陸劍予，孔維豪,2，劉原麟,3，李雪，張璐

（1.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，北京 100029；2.中核集團(tuán)鈾資源勘查與評(píng)價(jià)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029；3.遙感信息與圖像分析技術(shù)國(guó)家級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029）

云計(jì)算（Cloud Computing）是以網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、虛擬化技術(shù)、分布式計(jì)算技術(shù)為基礎(chǔ)，以按需分配為業(yè)務(wù)模式，具備動(dòng)態(tài)擴(kuò)展、資源共享、寬帶接入等特點(diǎn)的新一代網(wǎng)絡(luò)化商業(yè)計(jì)算模式［1］。自2006 年亞馬遜AWS 開(kāi)始以Web 服務(wù)的形式，向企業(yè)提供IT 基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)起，云計(jì)算服務(wù)產(chǎn)業(yè)已經(jīng)在各行各業(yè)中蓬勃發(fā)展10 余年。云計(jì)算技術(shù)已從一個(gè)被認(rèn)為是新瓶裝舊酒的概念轉(zhuǎn)變進(jìn)入普及、應(yīng)用、繁榮的階段，成為提升信息化水平、打造數(shù)字經(jīng)濟(jì)新動(dòng)能的重要手段。近些年，伴隨著數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代的來(lái)臨，產(chǎn)業(yè)智能化的深入發(fā)展以及大數(shù)據(jù)、5G、AI等新興技術(shù)的崛起，國(guó)內(nèi)云計(jì)算產(chǎn)業(yè)規(guī)模逐年遞增，企業(yè)紛紛上云，產(chǎn)業(yè)普遍向智能化發(fā)展。根據(jù)工業(yè)和信息化部2020 年通信業(yè)統(tǒng)計(jì)公報(bào)所示，應(yīng)用以云計(jì)算為首的新技術(shù)，使得固定增值及其他業(yè)務(wù)的收入成為增長(zhǎng)第一引擎。固定增值電信業(yè)務(wù)收入比上年增長(zhǎng)26.9%，增速同比提高5.7%。其中貢獻(xiàn)最高的云服務(wù)收入增長(zhǎng)率更是高達(dá)85.8%［2］。

鈾礦作為國(guó)家的重要能源，對(duì)國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力和綜合國(guó)力至關(guān)重要，是一種重要的稀有戰(zhàn)略資源［3］。當(dāng)前，云計(jì)算技術(shù)雖然在IT 行業(yè)中應(yīng)用廣泛，但其與鈾礦地質(zhì)行業(yè)的結(jié)合仍處于初級(jí)階段。借助云計(jì)算技術(shù)，搭建一套符合鈾礦地質(zhì)行業(yè)特色的云平臺(tái)，將對(duì)鈾礦地質(zhì)行業(yè)發(fā)展起到巨大的促進(jìn)作用。

1 云計(jì)算概述

1.1 云計(jì)算的基本特性

根據(jù)美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）的定義，云計(jì)算是一種模型，其可以實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地便捷地，隨需而變地從可配置計(jì)算機(jī)資源共享池中獲取所需的資源。資源能夠快速供應(yīng)并釋放，使管理資源的工作量和服務(wù)提供商的交互減小到最低限度。具有按需自主服務(wù)、廣泛網(wǎng)接入、資源池化、快速?gòu)椥陨炜s和可計(jì)量服務(wù)的特點(diǎn)［4-5］。按需自主服務(wù)可以讓租客個(gè)性化地租用服務(wù)器硬件資源和服務(wù)；廣泛網(wǎng)接入打破了不同設(shè)備間通信的壁壘，只要可以接入到網(wǎng)絡(luò)中就可以使用云服務(wù)；資源池化可以將使用的CPU、內(nèi)存、硬盤、安全產(chǎn)品等資源放入邏輯的資源池中，極大提升了使用效率；快速?gòu)椥陨炜s可滿足租戶的需求調(diào)整。當(dāng)業(yè)務(wù)量增加和減少時(shí)都可以快速地調(diào)整服務(wù)器硬件資源，以便節(jié)約成本提升效益。云計(jì)算可以使用戶擺脫本地資源的束縛，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)按需使用數(shù)據(jù)中心的計(jì)算力和存儲(chǔ)功能，而無(wú)需自購(gòu)設(shè)備。打個(gè)比方，這就像我們不需要在自家院子里打井取水，不需要在廚房里使用柴油機(jī)發(fā)電，而是享用水電公司提供的服務(wù)一樣［6］。

