4.應(yīng)用技術(shù)4.1物聯(lián)網(wǎng)中間件4.2云計算4.3M2M4.4數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)4.5區(qū)塊鏈4.6邊緣計算4.7數(shù)據(jù)挖掘4.1物聯(lián)網(wǎng)中間件

物聯(lián)網(wǎng)中間件是物聯(lián)網(wǎng)軟件的基礎(chǔ)組成部分，是RFID運作的中樞。物聯(lián)網(wǎng)中間件向上提供了不同的應(yīng)用開發(fā)框架，同時屏蔽了異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)和硬件平臺的差異，有利于生成具有良好的可擴充性、易管理性、高可靠性和可移植性的物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。4.1.1中間件的概述

中間件是位于平臺和應(yīng)用之間的具有標(biāo)準程序接口和協(xié)議的通信服務(wù)。

中間件=平臺+通信

中間件有如下特點：①標(biāo)準的協(xié)議和接口。②分布計算，提供網(wǎng)絡(luò)、硬件和操作系統(tǒng)的透明性。③滿足大量的應(yīng)用需要。④能運行于多種硬件和操作系統(tǒng)平臺上。中間件的工作機制

應(yīng)用程序需要從網(wǎng)絡(luò)中的某地獲取數(shù)據(jù)服務(wù)，而這些數(shù)據(jù)服務(wù)則可能處于任何可能的數(shù)據(jù)庫中，且操作系統(tǒng)有不確定性。中間件則負責(zé)接收應(yīng)用程序指令，完成在網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)服務(wù)搜尋過程，查詢完成后將結(jié)果傳輸回應(yīng)用程序。

4.1.2中間件的分類

中間件將操作系統(tǒng)的復(fù)雜性屏蔽，使程序人員可以將注意力集中在業(yè)務(wù)方面來面對一個簡單而統(tǒng)一的開發(fā)環(huán)境，從而減少了程序設(shè)計的復(fù)雜度。中間件大致分為以下幾類。

數(shù)據(jù)訪問中間件在系統(tǒng)中建立數(shù)據(jù)應(yīng)用資源互操作模式，能夠?qū)崿F(xiàn)異構(gòu)環(huán)境下的數(shù)據(jù)連接或者文件系統(tǒng)連接，方便了網(wǎng)絡(luò)中的虛擬緩存提取、解壓、格式轉(zhuǎn)換。①數(shù)據(jù)訪問中間件

遠程調(diào)用中間件是通過發(fā)送命令到遠程的應(yīng)用程序，待完成遠程處理后，將信息返回的中間件，它在C/S計算方面比數(shù)據(jù)訪問中間件更進一步。②遠程過程調(diào)用中間件(RPC)

面向消息中間件是指利用高效可靠的消息傳遞機制進行平臺無關(guān)的數(shù)據(jù)交流，并給予數(shù)據(jù)通信進行分布式的集成。

③面向消息中間件

面向?qū)ο笾虚g件提供一種通信機制，透明地在異構(gòu)的分布式計算環(huán)境中傳遞對象請求，這些對象可以位于本地或者遠程機器上，它是對象技術(shù)和分布式計算發(fā)展的產(chǎn)物。④面向?qū)ο笾虚g件事務(wù)處理中間件是針對復(fù)雜環(huán)境下分布式應(yīng)用的速度和可靠性要求而實現(xiàn)的，是在分布、異構(gòu)環(huán)境下提供保證交易完整性和數(shù)據(jù)完整性的一種環(huán)境平臺。

⑤事務(wù)處理中間件

網(wǎng)絡(luò)中間件是當(dāng)前研究的熱點，包括網(wǎng)管、網(wǎng)絡(luò)測試、虛擬緩沖、虛擬社區(qū)等。⑥網(wǎng)絡(luò)中間件

實現(xiàn)了客戶機圖形用戶接口與己有的字符接口方式的服務(wù)器應(yīng)用程序間的互操作。⑦終端仿真--屏幕轉(zhuǎn)換中間件4.2云計算

云計算是一種全新的服務(wù)模式，將傳統(tǒng)的以桌面為核心的任務(wù)處理轉(zhuǎn)變?yōu)橐跃W(wǎng)絡(luò)為核心的任務(wù)處理，利用互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)自己想完成的一切處理任務(wù)，使網(wǎng)絡(luò)成為傳遞服務(wù)、計算力和信息的綜合媒介，真正實現(xiàn)按需計算、網(wǎng)絡(luò)協(xié)作。4.2.1云計算的概念

