储大量的数据,通过网络服务来实现我们需要做的一切,甚至包括超级计算这样的任务。重要的是,我们不必担心个人的数据会丢失,因为“云”会帮我们安全保管,毫不发生差错。这样的愿景能否实现,将决定于互联网技术给我们带来的一种新型网络计算模式—云计算。
2．概述
云计算是2007 年才兴起的新名词，云计算(Cloud Computing) 是一种新兴的商业计算模型,它将计算任务分布在大量计算机构成的资源池上,使各种应用系统能够根据需要获取计算力、存储空间和各种软件服务。 其核心是数据中心,硬件便是这些普通的符合工业标准的服务器。同时,这些计算机由一个大型的数据处理中心管理,数据中心按客户的需要分配计算资源,达到与超级计算机同样的效果。对于企业和个人用户而言,可以极低的成本投入获得极高的计算能力,不用再投资购买昂贵的硬件设备,从而节省了大量的硬件及其保养、升级的费用。
在过去的几十年中，计算模式经历了大机时代的终端-主机模式（T-S模式），个人PC时代的客户机-服务器模式（C-S模式），到互联网时代的浏览器-服务器模式（B-S模式），一直到如今的网格计算和云计算的繁荣。
但是，网格计算缺少商业化实现，而且是基于中间件技术，需要用户通过编程或者安装设置来搭建底层架构，这为系统实现增加了难度，更重要的是，这种框架下实现的系统所部署到的网格的计算能力即服务器的数量与硬件指标是其系统的瓶颈，针对中小企业、科研单位、个人用户而言很难负担起太大的开销来满足处理能力要求较高的系统硬件需求。即便大型机构能提供足够硬件设备，在系统不工作或者非满负荷工作时也会造成很多资源被闲置而浪费。与此同时，配备专一业人员来维护网格计算环境也是必需的，这也在一定程度上增加了系统的开销。
用户对互联网内容的贡献飞快的增长，软件更多地以服务的形式通过互联网被发布和访问，而这些网络服务需要海量的存储和强大计算能力来满足日益增长的业务需求，云计算的理念就这样应运而生。云计算的产生并非来自学术理论，而是直接产生于企业计算、互联网领域，它更关心如何扩展系统、如何方便IT管理。导致和激励其发展的主要有三个因素：互联网应用需求刺激；来自于移动宽带网络的普及；数据中心成本的上升。也就是说，云计算虽然是一种新型的计算模式，但是时代的需要恰恰为云计算提供了良好的发展机遇。虽然现在的云计算并不能完美地解决所有的问题，但是在不久的将来，一定会有越来越多的云计算系统投人实用，云计算系统也会不断地被完善，并推动其他科学技术的发展。
3. 云计算的核心技术：
云计算是一种以数据为中心的密集型的超级计算。在数据存储、数据管理、编程模式等方面具有自身独特的技术。
(1)编程模型
MapReduce是Google开发的java、Python、C++编程模型，它是一种简化的分布式编程模型和高效的任务调度模型，用于大规模数据集（大于1TB）的并行运算。严格的编程模型使云计算环境下的编程十分简单。MapReduce模式的思想是将要执行的问题分解成Map(映射)和Reduce(化简)的方式，先通过Map程序将数据切割成不相关的区块，分配（调度）给大量计算机处理，达到分布式运算的效果，再通过Reduce程序将结果汇整输出。 
(2) 海量数据分布存储技术
云计算系统由大量服务器组成，同时为大量用户服务，因此云计算系统采用分布式存储的方式存储数据，用冗余存储的方式保证数据的可靠性。云计算系统中广泛使用的数据存储系统是Google的GFS和Hadoop团队开发的GFS的开源实现HDFS。GFS即Google文件系统（Google ），是一个可扩展的分布式文件系统，用于大型的、分布式的、对大量数据进行访问的应用。GFS的设计思想不同于传统的文件系统，是针对大规模数据处理和Google应用特性而设计的。它运行于廉价的普通硬件上，但可以提供容错功能。它可以给大量的用户提供总体性能较高的服务。一个GFS集群由一个主服务器（master）和大量的块服务器(chunkserver)构成，并被许多客户（Client）访问。主服务器存储文件系统所以的