1.2 云計(jì)算平臺(tái)

云計(jì)算平臺(tái)是云計(jì)算技術(shù)體系的核心，是為用戶提供云計(jì)算服務(wù)的軟硬件資源集成平臺(tái)。云平臺(tái)通常依賴于虛擬化技術(shù)先將異構(gòu)計(jì)算資源整合，形成抽象的、虛擬的和動(dòng)態(tài)擴(kuò)展的計(jì)算機(jī)資源池，再通過(guò)網(wǎng)絡(luò)向用戶按需提供計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源和應(yīng)用軟件等服務(wù)。在云平臺(tái)上，計(jì)算機(jī)資源得以共享，能夠提供強(qiáng)大的計(jì)算存儲(chǔ)功能［7］。云計(jì)算平臺(tái)通常分為3種服務(wù)模式：IaaS（基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)）、PaaS（平臺(tái)即服務(wù)）和SaaS（軟件即服務(wù)）（圖1）。

圖1 云計(jì)算3 種服務(wù)模式Fig.1 Three models of cloud computing

1）IaaS（Infrastructure as a Service），基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)

IaaS 是云計(jì)算服務(wù)中最基礎(chǔ)的類別。使用IaaS 可以從云提供商處按現(xiàn)收現(xiàn)付的方式租用IT 基礎(chǔ)架構(gòu)服務(wù)器虛擬機(jī)、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)和操作系統(tǒng)等。他是一種即時(shí)計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行配置和管理。在使用IaaS 時(shí)，用戶可以控制操作系統(tǒng)、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)組件，部署應(yīng)用程序。

2）PaaS（Platform as a Service），平臺(tái)即服務(wù)

PaaS 為構(gòu)建、測(cè)試和部署軟件應(yīng)用程序提供了一個(gè)環(huán)境。PaaS 可以讓用戶能夠使用云提供商支持的編程語(yǔ)言和工具，把開(kāi)發(fā)出的程序部署到云中，其目的是幫助用戶便捷的創(chuàng)建應(yīng)用程序，而不必專注于管理平臺(tái)基礎(chǔ)架構(gòu)。PaaS 開(kāi)放應(yīng)用程序接口，主要面向的用戶是開(kāi)發(fā)人員。

3）SaaS（Software as a Service），軟件即服務(wù)

SaaS 是為最終用戶集中托管和管理的軟件，他允許用戶通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)連接和使用基于云的應(yīng)用程序。SaaS 開(kāi)放用戶接口，使用戶無(wú)需了解底層基礎(chǔ)架構(gòu)和任何應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)接口，提供了一種降低軟件使用成本的方法，即可以按需使用軟件而不是為每臺(tái)計(jì)算機(jī)購(gòu)買許可。

云計(jì)算平臺(tái)具有良好的可擴(kuò)展性和伸縮性，提供了一個(gè)輕便的人機(jī)交互接口和強(qiáng)大的計(jì)算能力，讓用戶可以高效、自主地獲取服務(wù)或選用平臺(tái)資源。

1.3 虛擬化

虛擬化是一種可以將一種形式的資源抽象成另一種形式的技術(shù)。虛擬化的資源是邏輯表示，不受物理限制的約束，實(shí)現(xiàn)了上層操作系統(tǒng)與硬件解耦，可以將單個(gè)資源劃分成多個(gè)隔離的虛擬資源或?qū)⒍鄠€(gè)獨(dú)立資源封裝為統(tǒng)一資源，即把資源抽象成共享資源池。虛擬化是云計(jì)算的基礎(chǔ)，通過(guò)虛擬化的方式，可以在幾分鐘之內(nèi)，虛擬出一個(gè)獨(dú)立的、隨需配置的虛擬機(jī)供用戶使用。虛擬化技術(shù)給資源使用和調(diào)度帶來(lái)了極大的方便，系統(tǒng)可以根據(jù)應(yīng)用的實(shí)際負(fù)載情況及時(shí)進(jìn)行資源調(diào)度，從而可以保證既不會(huì)因?yàn)橘Y源得不到充分利用造成系統(tǒng)資源的浪費(fèi)，又能夠保證應(yīng)用和服務(wù)不會(huì)因?yàn)橘Y源缺乏而帶來(lái)性能的下降［8］。

