【摘要】：21世紀，海洋將是人類的第二生存空間，也是解決人類目前面臨的能源、糧食和水資源危機等問題的希望所在，然而目前我國海洋經(jīng)濟的發(fā)展仍處于薄弱階段，海洋經(jīng)濟占全國GDP的比重只有10%左右，因此大力開發(fā)海洋經(jīng)濟對于我國有著重要的經(jīng)濟意義和戰(zhàn)略意義。為了給我國海洋事業(yè)的發(fā)展提供有力的信息保障和技術支撐，國家海洋局實施了“數(shù)字海洋”項目，建成了大量的海洋業(yè)務應用系統(tǒng)。這些系統(tǒng)在促進我國海洋事業(yè)發(fā)展的同時也越來越多的顯現(xiàn)出資源占用多、運行成本高、缺乏系統(tǒng)規(guī)劃和系統(tǒng)維護困難等問題。國家海洋局擬采用新興的云計算與云服務技術整合現(xiàn)有海洋環(huán)境信息系統(tǒng)建立一個為最終用戶按需提供服務、綠色節(jié)能高效的海洋環(huán)境信息云計算平臺。 海洋環(huán)境信息可視化云計算與云服務研究是國家海洋局海洋公益項目“海洋環(huán)境信息云計算與云服務體系框架應用研究”(No.201105033)的重要組成部分。海洋環(huán)境信息可視化指采用高性能計算和計算機圖形學和圖形圖像的理論方法，用直觀形象的方法模擬重現(xiàn)或預現(xiàn)海洋各種變化，這對于挖掘海量海洋環(huán)境信息數(shù)據(jù)中的規(guī)律，推動我國海洋科學發(fā)展和服務海洋經(jīng)濟生產(chǎn)具有重要的意義。 本文針對海洋環(huán)境信息遠程交互可視化的需求和任務特點，首先對Hadoop云計算平臺中不適合處理海洋環(huán)境信息遠程交互可視化問題的機制進行了優(yōu)化和改造，將GPU和MPI引入Hadoop中構造了一個混合多層次多粒度的并行運算體系，大大提高了Hadoop的并行運算速度；然后在Hadoop的各個處理過程中增加一種稱為管道的機制減小了Hadoop本身數(shù)據(jù)處理的延遲性；通過以上對Hadoop優(yōu)化的措施實現(xiàn)了Hadoop在海洋環(huán)境信息可視化應用中能夠提供低延遲的云服務的目標。另外，探討了我們構造的三層可視化云計算平臺中的資源層和應用層的各種服務的機制和實現(xiàn)方法，包括對矢量場和標量場的部分算法的研究分析以及虛擬化和XCP平臺的研究，最終構造了一個完整的海洋環(huán)境信息可視化云計算平臺體系架構及其實現(xiàn)方案。 為了驗證構造的海洋環(huán)境信息可視化云計算平臺的效率及其可用性，我們搭建了一個示范系統(tǒng)，該系統(tǒng)初步實現(xiàn)了海洋環(huán)境信息遠程交互可視化相關云服務。我們對該示范系統(tǒng)的測試結果表明：通過將GPU和MPI引入Hadoop并行運算體系，我們的海洋環(huán)境信息可視化云計算解決方案的云服務效率能得到了較大的提高，并且能夠為不同的海洋環(huán)境信息可視化云服務用戶提供海洋環(huán)境信息遠程交互可視化瀏覽、漫游和縮放等云服務，證明我們設計實現(xiàn)的海洋環(huán)境信息可視化云計算平臺是一個切實可行的解決方案。
【圖文】：

家標準與技術研究院 NIST(National Institute of Standards and Technology)算的定義為：云計算是一個能夠隨時隨地通過網(wǎng)絡按需訪問固定配置的計資源池(如網(wǎng)絡、服務器、存儲、應用程序和服務)的模型，它可以通過最理工作配置和釋放共享資源[9]。云計算實現(xiàn)了對計算資源的按需快速申請，付費方式也實現(xiàn)了按使用計算資源的量的多少付費，猶如我們日常使用、煤氣一樣，計量付費，不使用不付費。這種通過互聯(lián)網(wǎng)傳遞計算、存儲的方式能夠為用戶提供一種按需取用的服務模式，改變了過去每個用戶都量軟硬件的浪費現(xiàn)象，更重要的是這能保證用戶在需要更高的計算資源時要更新軟硬件配置就能迅速部署自己的應用。在云計算服務的理念里，終不需要自己去做復雜的服務器的維護更新工作，如圖 1-1 所示，終端用戶端，只從整個云中取得服務，云內部細節(jié)對用戶來說是透明的，云內部的的維護工作由云服務提供商完成。由于云計算的這些優(yōu)點和創(chuàng)新的概念模計算技術一出現(xiàn)就獲得了迅猛的發(fā)展，并獲得了廣泛的商業(yè)應用。

Earth、Google AdSense、Goolge Reader 等)的存儲、信息檢索和計算的快速響應。Google 關于云計算的三大論文[10-12]詳細描述了 Google 的云計算平臺 GoogleApp Engine 平臺的底層構成和原理。目前 Google 對外公布的云計算技術主要有分布式文件系統(tǒng) GFS (Google File System)、大規(guī)模分布式數(shù)據(jù)庫 BigTable、程序設計模式 MapReduce、分布式鎖機制 Chubby 等。GFS[10]是一個可擴展的用于大規(guī)模數(shù)據(jù)應用的分布式文件系統(tǒng)，它提供在廉價的普通服務器上 PB 級數(shù)據(jù)存儲的自動容錯和負載均衡。如圖 1-2 是 GoogleFile System 存儲機制示意圖，GFS 包含一個 Master 節(jié)點和大量的 Chunk 節(jié)點。Master 節(jié)點只存儲所有文件系統(tǒng)的元數(shù)據(jù)，如數(shù)據(jù)文件的名字、訪問控制信息以及 chunk 的映射關系，并不存儲具體的數(shù)據(jù)，GFS 這種只用一個 Master 節(jié)點集中管理文件元數(shù)據(jù)的方式，簡化了數(shù)據(jù)一致性控制的問題。當然 GFS 只是邏輯上只有一個 Master 節(jié)點，為了防止 Master 節(jié)點崩潰導致整個系統(tǒng)不可用，GFS會保持若干備份 Master 節(jié)點，，通過 Master 節(jié)點與備份節(jié)點之間的相互復制保證
【學位授予單位】：中國海洋大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：P74;TP391.41

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本文編號：2654855