云计算技术及性能优化

本书取材国内外云计算技术领域*新资料，并在认真总结作者团队相关科研成果的基础上，精心组织编写。本书分为四个部分：第一部分云计算基本知识介绍了云计算发展现状、云计算系统架构与组成部件；第二部分云计算安全保障机制介绍了可信虚拟私有云及执行体与执行点可信评估机制、云数据销毁机制、云存储隐私保护机制与保护模型以及多授权机构基于属性的密文访问控制方案；第三部分绿色云计算分析了云计算能耗问题，介绍了绿色云计算模型、节能型资源配置与任务调度机制、动态数据聚集机制与重复数据删除机制；第四部分云端融合计算重点介绍了云端融合计算模型、关键技术及其在知识系统、恶意代码防御、流媒体等领域的应用。本书集中反映了云计算技术的新思路、新观点、新方法和新成果；注意从实际出发，采用读者容易理解的体系和叙述方法，深入浅出、循序渐进地帮助读者把握云计算技术的主要内容，富有启发性。

徐小龙，南京邮电大学计算机学院教授，博士生导师。"通信与信息系统专业”博士，"电子科学与技术”博士后流动站博士后（出站），国家卓越工程师计划专业负责人。2011年获得国家留学基金委资助赴英国从事博士后研究，一直从事分布式计算、移动计算、物联网、信息网络与信息安全等技术领域的教学和科研工作。

目 录
第一部分 云计算基本知识
第1章 云计算产生与发展\t2
1．1 云计算的产生\t2
1．2 云计算发展历程\t3
1．2．1 计算模式演进\t3
1．2．2 云计算发展大事记\t6
1．2．3 云计算时代\t9
1．3 云计算定义及特征\t11
1．3．1 定义\t11
1．3．2 典型特征\t13
1．3．3 计算模式对比\t13
1．4 本章小结\t15
参考文献\t15
第2章 云计算关键技术\t17
2．1 体系架构\t17
2．1．1 核心服务层\t18
2．1．2 服务管理层\t18
2．1．3 用户访问接口层\t19
2．1．4 云计算性能要求\t19
2．1．5 云平台运营方式\t20
2．2 虚拟化技术\t21
2．2．1 技术定义及优势\t21
2．2．2 技术分类\t22
2．2．3 几种虚拟化软件介绍\t30
2．2．4 Docker技术\t33
2．3 云存储\t34
2．3．1 基本概念\t34
2．3．2 网络架构与系统特征\t35
2．3．3 层次结构模型\t38
2．3．4 技术优势\t39
2．3．5 云存储文件系统\t40
2．4 分布式计算\t41
2．4．1 分布式计算的基本概念\t41
2．4．2 典型的分布式计算技术\t42
2．4．3 存储整合\t46
2．4．4 技术分析与比较\t46
2．5 安全机制\t47
2．5．1 安全挑战\t47
2．5．2 技术现状\t48
2．5．3 关键技术\t50
2．6 资源调度与性能管理\t53
2．6．1 资源调度技术\t53
2．6．2 性能管理技术\t54
2．7 本章小结\t56
参考文献\t56
第3章 云计算平台\t62
3．1 Google云计算平台\t62
3．1．1 系统简介\t62
3．1．2 GFS文件系统\t62
3．1．3 MapReduce编程模型\t64
3．1．4 分布式数据库BigTable\t65
3．1．5 典型应用\t66
3．2 Amazon云计算平台\t67
3．2．1 系统简介\t67
3．2．2 分布式文件系统Dynamo\t68
3．2．3 弹性计算云EC2\t71
3．2．4 简单存储服务S3\t72
3．3 Microsoft云计算平台\t75
3．3．1 系统简介\t75
3．3．2 服务组件\t75
3．4 阿里云计算平台\t77
3．4．1 系统简介\t77
3．4．2 弹性计算服务\t78
3．4．3 对象存储服务\t79
3．4．4 开放表格存储\t81
3．4．5 云数据库RDS\t82
3．4．6 大数据计算服务MaxCompute\t82
3．4．7 阿里云数加平台\t82
3．4．8 阿里云盾系统\t83
3．5 开源云计算平台\t84
3．5．1 OpenStack\t84
3．5．2 Hadoop\t88
3．5．3 Spark\t96
3．6 云计算仿真平台\t110
3．6．1 CloudSim简介\t110
3．6．2 CloudSim体系结构\t111
3．6．3 CloudSim应用\t111
3．7 本章小结\t112
参考文献\t112
第4章 云计算应用\t114
4．1 在电信领域的应用\t114
4．1．1 云计算在电信行业的优势\t114
4．1．2 应用模式\t115
4．2 在医疗领域的应用\t118
4．2．1 医疗信息化建设\t118
4．2．2 医疗数据处理\t120
4．3 在政务领域的应用\t121
4．3．1 基于云计算的电子政务\t121
4．3．2 基于云计算的智慧城市\t122
4．3．3 智慧南京\t125
4．4 在电子商务领域的应用\t126
4．4．1 应用意义与前景\t125
4．4．2 典型应用案例\t127
4．5 本章小结\t130
参考文献\t130