在傳統(tǒng)模式中，一臺(tái)物理服務(wù)器基本上只能運(yùn)行一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)，造成服務(wù)器CPU、內(nèi)存、硬盤等硬件資源得不到充分利用，同時(shí)在應(yīng)用擴(kuò)展時(shí)操作繁瑣。使用虛擬化技術(shù)可以在多臺(tái)物理服務(wù)器組成的集群上運(yùn)行多個(gè)虛擬節(jié)點(diǎn)，從而可以動(dòng)態(tài)地分配服務(wù)器硬件資源，合理地運(yùn)行多個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)（圖2）。

圖2 虛擬化效果Fig.2 Comparison of virtualization model and traditional model

2 鈾礦地質(zhì)云計(jì)算平臺(tái)建設(shè)必要性

60 余年的鈾礦地質(zhì)工作已積累了大量的全國(guó)范圍鈾礦相關(guān)資料及部分海外地勘資料，涵蓋學(xué)科領(lǐng)域包括地質(zhì)、遙感、物探、化探、鉆探、測(cè)繪等有關(guān)科研數(shù)據(jù)和成果，部分單位還建立了專題數(shù)據(jù)庫(kù)和綜合數(shù)據(jù)庫(kù)。但各種數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，包括數(shù)據(jù)內(nèi)容的語(yǔ)義表達(dá)等存在諸多差異，缺乏高效的管理和共享機(jī)制。很多數(shù)據(jù)沒(méi)有得到統(tǒng)一管理或有效利用，大大造成數(shù)據(jù)和IT 資源的浪費(fèi)。而云計(jì)算能夠處理企業(yè)對(duì)數(shù)據(jù)集中管理和IT 資源動(dòng)態(tài)分配的需求，統(tǒng)一數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，解決上述“數(shù)據(jù)孤島”和“信息煙囪”的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)有效的管理和共享機(jī)制。云計(jì)算就是將原本分散的資源聚集在一起，再以服務(wù)的形式提供給用戶（受眾）［9］。在鈾礦地質(zhì)行業(yè)內(nèi)共享信息資源，并且逐步將信息資源轉(zhuǎn)變成服務(wù)，提升行業(yè)水平，是云計(jì)算平臺(tái)建設(shè)的重要目標(biāo)之一。

同時(shí)，鈾礦地質(zhì)云平臺(tái)的建設(shè)可以降低行業(yè)內(nèi)各單位的IT 運(yùn)行成本。各單位將共用一套包括服務(wù)器、存儲(chǔ)以及網(wǎng)絡(luò)的虛擬化集群，按需租用不同的云服務(wù)，不再需要自建、運(yùn)維機(jī)房。解決了行業(yè)內(nèi)各單位信息化力量不足，運(yùn)維人員水平參差不齊的問(wèn)題。使行業(yè)內(nèi)各單位將關(guān)注點(diǎn)放在業(yè)務(wù)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和使用上面，提高信息化與業(yè)務(wù)融合度，促進(jìn)鈾礦地質(zhì)行業(yè)的創(chuàng)新和發(fā)展。

3 鈾礦地質(zhì)云計(jì)算平臺(tái)設(shè)計(jì)

鈾礦地質(zhì)云平臺(tái)旨在建設(shè)鈾礦勘查全周期大數(shù)據(jù)應(yīng)用一體化數(shù)據(jù)平臺(tái)，為各級(jí)單位提供生產(chǎn)運(yùn)行監(jiān)控、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、智能預(yù)警和決策優(yōu)化服務(wù)［10］。通過(guò)統(tǒng)籌規(guī)劃、頂層設(shè)計(jì)、資源整合，對(duì)行業(yè)內(nèi)各單位多級(jí)節(jié)點(diǎn)的鈾礦地質(zhì)資源進(jìn)行分布式的存儲(chǔ)管理和計(jì)算共享資源，從而實(shí)現(xiàn)鈾礦地質(zhì)資源的合理利用和高效配置。構(gòu)建科學(xué)合理的管理體系，優(yōu)化服務(wù)，逐步實(shí)現(xiàn)鈾礦地質(zhì)信息高效共享和精準(zhǔn)服務(wù)，向鈾礦行業(yè)信息化和智能化的工作模式轉(zhuǎn)變。