云計算是一種全新的服務(wù)模式，將傳統(tǒng)的以桌面為核心的任務(wù)處理轉(zhuǎn)變?yōu)橐跃W(wǎng)絡(luò)為核心的任務(wù)處理，利用互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)自己想完成的一切處理任務(wù)，使網(wǎng)絡(luò)成為傳遞服務(wù)、計算力和信息的綜合媒介，真正實現(xiàn)按需計算、網(wǎng)絡(luò)協(xié)作。4.2.1云計算的概念什么是云計算？云計算是分布式計算的一種，指的是通過網(wǎng)絡(luò)“云”將巨大的數(shù)據(jù)計算處理程序分解成無數(shù)個小程序，然后，通過多部服務(wù)器組成的系統(tǒng)進行處理和分析這些小程序得到結(jié)果并返回給用戶。4.2.1云計算的概念什么是云計算？“云”實質(zhì)上就是一個網(wǎng)絡(luò)，狹義的云計算指的是，廠商通過分布式計算和虛擬化技術(shù)搭建數(shù)據(jù)中心或超級計算機，以免費或按需租用方式向技術(shù)開發(fā)者或者企業(yè)用戶提供數(shù)據(jù)存儲、分析以及科學(xué)計算等服務(wù)，比如亞馬遜數(shù)據(jù)倉庫出租生意。4.2.1云計算的概念什么是云計算？“云”實質(zhì)上就是一個網(wǎng)絡(luò)，廣義的云計算指的是，廠商通過建立網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器集群，向各種不同類型用戶提供在線軟件服務(wù)、硬件租借、數(shù)據(jù)存儲、計算分析等不同類型的服務(wù)。廣義的云計算包括了更多的廠商和服務(wù)類型，例如國內(nèi)用友、金蝶等管理軟件廠商推出的在線財務(wù)軟件等。4.2.1云計算的概念云計算的基本工作原理

利用非本地或遠程的分布式或集群計算機為互聯(lián)網(wǎng)用戶提供服務(wù)（計算、存儲、軟硬件等服務(wù)）。云計算可以把普通的服務(wù)器或者PC聯(lián)接起來以獲得超級計算機的計算和存儲功能。云計算的出現(xiàn)使高性能并行計算不再是科學(xué)家和專業(yè)人士的專利，普通的用戶也可以通過云計算獲得并行計算、分布式計算帶來的便利。

用戶不需要知道服務(wù)器在哪里，不用關(guān)心內(nèi)部如何運作，通過高速互聯(lián)網(wǎng)就可以透明使用各種資源。4.2.2云計算的架構(gòu)云計算的體系結(jié)構(gòu)由5部分組成，分別為：應(yīng)用層，平臺層，資源層，用戶訪問層管理層，云計算的本質(zhì)是通過網(wǎng)絡(luò)提供服務(wù)，所以其體系結(jié)構(gòu)以服務(wù)為核心。（1）資源層

資源層匯聚支撐云計算上層服務(wù)的各種物理設(shè)備，如服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、存儲設(shè)備等。

物理設(shè)備，通過虛擬化層采用相應(yīng)技術(shù)形成動態(tài)資源池，并對資源池的各種資源進行管理，通過一個網(wǎng)絡(luò)服務(wù)界面將計算能力、存儲能力、網(wǎng)絡(luò)處理能力作為一種服務(wù)向用戶提供，IT界將其稱為IaaS(InfrastructreasaService，基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù))。這些服務(wù)可以提供虛擬化的資源，從而隱藏物理資源的復(fù)雜性。物理資源指的是物理設(shè)備，如服務(wù)器等。服務(wù)器服務(wù)指的是操作系統(tǒng)的環(huán)境，如linux集群等。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)指的是提供的網(wǎng)絡(luò)處理能力，如防火墻，VLAN，負載等。

存儲服務(wù)為用戶提供存儲能力。（1）資源層（2）平臺層

平臺層在資源層之上，它把軟件開發(fā)環(huán)境當(dāng)做服務(wù)提供給用戶。也就是說平臺層為用戶提供對資源層服務(wù)的封裝，使用戶可以構(gòu)建自己的應(yīng)用。

平臺層主要為應(yīng)用程序開發(fā)者設(shè)計，面向廣大互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)者，把分布式軟件開發(fā)、測試、部署、運行環(huán)境以及復(fù)雜的應(yīng)用程序托管當(dāng)作服務(wù)，使得開發(fā)者可以從復(fù)雜低效的環(huán)境搭建、配置和維護工作中解放出來，將精力集中在軟件編寫上，從而大大提高軟件開發(fā)的效率，平臺層是整個云計算系統(tǒng)的核心層，包括并行程序設(shè)計和開發(fā)環(huán)境，一些管理系統(tǒng)和管理工具，IT界將其稱為PaaS(PlatformasaService，平臺即服務(wù))。（2）平臺層數(shù)據(jù)庫服務(wù)提供可擴展的數(shù)據(jù)庫處理的能力。中間件服務(wù)為用戶提供可擴展的消息中間件或事務(wù)處理中間件等服務(wù)。（2）平臺層（3）應(yīng)用層

應(yīng)用層面向用戶提供軟件服務(wù)和用戶交互接口，它為用戶搭建信息化所需要的所有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施及軟硬件運作平臺，負責(zé)所有前期的實施、后期的維護等一系列工作，用戶可隨意根據(jù)自己的需要租賃軟件服務(wù)，不必再購買軟硬件、建設(shè)機房及配備維護人員，IT界將其稱為SaaS(SoftwareasaService，軟件即服務(wù))。企業(yè)應(yīng)用是指面向企業(yè)的用戶，如財務(wù)管理，客戶關(guān)系管理，商業(yè)智能等。個人應(yīng)用指面向個人用戶的服務(wù)，如電子郵件，文本處理，個人信息存儲等。（3）應(yīng)用層（4）用戶訪問層