第二部分 云计算安全保障机制
第5章 可信虚拟私有云\t134
5．1 云计算安全分析\t134
5．1．1 云安全问题及需求\t134
5．1．2 云安全架构\t137
5．1．3 云安全解决方案\t140
5．2 可信虚拟私有云模型\t141
5．2．1 可信虚拟私有云定义\t141
5．2．2 安全Agent与Agency体系结构\t142
5．2．3 基于安全Agent的可信虚拟私有云模型\t144
5．2．4 SATVPC的多租客隔离模型\t144
5．3 执行体与执行点可信评估机制\t145
5．3．1 基本思想\t145
5．3．2 动态复合可信评估算法\t146
5．3．3 可信判别策略\t148
5．4 实验系统\t149
5．4．1 原型系统\t149
5．4．2 原型系统与工作流程\t150
5．4．3 实验验证与性能分析\t152
5．5 本章小结\t154
参考文献\t155
第6章 云数据销毁\t157
6．1 概述\t157
6．1．1 云数据销毁需求\t157
6．1．2 数据销毁方式\t158
6．1．3 数据销毁策略\t159
6．2 基于多移动Agent的云数据销毁模型\t160
6．2．1 多移动Agent技术\t160
6．2．2 模型架构\t163
6．2．3 销毁模式\t164
6．2．4 基本流程\t166
6．3 防御型销毁机制\t171
6．3．1 模型架构\t171
6．3．2 数据托管流程\t172
6．3．3 数据检测\t174
6．3．4 数据销毁\t177
6．3．5 实验验证\t181
6．4 云数据销毁原型系统\t184
6．4．1 JADE平台\t184
6．4．2 关键类图\t184
6．4．3 预处理\t185
6．4．4 防御型监测\t186
6．4．5 性能分析\t186
6．5 本章小结\t186
参考文献\t187
第7章 云存储数据隐私保护\t189
7．1 数据安全隐私问题\t189
7．2 云数据隐私保护关键技术\t191
7．2．1 数据内容隐私保护\t191
7．2．2 数据属性隐私保护\t195
7．3 云存储隐私保护机制\t198
7．3．1 代表性方案\t198
7．3．2 基于加密的隐私保护算法\t200
7．3．3 基于属性的访问控制策略\t202
7．3．4 代理重加密技术\t203
7．3．5 安全隔离机制\t204
7．4 基于分割的云存储分级数据私密性保护模型\t205
7．4．1 体系架构\t205
7．4．2 安全假设\t206
7．4．3 主要功能模块\t207
7．4．4 工作流程\t208
7．4．5 安全性分析\t210
7．4．6 性能开销\t210
7．5 本章小结\t211
参考文献\t211
第8章 多授权机构基于属性的密文访问控制方案\t215
8．1 有中央机构的多授权机构基于属性的密文访问控制方案\t215
8．1．1 基本思想\t215
8．1．2 安全假设\t218
8．1．3 算法描述\t219
8．1．4 安全性分析\t221
8．1．5 实验与验证\t224
8．2 无中央机构的多授权机构基于属性的密文访问控制方案\t227
8．2．1 基本思想\t227
8．2．2 安全假设\t229
8．2．3 算法流程\t230
8．2．4 安全性证明\t234
8．2．5 实验验证与性能分析\t236
8．3 本章小结\t239
参考文献\t239
第三部分 绿色云计算
第9章 云计算能耗分析\t242
9．1 能耗问题\t242
9．1．1 当前状况\t242
9．1．2 原因分析\t244
9．2 绿色计算\t246
9．2．1 绿色计算定义\t246
9．2．2 节能机制\t247
9．3 绿色云计算\t250
9．3．1 绿色云计算定义\t250
9．3．2 相关技术简介\t251
9．3．3 绿色云计算模型\t255
9．4 本章小结\t258
参考文献\t258
第10章 节能型资源配置与任务调度\t262
10．1 面向低能耗云计算任务调度的资源配置\t262
10．1．1 资源配置模型\t262
10．1．2 基于概率匹配的资源配置算法\t268
10．1．3 基于改进型模拟退火的资源配置算法\t270
10．1．4 实验验证与性能分析\t272
10．2 基于动态负载调节的自适应云计算任务调度策略\t279
10．2．1 面向任务调度的多级负载评估方法\t279
10．2．2 基于动态负载调节的自适应任务调度策略\t283
10．2．3 实验验证与性能分析\t288
10．3 云环境下基于多移动Agent的任务调度模型\t292
10．3．1 任务调度模型\t292
10．3．2 任务调度过程\t296
10．3．3 基于优化缓存的Agent迁移机制\t297
10．3．4 移动Agent的迁移缓存机制\t300
10．3．5 实验验证与性能分析\t303
10．4 面向大规模云数据中心的低能耗任务调度策略\t305
10．4．1 基于胜者树的低能耗任务调度算法\t305
10．4．2 基于胜者树的单任务调度策略\t308