3.1 建設(shè)鈾礦地質(zhì)云計(jì)算平臺(tái)的要點(diǎn)

3.1.1 統(tǒng)一的鈾礦資源標(biāo)準(zhǔn)體系

參照鈾礦資源領(lǐng)域內(nèi)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)規(guī)范和管理辦法等，形成鈾礦行業(yè)統(tǒng)一的信息化標(biāo)準(zhǔn)體系，建立鈾礦資源信息化標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施監(jiān)督機(jī)制，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)積極推動(dòng)信息化建設(shè)。

鈾礦地質(zhì)云平臺(tái)的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和實(shí)施等內(nèi)容須遵循標(biāo)準(zhǔn)體系。標(biāo)準(zhǔn)體系需符合實(shí)際需求，隨著平臺(tái)建設(shè)的不斷深入，標(biāo)準(zhǔn)體系也要根據(jù)平臺(tái)建設(shè)情況不斷完善。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)體系，可以對(duì)基于平臺(tái)進(jìn)行信息共享和業(yè)務(wù)協(xié)同進(jìn)行規(guī)范。確保平臺(tái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)互聯(lián)互通，有利于平臺(tái)建設(shè)安全可靠。

3.1.2 統(tǒng)一的鈾礦行業(yè)信息化頂層設(shè)計(jì)

信息化建設(shè)需統(tǒng)籌管理，提高規(guī)劃約束力，業(yè)務(wù)系統(tǒng)要避免重復(fù)開(kāi)發(fā)、系統(tǒng)間相互獨(dú)立的現(xiàn)象。本著以信息化建設(shè)為手段，提升業(yè)務(wù)和管理水平，著重關(guān)注信息化與業(yè)務(wù)的融合問(wèn)題，形成統(tǒng)一的應(yīng)用門戶和資源池，集中管理和維護(hù)，避免重復(fù)開(kāi)發(fā)業(yè)務(wù)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、業(yè)務(wù)板塊覆蓋不全、系統(tǒng)推廣范圍有限的現(xiàn)象。

3.1.3 整合多源異構(gòu)數(shù)據(jù)

在信息化的建設(shè)中，多源鈾礦資源數(shù)據(jù)缺少匯聚機(jī)制，資料分散已成為制約科學(xué)判斷鈾礦資源形勢(shì)和分布的一大難題。主要表現(xiàn)在：基礎(chǔ)地理資料不統(tǒng)一、應(yīng)用系統(tǒng)各自建設(shè)、數(shù)據(jù)資源重復(fù)建設(shè)等問(wèn)題；數(shù)據(jù)共享機(jī)制不完善，需要解決鈾礦資源各類數(shù)據(jù)的合理匯聚、集中管理、共享與分發(fā)。

各類鈾礦資源數(shù)據(jù)的正確、完整、高效集聚是合理開(kāi)展數(shù)據(jù)決策、數(shù)據(jù)共享分發(fā)的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)共享分發(fā)與數(shù)據(jù)決策過(guò)程本質(zhì)上是數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的過(guò)程。因此，如何實(shí)現(xiàn)分布于不同業(yè)務(wù)系統(tǒng)的各類鈾礦資源實(shí)現(xiàn)基于主題的自動(dòng)匯聚及按需分配是關(guān)鍵。

3.1.4 確立云計(jì)算服務(wù)

云計(jì)算的核心就是云服務(wù)，只有以服務(wù)的形式將其特征和優(yōu)勢(shì)展現(xiàn)出來(lái)，才能讓其落地并被企業(yè)使用。前文介紹的IaaS、PaaS、SaaS，名稱的最后一個(gè)字母“S”是服務(wù)的簡(jiǎn)寫。云計(jì)算用戶不必關(guān)心其服務(wù)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)服務(wù)的方式，以此形成的服務(wù)被稱為云服務(wù)［11］。能否實(shí)現(xiàn)像享用水電公司提供的服務(wù)一樣使用云平臺(tái)的資源，就要看云服務(wù)的設(shè)計(jì)。云計(jì)算服務(wù)可以將大量用網(wǎng)絡(luò)連接的計(jì)算資源統(tǒng)一管理和調(diào)度，構(gòu)成一個(gè)計(jì)算資源池向用戶提供按需服務(wù)。這一點(diǎn)正是云計(jì)算功能中最重要的模塊，是云計(jì)算平臺(tái)能否發(fā)揮價(jià)值的核心體現(xiàn)，因此確立鈾礦地質(zhì)云平臺(tái)的云服務(wù)是最為關(guān)鍵的一環(huán)。