用戶訪問層是方便用戶使用云計算服務(wù)所需的各種支撐服務(wù)，針對每個層次的云計算服務(wù)都需要提供相應(yīng)的訪問接口。服務(wù)目錄是一個服務(wù)列表，用戶可以從中選擇需要使用的云計算服務(wù)。訂閱管理是提供給用戶的管理功能，用戶可以查閱自己訂閱的服務(wù)，或者終止訂閱的服務(wù)。服務(wù)訪問是針對每種層次的云計算服務(wù)提供的訪問接口，針對資源層的訪問可能是遠程桌面或者xwindows，針對應(yīng)用層的訪問，提供的接口可能是web。（4）用戶訪問層（5）管理層管理層是提供對所有層次云計算服務(wù)的管理功能：安全管理提供對服務(wù)的授權(quán)控制，用戶認證，審計，一致性檢查等功能。服務(wù)組合提供對自己有云計算服務(wù)進行組合的功能，使得新的服務(wù)可以基于已有服務(wù)創(chuàng)建時間。服務(wù)目錄管理服務(wù)提供服務(wù)目錄和服務(wù)本身的管理功能，管理員可以增加新的服務(wù)，或者從服務(wù)目錄中除去服務(wù)。管理層是提供對所有層次云計算服務(wù)的管理功能：服務(wù)使用計量對用戶的使用情況進行統(tǒng)計，并以此為依據(jù)對用戶進行計費。服務(wù)質(zhì)量管理提供對服務(wù)的性能，可靠性，可擴展性進行管理。部署管理提供對服務(wù)實例的自動化部署和配置，當(dāng)用戶通過訂閱管理增加新的服務(wù)訂閱后，部署管理模塊自動為用戶準備服務(wù)實例。服務(wù)監(jiān)控提供對服務(wù)的健康狀態(tài)的記錄。（5）管理層4.2.3云計算的關(guān)鍵技術(shù)

云計算是一種以數(shù)據(jù)為中心的新型計算方式，在數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)管理、編程模式等多方面具有自身獨特的技術(shù)，同時還涉及到了眾多其他技術(shù)。（1）編程模型

云計算采用Map-Reduce編程模型。針對云計算的大數(shù)據(jù)量并行計算所設(shè)計的編程模型。1）

Map-Reduce模型包含兩個階段：

Map階段：該階段指定對各個分塊數(shù)據(jù)的處理過程；

map是過濾和聚集數(shù)據(jù)，表現(xiàn)為數(shù)據(jù)的1對1的映射，通常完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的工作。

Reduce階段：該階段指定對各分塊數(shù)據(jù)處理的中間結(jié)果進行歸約。

reduce是根據(jù)map的生成完成歸約、分組和總結(jié)，表現(xiàn)為多對1的映射，通常完

成數(shù)據(jù)的聚合操作。2）Map-Reduce分為5個步驟：①

輸入文件。輸入文件都分割成某個大小的分片。（1）編程模型2）Map-Reduce分為5個步驟：②Map階段。在所有進程中有一個叫Master的主控進程，將分片文件分配到多個worker并行的執(zhí)行。map函數(shù)：

主節(jié)點得到輸入，將輸入劃分為較小的數(shù)據(jù)庫，再將這些數(shù)據(jù)塊分布到工作節(jié)點（從節(jié)點），工作節(jié)點中對各個數(shù)據(jù)塊應(yīng)用相同的轉(zhuǎn)換函數(shù)，然后將結(jié)果傳回到主節(jié)點。（1）編程模型

2）Map-Reduce分為5個步驟：③

寫中間文件（本地寫）。Worker通過Map操作處理后將中間結(jié)果緩存到本地硬盤中。（1）編程模型

2）Map-Reduce分為5個步驟：④Reduce階段。Master通知Reduce工作節(jié)點存放中間結(jié)果的位置，Reduce工作節(jié)點通過遠程讀操作從Map工作節(jié)點所在硬盤上讀取中間數(shù)據(jù)。它將中間結(jié)果排序，通過Reduce函數(shù)進行歸約操作。reduce函數(shù)：

主節(jié)點中根據(jù)唯一的健-值對將接收的結(jié)果進行洗牌和聚集，然后再一次重新分布到從節(jié)點，通過另一類的轉(zhuǎn)換函數(shù)組合這些值。（1）編程模型2）Map-Reduce分為5個步驟：⑤

輸出文件。當(dāng)所有的Map和Reduce操作都完成后，則輸出最終結(jié)果。（1）編程模型（2）數(shù)據(jù)存儲技術(shù)

云計算采用了分布式存儲的方式來存儲數(shù)據(jù)，同時也保證了數(shù)據(jù)的高可用性、高伸縮性。

通過采用冗余存儲的方式來保證數(shù)據(jù)的可靠性，即同一份數(shù)據(jù)會在多個節(jié)點保存副本。

為了保證大量用戶并行的使用云計算服務(wù)，同時滿足大量的用戶需求，云計算中的存儲技術(shù)必須具有高吞吐率和高傳輸率的特點。HDFS（HadoopDistributedFileSystem）是云計算的主要數(shù)據(jù)存儲技術(shù)。