10．4．3 基于胜者树的多任务调度策略\t310
10．4．4 实验验证与性能分析\t312
10．5 本章小结\t314
参考文献\t314
第11章 云计算环境下数据动态部署\t317
11．1 云计算中的大数据\t317
11．1．1 问题分析\t317
11．1．2 典型的数据存储管理技术\t320
11．2 云环境下数据存储优化\t325
11．2．1 云平台数据存储\t325
11．2．2 云平台数据部署策略\t326
11．2．3 数据迁移技术\t330
11．3 数据聚集算法与实验分析\t333
11．3．1 云数据模型\t333
11．3．2 算法描述\t334
11．3．3 仿真实验\t337
11．3．4 算法性能分析\t339
11．4 本章小结\t340
参考文献\t341
第12章 云存储中重复数据删除机制\t345
12．1 云计算与大数据\t345
12．1．1 大数据时代\t345
12．1．2 冗余数据问题\t347
12．2 重复数据删除\t348
12．2．1 重复数据删除简述\t348
12．2．2 方法分类\t349
12．2．3 相关技术及成果\t351
12．3 有中心云存储重复数据删除机制\t353
12．3．1 典型的有中心存储结构\t353
12．3．2 系统结构模型\t354
12．3．3 重复数据检测与避免\t357
12．3．4 延迟重复数据删除\t359
12．3．5 实验验证与性能分析\t361
12．4 无中心云存储重复数据删除机制\t364
12．4．1 典型的无中心存储结构\t364
12．4．2 系统架构\t367
12．4．3 网络拓扑结构\t368
12．4．4 重复数据检测与避免\t372
12．4．5 实验验证与性能分析\t374
12．5 本章小结\t376
参考文献\t377
第四部分 云端融合计算
第13章 云端融合计算模型\t382
13．1 基本概念\t382
13．1．1 云计算与对等计算\t382
13．1．2 云端融合计算\t383
13．2 体系架构\t384
13．2．1 体系架构\t384
13．2．2 数据存储\t385
13．2．3 节点特征与属性\t386
13．3 基于多移动Agent的云端融合计算\t388
13．3．1 问题分析\t388
13．3．2 多移动Agent的引入\t389
13．3．3 层次结构\t390
13．3．4 可信云端计算\t391
13．4 本章小结\t393
参考文献\t393
第14章 云端融合计算技术\t394
14．1 计算任务部署机制\t394
14．1．1 计算任务执行流程\t394
14．1．2 cAgent角色分配\t395
14．1．3 作业分割与任务分配\t395
14．2 任务安全分割与分配机制\t396
14．2．1 安全问题分析\t396
14．2．2 基于移动Agent的任务分割与分配\t397
14．2．3 任务分配实例\t400
14．2．4 实验验证与性能分析\t400
14．3 任务执行代码保护机制\t404
14．3．1 问题分析\t404
14．3．2 基于内嵌验证码的加密函数的代码保护机制\t404
14．3．3 节点遴选机制\t405
14．3．4 安全性分析与验证\t407
14．4 多副本部署机制与选择策略\t408
14．4．1 问题分析\t408
14．4．2 云端数据存储方法\t409
14．4．3 数据副本数量确定机制\t416
14．4．4 数据副本放置机制\t419
14．4．5 副本部署机制实验验证与性能分析\t420
14．4．6 数据副本选择策略\t424
14．4．7 副本选择策略实验验证与性能分析\t429
14．5 复合协同管理环机制\t430
14．5．1 问题分析\t430
14．5．2 基于多移动Agent的复合协同管理环机制\t431
14．5．3 环状网络拓扑结构\t435
14．5．4 实验验证与性能分析\t437
14．6 本章小结\t439
参考文献\t439
第15章 云端融合计算应用范例\t441
15．1 基于云端融合计算网络平台 的泛知识云系统\t441
15．1．1 问题分析\t441
15．1．2 泛知识云模型\t442
15．1．3 工作流程\t443
15．1．4 服务质量保障机制\t444
15．1．5 原型系统\t446
15．1．6 系统性能分析\t447
15．2 基于云端融合计算架构的恶意代码联合防御系统\t448
15．2．1 问题分析\t448
15．2．2 体系架构和基本功能\t448
15．2．3 场景及工作流程\t450
15．2．4 恶意代码报告评价和排序算法\t452
15．2．5 原型系统\t455
15．2．6 系统性能分析\t457
15．3 云端流媒体系统\t458
15．3．1 流媒体简介\t458
15．3．2 体系架构\t460
15．3．3 性能优化\t460
15．3．4 原型系统\t462
15．4 本章小结\t465
参考文献\t465