鈾礦地質(zhì)是包含地質(zhì)測(cè)量、放射性物探測(cè)量、遙感技術(shù)等多學(xué)科、多專業(yè)的找礦和勘探方法。鈾礦地質(zhì)云平臺(tái)具有一定的專業(yè)性和保密性，部署云服務(wù)時(shí)，需要考慮科研和生產(chǎn)相結(jié)合，重點(diǎn)針對(duì)多年累積的地質(zhì)數(shù)據(jù)。

3.1.5 鈾礦地質(zhì)云平臺(tái)運(yùn)維和安全

建設(shè)工作完成后，鈾礦地質(zhì)云平臺(tái)的運(yùn)維工作也是非常重要的一點(diǎn)。云計(jì)算資源規(guī)模龐大，服務(wù)器數(shù)量眾多且運(yùn)行的應(yīng)用復(fù)雜，穩(wěn)定運(yùn)行是影響正常運(yùn)營(yíng)的關(guān)鍵因素。需要確保平臺(tái)7×24 小時(shí)的穩(wěn)定運(yùn)行，隨時(shí)調(diào)用資源池資源，滿足用戶的彈性需求，保障整個(gè)系統(tǒng)提供不間斷的服務(wù)是巨大的挑戰(zhàn)。選擇相應(yīng)的云平臺(tái)管理技術(shù)能夠使大量服務(wù)器協(xié)同工作，方便進(jìn)行業(yè)務(wù)部署和開(kāi)通，快速發(fā)現(xiàn)和恢復(fù)系統(tǒng)故障，通過(guò)自動(dòng)化、智能化的手段實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的可靠運(yùn)行。

建立在安全標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)之上的安全體系，兼顧數(shù)據(jù)庫(kù)、網(wǎng)絡(luò)、操作系統(tǒng)、云平臺(tái)等方面的安全性，加強(qiáng)項(xiàng)目安全責(zé)任、數(shù)據(jù)安全采集、生產(chǎn)、使用和安全意識(shí)，完善鈾礦地質(zhì)云平臺(tái)的安全標(biāo)準(zhǔn)和管理制度，確保鈾礦地質(zhì)云平臺(tái)安全可控，保障項(xiàng)目的順利推進(jìn)。

3.2 總體設(shè)計(jì)思想

鈾礦地質(zhì)云計(jì)算平臺(tái)采用分布式計(jì)算、并行計(jì)算、虛擬化等技術(shù)手段，充分利用資源池內(nèi)CPU 的閑置處理能力來(lái)解決大型計(jì)算問(wèn)題。在松散或嚴(yán)格約束的條件下使用一個(gè)硬件和軟件系統(tǒng)處理任務(wù)，包括多個(gè)處理器單元和存儲(chǔ)單元、多個(gè)并發(fā)的過(guò)程、多個(gè)程序。將計(jì)算任務(wù)分配給眾多計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，再把這些計(jì)算結(jié)果綜合起來(lái)得到最后結(jié)果。鈾礦地質(zhì)云計(jì)算平臺(tái)把應(yīng)用和系統(tǒng)建立在服務(wù)器集群之上，通過(guò)基礎(chǔ)設(shè)施與上層應(yīng)用程序的協(xié)同構(gòu)建以達(dá)到最大效率使用硬件資源的目的，并且通過(guò)軟件的方法容忍多個(gè)節(jié)點(diǎn)的錯(cuò)誤，達(dá)到分布式計(jì)算系統(tǒng)可擴(kuò)展性和可靠性兩個(gè)方面的目標(biāo)，從而對(duì)外提供穩(wěn)定云服務(wù)。

3.2.1 平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)