①HDFS架構(gòu)HDFS是采用的主/從架構(gòu)，一個HDFS集群由一個主服務(wù)器和一定數(shù)目的塊服務(wù)器組成。主服務(wù)器管理文件系統(tǒng)的塊服務(wù)器和客戶端對文件的訪問塊服務(wù)器在集群中一般是一個節(jié)點一個，負責(zé)管理節(jié)點上附帶的存儲（2）數(shù)據(jù)存儲技術(shù)①HDFS架構(gòu)主服務(wù)器管理文件系統(tǒng)的塊服務(wù)器和客戶端對文件的訪問。

（2）數(shù)據(jù)存儲技術(shù)

①HDFS架構(gòu)塊服務(wù)器在集群中一般是一個節(jié)點一個，負責(zé)管理節(jié)點上附帶的存儲。在塊服務(wù)器內(nèi)部，一個文件被分成多個塊。塊服務(wù)器在主服務(wù)器的指揮下進行塊的創(chuàng)建、刪除和復(fù)制。典型的部署方式是一臺機器運行一個單獨的主服務(wù)器點，而其他機器各運行一個塊服務(wù)器實例。（2）數(shù)據(jù)存儲技術(shù)

②

HDFS架構(gòu)是Hadoop云計算系統(tǒng)分布式計算的存儲基礎(chǔ)。HDFS采用的存儲文件副本的方式來保證可靠性。

一個文件被切分成多個塊，塊大小一般都是固定的，服務(wù)器給每個塊分配一個64位全球唯一句柄對它進行標(biāo)識，以后將通過塊句柄和字節(jié)偏移來讀取該塊的數(shù)據(jù)。

在默認情況下，塊會保存3個備份，復(fù)制到不同的塊服務(wù)器中保存。

主服務(wù)器則將保存名稱空間，塊的控制信息，文件中塊的信息，以及各個塊所在的位置。

因此主服務(wù)器將決定塊復(fù)制相關(guān)的所有操作。（2）數(shù)據(jù)存儲技術(shù)（3）數(shù)據(jù)管理技術(shù)

云計算系統(tǒng)是針對超大數(shù)據(jù)量進行處理、分析，從而為用戶提供高效的服務(wù)。

系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)管理技術(shù)必須能夠高效的管理這些大數(shù)據(jù)集，并且能夠在這些超大規(guī)模數(shù)據(jù)中查詢特定的數(shù)據(jù)，也是數(shù)據(jù)管理技術(shù)所必須解決的問題。

云計算系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)管理技術(shù)主要是Google的BigTable數(shù)據(jù)管理技術(shù)和Hadoop團隊開發(fā)的開源數(shù)據(jù)管理模塊HBase。①BigTableBigTable是建立在GFS、Scheduler、LockService和MapReduce之上的一個大型的分布式數(shù)據(jù)庫，與傳統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫不同，它把所有數(shù)據(jù)都作為對象來處理，形成一個巨大的表格，用來分布存儲大規(guī)模結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。BigTable是非關(guān)系的數(shù)據(jù)庫，是一個分布式的、持久化存儲的多維度排序Map.BigTable建立在GFS,Scheduler,LockService和MapReduce之上，與傳統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫不同，它把所有數(shù)據(jù)都作為對象來處理，形成一個巨大的表格，用來分布存儲大規(guī)模結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。Bigtable的設(shè)計目的是可靠的處理PB級別的數(shù)據(jù)，并且能夠部署到上千臺機器上。（3）數(shù)據(jù)管理技術(shù)

②HBaseHBase是一個分布式的、面向列的開源數(shù)據(jù)庫，是一個高可靠性、

高性能、面向列、可伸縮的分布式存儲系統(tǒng)。HBase是Apache的Hadoop項目的子項目，定位于分布式、面向列的開源數(shù)據(jù)庫。HBase不同于一般的關(guān)系數(shù)據(jù)庫，它是一個適合于非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲的數(shù)據(jù)庫。另一個不同的是HBase基于列的而不是基于行的模式。作為高可靠性分布式存儲系統(tǒng)，HBase在性能和可伸縮方面都有比較好的表現(xiàn)。利用HBase技術(shù)可在廉價PCServer上搭建起大規(guī)模結(jié)構(gòu)化存儲集群。（3）數(shù)據(jù)管理技術(shù)（4）虛擬化技術(shù)

云計算平臺利用軟件來實現(xiàn)硬件資源的虛擬化管理、調(diào)度以及應(yīng)用。虛擬化是為云計算服務(wù)提供基礎(chǔ)架構(gòu)層面的支撐，是ICT服務(wù)快速走向云計算的最主要驅(qū)動力?？梢哉f，沒有虛擬化技術(shù)也就沒有云計算服務(wù)，但是虛擬化是云計算的重要組成部分但不是全部。

虛擬化對上層應(yīng)用或用戶隱藏了計算資源的底層屬性。它既包括把單個的資源(比如一個服務(wù)器，一個操作系統(tǒng)，一個應(yīng)用程序，一個存儲設(shè)備)劃分成多個虛擬資源，也包括將多個資源(比如存儲設(shè)備或服務(wù)器)整合成一個虛擬資源。