搭建鈾礦地質(zhì)行業(yè)云平臺(tái)時(shí)，首先需要根據(jù)計(jì)算量和存儲(chǔ)量整合硬件資源，形成IT 資源池。在IaaS 平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)資源池內(nèi)的容災(zāi)、自動(dòng)化修復(fù)和管理以及資源動(dòng)態(tài)調(diào)配。然后在這個(gè)基礎(chǔ)的云架構(gòu)上部署中間件，收集用戶需要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)并分析，針對(duì)不同算法提供編程接口。在這個(gè)階段提供統(tǒng)一的中間件服務(wù)、消息服務(wù)、整合服務(wù)等多種基礎(chǔ)服務(wù)，用來(lái)作為業(yè)務(wù)軟件的運(yùn)行支撐平臺(tái)。最后完成SaaS 平臺(tái)搭建，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)逐步將應(yīng)用系統(tǒng)移植到云架構(gòu)上，構(gòu)建各種云服務(wù)，直接面向用戶提供業(yè)務(wù)IT 服務(wù)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用運(yùn)行環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)化（圖3）。

圖3 平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)Fig.3 Frame design for the platform

鈾礦地質(zhì)行業(yè)云平臺(tái)的建設(shè)內(nèi)容主要體現(xiàn)在IaaS 和SaaS 層。IaaS 平臺(tái)的核心技術(shù)是虛擬化技術(shù)，淡化用戶對(duì)于物理計(jì)算資源（服務(wù)器、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)）的直接訪問(wèn)，取而代之的是用戶訪問(wèn)邏輯資源，而后臺(tái)的物理連接則由虛擬化技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)和管理［12］。IaaS 平臺(tái)最終將基礎(chǔ)設(shè)施層資源以虛擬化的形式租借出去，在搭建IaaS 層時(shí)要注重IT 系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施，按行業(yè)內(nèi)各單位的需求做好資源池。鈾礦地質(zhì)行業(yè)云平臺(tái)IaaS 層設(shè)計(jì)3 個(gè)服務(wù)：全局入口管理、集群管理和硬件管理。全局入口管理用來(lái)驗(yàn)證訪客信息、設(shè)置訪問(wèn)權(quán)限、分配訪問(wèn)許可和管理用戶租賃的基礎(chǔ)設(shè)施層資源，相當(dāng)于用戶和云平臺(tái)在基礎(chǔ)設(shè)施層的交互與準(zhǔn)入接口。全局入口在設(shè)計(jì)時(shí)要確保界面友善，使用戶可以清晰的尋找到想要租用的資源配置，同時(shí)要保障用戶信息安全可靠。集群管理接收用戶訪問(wèn)全局入口后，提出的資源查詢或申請(qǐng)請(qǐng)求，分析用戶所需要的計(jì)算力和存儲(chǔ)需求，再向下提出資源分配的命令。在集群上管理著用戶申請(qǐng)的基礎(chǔ)設(shè)施層資源，要做好虛擬機(jī)備份任務(wù)，確保當(dāng)用戶的虛擬節(jié)點(diǎn)宕機(jī)后可以在不影響業(yè)務(wù)的情況下遷移至其余虛擬節(jié)點(diǎn)上。硬件管理直接與物理服務(wù)器、存儲(chǔ)等資源進(jìn)行交互，向上層反饋資源池內(nèi)硬件使用的情況和正在運(yùn)行的虛擬機(jī)狀態(tài)，是平臺(tái)軟硬件交互的接口。

在IaaS 平臺(tái)，通過(guò)虛擬化技術(shù)將上層操作系統(tǒng)與硬件解耦，實(shí)現(xiàn)資源池化。而PaaS 平臺(tái)是在IaaS 平臺(tái)基礎(chǔ)之上，集成并預(yù)裝了完整的服務(wù)器虛擬機(jī)。集成在PaaS 環(huán)境中的服務(wù)包括中間件（例如，使獨(dú)立軟件組件協(xié)同工作的軟件），操作系統(tǒng)、開(kāi)發(fā)和部署服務(wù)，能支持軟件開(kāi)發(fā)和交付［13］。鈾礦地質(zhì)行業(yè)云平臺(tái)PaaS層部署可靠的分布式變成框架，提供全平臺(tái)PaaS 和半平臺(tái)PaaS 兩種服務(wù)。全平臺(tái)PaaS 安裝業(yè)務(wù)系統(tǒng)可能需要的全部依賴程序，包括數(shù)據(jù)庫(kù)、中間件和運(yùn)行庫(kù)，提供給用戶一套完整的開(kāi)發(fā)和測(cè)試環(huán)境；半平臺(tái)PaaS 只安裝操作系統(tǒng)，其余依賴程序由用戶自行安裝。這種方式相對(duì)靈活，可以讓用戶更加具有針對(duì)性的對(duì)業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，并且節(jié)省了資源空間，減少浪費(fèi)。