虛擬化技術(shù)是指實現(xiàn)虛擬化的具體的技術(shù)性手段和方法的集合性概念。從技術(shù)上講，虛擬化是一種在軟件中仿真計算機硬件，以虛擬資源為用戶提供服務(wù)的計算形式。旨在合理調(diào)配計算機資源，使其更高效地提供服務(wù)。它把應(yīng)用系統(tǒng)各硬件間的物理劃分打破，從而實現(xiàn)架構(gòu)的動態(tài)化，實現(xiàn)物理資源的集中管理和使用。虛擬化的最大好處是增強系統(tǒng)的彈性和靈活性，降低成本、改進服務(wù)、提高資源利用效率。（4）虛擬化技術(shù)

在云計算中利用虛擬化技術(shù)可以大大降低維護成本和提高資源的利用率。簡單地來說，云計算中的服務(wù)器虛擬化使得在單一物理服務(wù)器上可以運行多個虛擬服務(wù)器。從表現(xiàn)形式上看，虛擬化又分兩種應(yīng)用模式。

一是將一臺性能強大的服務(wù)器虛擬成多個獨立的小服務(wù)器，服務(wù)不同的用戶。

二是將多個服務(wù)器虛擬成一個強大的服務(wù)器，完成特定的功能。

這兩種模式的核心都是統(tǒng)一管理，動態(tài)分配資源，提高資源利用率。在云計算中，這兩種模式都有比較多的應(yīng)用。（4）虛擬化技術(shù)（5）云計算平臺管理技術(shù)

云計算資源規(guī)模龐大，服務(wù)器數(shù)量眾多，并分布在不同的地點，同時運行著數(shù)百種應(yīng)用程序，如何有效地管理這些服務(wù)器以保證整個系統(tǒng)提供不間斷的服務(wù)，是巨大的挑戰(zhàn)。云計算系統(tǒng)的平臺管理技術(shù)，需要具有高效調(diào)配大量服務(wù)器資源，使其更好協(xié)同工作的能力。其中，方便地部署和開通新業(yè)務(wù)、快速發(fā)現(xiàn)并且恢復(fù)系統(tǒng)故障、通過自動化、智能化手段實現(xiàn)大規(guī)模系統(tǒng)可靠的運營是云計算平臺管理技術(shù)的關(guān)鍵。對于提供者而言，云計算可以有三種部署模式，即公共云、私有云和混合云。

公有云

公有云為第三方云服務(wù)提供商所擁有和運營，他們通過Internet提供其計算資源（如服務(wù)器和存儲空間）。MicrosoftAzure是公有云的一個示例。在公有云中，所有硬件、軟件和其他支持性基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)均為云提供商所擁有和管理。使用Web瀏覽器訪問這些服務(wù)和管理你的帳戶。（5）云計算平臺管理技術(shù)對于提供者而言，云計算可以有三種部署模式，即公共云、私有云和混合云。

私有云

私有云是指專供一個企業(yè)或組織使用的云計算資源。私有云可以實際位于公司的現(xiàn)場數(shù)據(jù)中心之上。某些公司還向第三方服務(wù)提供商付費托管其私有云。在私有云中，在專用網(wǎng)絡(luò)上維護服務(wù)和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。（5）云計算平臺管理技術(shù)對于提供者而言，云計算可以有三種部署模式，即公共云、私有云和混合云。

混合云

混合云組合了公有云和私有云，通過允許在這二者之間共享數(shù)據(jù)和應(yīng)用程序的技術(shù)將它們綁定到一起?；旌显圃试S數(shù)據(jù)和應(yīng)用程序在私有云和公共云之間移動，使你能夠更靈活地處理業(yè)務(wù)并提供更多部署選項，有助于你優(yōu)化現(xiàn)有基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、安全性和符合性。（5）云計算平臺管理技術(shù)三種模式對平臺管理的要求大不相同。

對于用戶而言，由于企業(yè)對于ICT資源共享的控制、對系統(tǒng)效率的要求以及ICT成本投入預(yù)算不盡相同，企業(yè)所需要的云計算系統(tǒng)規(guī)模及可管理性能也大不相同。

云計算平臺管理方案要更多地考慮到定制化需求，能夠滿足不同場景的應(yīng)用需求。（5）云計算平臺管理技術(shù)4.2.4云計算服務(wù)的類型大多數(shù)云計算服務(wù)都可歸為四大類：