SaaS 層以軟件應(yīng)用作為服務(wù)，將在平臺(tái)層開(kāi)發(fā)的軟件發(fā)布到SaaS，或者將現(xiàn)有的應(yīng)用系統(tǒng)遷移至云平臺(tái)，即可為相關(guān)的用戶提供基于企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)的軟件應(yīng)用服務(wù)［14］。鈾礦地質(zhì)行業(yè)云平臺(tái)SaaS 層將根據(jù)行業(yè)內(nèi)單位需求，部署地質(zhì)、遙感、物化探、分析測(cè)試等有關(guān)科研生產(chǎn)軟件，以及OA、ERP、項(xiàng)目管理、輔助決策等科研管理系統(tǒng)。軟件輸入輸出設(shè)計(jì)在云端，當(dāng)用戶經(jīng)授權(quán)認(rèn)證后，通過(guò)B/S 架構(gòu)僅需要簡(jiǎn)單的處理操作就可以訪問(wèn)云端，使用云端提供的服務(wù)。防止出現(xiàn)用戶本地終端硬件與云端軟件不兼容的問(wèn)題，同時(shí)減輕本地設(shè)備的硬件資源占用率。

3.2.2 存儲(chǔ)和容災(zāi)

為保障高可用、高可靠和經(jīng)濟(jì)性，鈾礦地質(zhì)行業(yè)云計(jì)算平臺(tái)采用分布式存儲(chǔ)的方式。服務(wù)器和存儲(chǔ)通過(guò)光纖交換機(jī)相連，所有虛擬機(jī)部署在存儲(chǔ)劃分的多個(gè)LUN 中。各存儲(chǔ)設(shè)備上均安裝統(tǒng)一的存儲(chǔ)設(shè)備管理系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)設(shè)備的邏輯虛擬化管理、集中管理、多鏈路冗余管理以及硬件設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)控和維護(hù)升級(jí)等［15］。通過(guò)在硬盤分區(qū)進(jìn)行加密和隔離來(lái)加強(qiáng)物理存儲(chǔ)的安全性，通過(guò)使用密文字段格式處理數(shù)據(jù)庫(kù)中的敏感信息來(lái)確保邏輯存儲(chǔ)上的安全性。將數(shù)據(jù)打散并且在多個(gè)位置進(jìn)行復(fù)制，在本地?cái)?shù)據(jù)中心和異地災(zāi)備中心同時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，多個(gè)中心的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)同步更新，確保RPO 小于10 秒，RTO 小于3 分鐘。當(dāng)某個(gè)地域出現(xiàn)災(zāi)難不會(huì)引發(fā)文件丟失的情況，用戶將讀取多個(gè)分片重組后的一個(gè)完整文件。同時(shí)采用數(shù)據(jù)庫(kù)中列存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)管理模式，使數(shù)據(jù)讀操作的頻率遠(yuǎn)大于數(shù)據(jù)的更新頻率。

3.2.3 網(wǎng)絡(luò)

云計(jì)算的發(fā)展必須以網(wǎng)絡(luò)為依托，網(wǎng)絡(luò)是架構(gòu)云計(jì)算平臺(tái)最基礎(chǔ)的環(huán)境［16］。和本地服務(wù)有很大區(qū)別，用戶延時(shí)是一個(gè)關(guān)鍵因素，要考慮把應(yīng)用遷移至網(wǎng)絡(luò)時(shí)，可能產(chǎn)生各種各樣的延時(shí)。當(dāng)處于網(wǎng)絡(luò)信號(hào)不通暢的地方，用戶使用移動(dòng)設(shè)備會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中斷或者卡頓的現(xiàn)象，因?yàn)榭蛻舳撕蛻?yīng)用程序服務(wù)器連接通常是通過(guò)端口連接。這種情況當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中斷時(shí)，端口將會(huì)立馬斷開(kāi)連接。因此，鈾礦地質(zhì)云計(jì)算平臺(tái)通信引入隊(duì)列的思想，即在客戶端和服務(wù)端建立一條邏輯通信管道，將數(shù)據(jù)拆分成一個(gè)一個(gè)分片性質(zhì)的信息。即使網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)中斷，也可在網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)后，繼續(xù)從管道中提消息并進(jìn)行處理。將平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)延時(shí)控制在200 ms，語(yǔ)音視頻延時(shí)控制在50 ms，抖動(dòng)小于20 ms，丟包率小于1%。