基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)即服務(wù)(IaaS)、

平臺即服務(wù)(PaaS)、

無服務(wù)器

軟件即服務(wù)(SaaS)。它們有時候稱為云計算“堆?！保驗樗鼈兓闃?gòu)建基礎(chǔ)。了解這些服務(wù)及它們之間的差異，可使你更輕松地實現(xiàn)業(yè)務(wù)目標(biāo)?；A(chǔ)結(jié)構(gòu)即服務(wù)(IaaS)云計算服務(wù)的最基本類別。使用IaaS時，你以即用即付的方式從服務(wù)提供商處租用IT基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，如服務(wù)器和虛擬機(VM)、存儲空間、網(wǎng)絡(luò)和操作系統(tǒng)。平臺即服務(wù)(PaaS)平臺即服務(wù)(PaaS)是指云計算服務(wù)，它們可以按需提供開發(fā)、測試、交付和管理軟件應(yīng)用程序所需的環(huán)境。PaaS旨在讓開發(fā)人員能夠更輕松地快速創(chuàng)建Web或移動應(yīng)用，而無需考慮對開發(fā)所必需的服務(wù)器、存儲空間、網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)進行設(shè)置或管理。無服務(wù)器計算使用PaaS進行重疊，無服務(wù)器計算側(cè)重于構(gòu)建應(yīng)用功能，無需花費時間繼續(xù)管理要求管理的服務(wù)器和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。云提供商可為你處理設(shè)置、容量規(guī)劃和服務(wù)器管理。無服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)具有高度可縮放和事件驅(qū)動特點，且僅在出現(xiàn)特定函數(shù)或事件時才使用資源。軟件即服務(wù)(SaaS)軟件即服務(wù)(SaaS)是通過Internet交付軟件應(yīng)用程序的方法，通常以訂閱為基礎(chǔ)按需提供。使用SaaS時，云提供商托管并管理軟件應(yīng)用程序和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，并負責(zé)軟件升級和安全修補等維護工作。用戶（通常使用電話、平板電腦或PC上的Web瀏覽器）通過Internet連接到應(yīng)用程序。4.2.5中國典型云計算平臺介紹

阿里云是阿里巴巴集團旗下的云計算品牌，是全球卓越的云計算技術(shù)和服務(wù)提供商。它創(chuàng)立于2009年，在杭州、北京、美國硅谷等地設(shè)有研發(fā)中心和運營機構(gòu)。阿里云的產(chǎn)品致力于提高運維效率,降低IT成本,令使用者更專注于核心業(yè)務(wù)發(fā)展。

下面主要介紹阿里云的服務(wù)。（1）底層技術(shù)平臺

阿里云獨立研發(fā)的飛天開放平臺(Apsara)負責(zé)管理數(shù)據(jù)中心Linux集群的物理資源，控制分布式程序運行，隱藏下層故障恢復(fù)和數(shù)據(jù)冗余等細節(jié)，從而將數(shù)以千計甚至萬計的服務(wù)器連成一臺“超級計算機”，并且將這臺超級計算機的存儲資源和計算資源以公共服務(wù)的方式提供給互聯(lián)網(wǎng)上的用戶。

（2）彈性計算

①云服務(wù)器(ECS)：一種簡單、高效、處理能力可彈性伸縮的計算服務(wù)。

②云引擎(ACE)：一種彈性、分布式的應(yīng)用托管環(huán)境,支持Java、PHP、Python、Node.js等多種語言環(huán)境，幫助開發(fā)者快速開發(fā)和部署服務(wù)端應(yīng)用程序，并簡化系統(tǒng)維護工作。

③彈性伸縮：根據(jù)用戶的業(yè)務(wù)需求和策略自動調(diào)整彈性計算資源的管理服務(wù)，其能夠在業(yè)務(wù)增長時自動增加ECS實例，并在業(yè)務(wù)下降時自動減少ECS實例。（3）云數(shù)據(jù)庫(RelationalDatabaseService,RDS)①一種即開即用、穩(wěn)定可靠、可彈性伸縮的在線數(shù)據(jù)庫服務(wù)。②開放結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)服務(wù)(OTS)：構(gòu)建在阿里云飛天分布式系統(tǒng)之上的NoSQL數(shù)據(jù)庫服務(wù)，提供海量結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的存儲和實時訪問。③開放緩存服務(wù)(OCS)：在線緩存服務(wù)，為熱點數(shù)據(jù)的訪問提供高速響應(yīng)。④鍵值存儲(KVStoreforRedis)：兼容開源Redis協(xié)議的Key-Value類型在線存儲服務(wù)。⑤數(shù)據(jù)傳輸:支持以數(shù)據(jù)庫為核心的結(jié)構(gòu)化存儲產(chǎn)品之間的數(shù)據(jù)傳輸。（4）存儲與內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)(ContentDeliveryNetwork,CDN)①對象存儲(OSS)：阿里云對外提供的海量、安全和高可靠的云存儲服務(wù)。②歸檔存儲：作為阿里云數(shù)據(jù)存儲產(chǎn)品體系的重要組成部分，致力于提供低成本、高可靠的數(shù)據(jù)歸檔服務(wù)，適合于海量數(shù)據(jù)的長期歸檔、備份。

③消息服務(wù)：一種高效、可靠、安全、便捷、可彈性擴展的分布式消息與通知服務(wù)。

④CDN：內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)將源站內(nèi)容分發(fā)至全國所有的節(jié)點，縮短用戶查看對象的延遲，提高用戶訪問網(wǎng)站的響應(yīng)速度與網(wǎng)站的可用性,解決網(wǎng)絡(luò)帶寬小、用戶訪問量大、網(wǎng)點分布不均等問題。（5）網(wǎng)絡(luò)①負載均衡：對多臺云服務(wù)器進行流量分發(fā)的負載均衡服務(wù)。負載均衡可以通過流量分發(fā)擴展應(yīng)用系統(tǒng)對外的服務(wù)能力，通過消除單點故障提升應(yīng)用系統(tǒng)的可用性。