另一方面，降低網(wǎng)絡(luò)延遲可以通過(guò)減少網(wǎng)絡(luò)路徑上的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)數(shù)目或者提高設(shè)備的轉(zhuǎn)發(fā)速度。但由于無(wú)法直接修改外部網(wǎng)絡(luò)，只好將云端盡可能的部署在離用戶最近的地方。這里的“近”并不是指物理位置上的近，而是指網(wǎng)絡(luò)延時(shí)最小的地方。

3.2.4 端到端的系統(tǒng)安全

鈾礦地質(zhì)行業(yè)云計(jì)算平臺(tái)建設(shè)統(tǒng)一、全面的安全策略，具備低安全措施成本，可以按需提供安全防護(hù)。平臺(tái)通過(guò)系統(tǒng)加固、隔離網(wǎng)絡(luò)和分權(quán)管理賬號(hào)提升端到端的系統(tǒng)安全：對(duì)操作系統(tǒng)進(jìn)行精簡(jiǎn)，從而去掉多余組件、關(guān)閉不需要的端口對(duì)特定服務(wù)進(jìn)行加固，收集系統(tǒng)日志以便進(jìn)行故障分析；業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)和基礎(chǔ)平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)隔離，將不同用戶的流量劃分到不同VLAN 中，并且部署IDS、WAF 等安全設(shè)備，不間斷檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)中的運(yùn)行情況，保障網(wǎng)絡(luò)安全；遵從賬戶和角色相對(duì)應(yīng)的模型，使每個(gè)賬戶的訪問(wèn)控制權(quán)限達(dá)到最小粒度，建立完善的安全審計(jì)機(jī)制，并通過(guò)數(shù)據(jù)訪問(wèn)控制、數(shù)據(jù)盤加密等技術(shù)保證用戶信息安全。同時(shí)，為提升整體系統(tǒng)的防病毒能力和效率，鈾礦地質(zhì)云計(jì)算平臺(tái)采用虛擬化防病毒的方式，虛擬機(jī)無(wú)需再安裝防病毒軟件，減少系統(tǒng)資源占用率，有效避免殺毒風(fēng)暴。

除上述內(nèi)容外，云平臺(tái)的部署同時(shí)需要采用多路供電、恒溫恒濕系統(tǒng)，引入集群技術(shù)、容錯(cuò)技術(shù)及負(fù)載均衡技術(shù)等措施確保計(jì)算持續(xù)可用，這樣由云端、網(wǎng)絡(luò)、終端組成的云計(jì)算系統(tǒng)具備極高的可靠性和可用性。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)分析云計(jì)算的基本特征和相關(guān)技術(shù)，結(jié)合鈾礦地質(zhì)行業(yè)的實(shí)際，總結(jié)了搭建一套鈾礦地質(zhì)云計(jì)算平臺(tái)的要點(diǎn)，并提出建設(shè)云平臺(tái)的設(shè)計(jì)思路。建設(shè)完成后鈾礦地質(zhì)云計(jì)算平臺(tái)可以整合行業(yè)內(nèi)數(shù)據(jù)資源，可以為行業(yè)內(nèi)各單位提供統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口，也可以個(gè)性化的調(diào)用系統(tǒng)資源。鈾礦地質(zhì)云計(jì)算平臺(tái)建設(shè)將深刻改變鈾礦地質(zhì)行業(yè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的模式，特別是在部署專業(yè)程度較高的應(yīng)用系統(tǒng)上具有較好的應(yīng)用前景。相關(guān)科研、生產(chǎn)和管理工作將從本地逐步移植到云端。通過(guò)平臺(tái)使行業(yè)內(nèi)各單位共享軟硬件資源平臺(tái)和優(yōu)質(zhì)服務(wù)，整體提升全行業(yè)的信息化水平。同時(shí)可以提高科研工作效率，促進(jìn)業(yè)務(wù)創(chuàng)新，有效推進(jìn)找礦及研究工作，為打造一流的鈾礦地質(zhì)行業(yè)添磚加瓦。