②專有網(wǎng)絡(luò)(VPC)：幫助用戶基于阿里云構(gòu)建出一個隔離的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，可以完全掌控自己的虛擬網(wǎng)絡(luò)，（6）大規(guī)模計算①開放數(shù)據(jù)處理服務(wù)(ODPS)：由阿里云自主研發(fā)，提供針對TB/PB級數(shù)據(jù)、實時性要求不高的分布式處理能力，應(yīng)用于數(shù)據(jù)分析、挖掘、商業(yè)智能等領(lǐng)域。阿里巴巴的離線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)都運行在ODPS上。

②采云間(DPC)：基于開放數(shù)據(jù)處理服務(wù)(ODPS)的DW/BI的工具解決方案。③批量計算:一種適用于大規(guī)模并行批處理作業(yè)的分布式云服務(wù)。

④數(shù)據(jù)集成：阿里集團對外提供的穩(wěn)定高效、彈性伸縮的數(shù)據(jù)同步平臺，為阿里云大數(shù)據(jù)計算引擎(包括ODPS、分析型數(shù)據(jù)庫、OSPS)提供離線(批量)、實時(流式)的數(shù)據(jù)進出通道。

①DDoS防護服務(wù)：針對阿里云服務(wù)器在遭受大流量的DDoS攻擊后導(dǎo)致服務(wù)不可用的情況下推出的付費增值服務(wù)，用戶可以通過配置高防IP將攻擊流量引流到高防IP，確保源站的穩(wěn)定、可

靠。其免費為阿里云上的客戶提供最高5GB的DDoS防護能力。

②安騎士：阿里云推出的一款免費的云服務(wù)器安全管理軟件，主要提供木馬文件查殺、防密碼暴力破解、高危漏洞修復(fù)等安全防護功能。

③阿里綠網(wǎng)：基于深度學(xué)習(xí)技術(shù)及阿里巴巴集團多年的海量數(shù)據(jù)支撐，提供多樣化的內(nèi)容識別服務(wù)，能有效幫助用戶降低違規(guī)風(fēng)險。

④安全網(wǎng)絡(luò)：一款集安全、加速和個性化負載均衡于一體的網(wǎng)絡(luò)接入產(chǎn)品。（7）云盾

⑤網(wǎng)絡(luò)安全專家服務(wù)：在云盾DDoS高防IP服務(wù)的基礎(chǔ)上推出的安全代為托管服務(wù)。⑥服務(wù)器安全托管：為云服務(wù)器提供定制化的安全防護策略、木馬文件檢測和高危漏洞檢測與修復(fù)工作。⑦滲透測試服務(wù)：針對用戶的網(wǎng)站或業(yè)務(wù)系統(tǒng)，通過模擬黑客攻擊的方式，進行專業(yè)性的入侵嘗試，評估出重大安全漏洞或隱患的增值服務(wù)。

⑧態(tài)勢感知：專為企業(yè)安全運維團隊打造，結(jié)合云主機和全網(wǎng)的威脅情報，利用機器學(xué)習(xí)，進行安全大數(shù)據(jù)分析的威脅檢測平臺，可以讓客戶全面、快速、準確地感知過去、現(xiàn)在、未來的安全威脅。（7）云盾

（8）管理與監(jiān)控①云監(jiān)控：一個開放性的監(jiān)控平臺,可以實時監(jiān)控用戶的站點和服務(wù)器，并提供多種告警方式(短信、旺旺、郵件)以保證及時預(yù)警，為站點和服務(wù)器的正常運行保駕護航。

②訪問控制：一個穩(wěn)定、可靠的集中式訪問控制服務(wù)，可以通過訪問控制將阿里云資源的訪問及管理權(quán)限分配給企業(yè)成員或合作伙伴。

（9）應(yīng)用服務(wù)

①日志服務(wù)：針對日志收集、存儲、查詢和分析的服務(wù)。

②開放搜索：解決用戶結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)搜索需求的托管服務(wù)。③媒體轉(zhuǎn)碼：為多媒體數(shù)據(jù)提供的轉(zhuǎn)碼計算服務(wù)。

④性能測試：全球領(lǐng)先的SaaS性能測試平臺，具有強大的分布式壓測能力，可模擬海量用戶真實的業(yè)務(wù)場景，讓應(yīng)用性能問題無所遁形。

⑤移動數(shù)據(jù)分析：一款移動App數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析產(chǎn)品。（10）萬網(wǎng)服務(wù)

阿里云旗下的萬網(wǎng)域名,連續(xù)20多年蟬聯(lián)域名市場第一，近1000萬個域名在萬網(wǎng)注冊。除域名外，它還提供云服務(wù)器、云虛擬主機、企業(yè)郵箱、建站市場、云解析等服務(wù)。4.3M2M4.3.1M2M概述4.3.2M2M系統(tǒng)架構(gòu)4.3.3M2M支撐技術(shù)4.3.4M2M業(yè)務(wù)應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)其中核心的一部分是M2M，M2M實際上是machine

to

machine，就是讓機器與機器之間實現(xiàn)互聯(lián)互通的，當(dāng)前各種設(shè)備都是孤立的，不具備聯(lián)網(wǎng)和通訊功能，我們就要把這些設(shè)備里嵌入通訊模塊，將設(shè)備中的采集數(shù)據(jù)和運營狀況，通過系統(tǒng)傳遞到后臺，這樣的話，能夠?qū)崿F(xiàn)人們對設(shè)備的運營管理和監(jiān)控。據(jù)統(tǒng)計，機器的數(shù)量是人類數(shù)量的4到6倍，下一個一級的通訊領(lǐng)域就是M2M。

4.3M2M4.3.1M2M概述1）M2M的定義

M2M的定義可以分為廣義和狹義兩種。廣義上包括Machine.to.Machine、Man.to.Machine以及Machine.to.Man。總之，是人與各種遠程設(shè)備之間的無線數(shù)據(jù)通信。狹義上的M2M是Machine.to.Machine的簡稱．指一方或雙方是機器且機器通過程序控制，能自動完成整個通信過程的通信形式。2）M2M的特征

(a)M2M仍處于起步階段(b)歐美地區(qū)產(chǎn)業(yè)成熟，日韓市場應(yīng)用較好(c)車輛信息通信和自動抄表是主要業(yè)務(wù)(d)商業(yè)模式集中4.3.2M2M系統(tǒng)架構(gòu)

M2M體系結(jié)構(gòu)如圖所示。M2M體系主要包括M2M終端、承載網(wǎng)絡(luò)、運營系統(tǒng)和應(yīng)用系統(tǒng)四個部分。1）終端接入：連接通信網(wǎng)關(guān)和GGSN等網(wǎng)元，M2M終端可以采用SMS/USSD/MMS/GPRS等通信方式與管理平臺進行信息交互。4.3.2M2M系統(tǒng)架構(gòu)2）應(yīng)用接入：平臺向集團客戶應(yīng)用系統(tǒng)提供統(tǒng)一接入接口，實現(xiàn)客戶應(yīng)用系統(tǒng)的接入、認證鑒權(quán)、監(jiān)控和連接管理等功能。4.3.2M2M系統(tǒng)架構(gòu)3）終端管理：實現(xiàn)M2M終端的接入、認證鑒權(quán)、遠程監(jiān)控、遠程告警、遠程故障診斷、遠程軟件升級、遠程配置、遠程控制、終端接口版本差異管理的功能。4.3.2M2M系統(tǒng)架構(gòu)4）業(yè)務(wù)處理：根據(jù)M2M終端或者應(yīng)用發(fā)出的請求消息的命令執(zhí)行對應(yīng)的邏輯處理，實現(xiàn)M2M終端管理和控制的業(yè)務(wù)邏輯。M2M管理平臺能夠?qū)I(yè)務(wù)消息請求進行解析、鑒權(quán)、協(xié)議轉(zhuǎn)換、路由和轉(zhuǎn)發(fā)，并提供流量控制功能。4.3.2M2M系統(tǒng)架構(gòu)5）業(yè)務(wù)運營支撐：提供業(yè)務(wù)開通、計費、網(wǎng)管、業(yè)務(wù)統(tǒng)計分析和管理門戶等功能。4.3.2M2M系統(tǒng)架構(gòu)4.3.3M2M支撐技術(shù)M2M涉及到5個重要的技術(shù)部分：機器

M2M硬件通信網(wǎng)絡(luò)中間件應(yīng)用。

1）智能化機器

實現(xiàn)M2M的第一步就是從機器/設(shè)備中獲得數(shù)據(jù)，然后把它們通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送出去。使機器“開口說話”（talk），讓機器具備信息感知、信息加工（計算能力）、無線通信能力。使機器具備“說話”能力的基本方法有兩種：生產(chǎn)設(shè)備的時候嵌入M2M硬件；對已有機器進行改裝，使其具備通信/聯(lián)網(wǎng)能力。2）M2M硬件

M2M硬件是使機器獲得遠程通信和聯(lián)網(wǎng)能力的部件。主要進行信息的提取，從各種機器/設(shè)備那里獲取數(shù)據(jù)，并傳送到通信網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)在的M2M硬件共分為五種：（a）嵌入式硬件（b）可組裝硬件（c）調(diào)制解調(diào)器（Modem）（d）傳感器（e）識別標(biāo)識

3）通信網(wǎng)絡(luò)

通信網(wǎng)絡(luò)在整個M2M技術(shù)框架中處于核心地位，包括：廣域網(wǎng)（無線移動通信網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)、Internet、公眾電話網(wǎng)）、局域網(wǎng)（以太網(wǎng)、無線局域網(wǎng)WLAN、Bluetooth）、個域網(wǎng)（ZigBee、傳感器網(wǎng)絡(luò)）。在M2M技術(shù)框架中的通信網(wǎng)絡(luò)中，有兩個主要參與者，他們是網(wǎng)絡(luò)運營商和網(wǎng)絡(luò)集成商。

4）中間件

中間件包括兩部分：M2M網(wǎng)關(guān)、數(shù)據(jù)收集/集成部件。網(wǎng)關(guān)是M2M系統(tǒng)中的“翻譯員”，它獲取來自通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)傳送給信息處理系統(tǒng)。主要的功能是完成不同通信協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換。數(shù)據(jù)收集/集成部件是為了將數(shù)據(jù)變成有價值的信息。對原始數(shù)據(jù)進行不同加工和處理，并將結(jié)果呈現(xiàn)給需要這些信息的觀察者和決策者。這些中間件包括：數(shù)據(jù)分析和商業(yè)智能部件,異常情況報告和工作流程部件,數(shù)據(jù)倉庫和存儲部件等。5）應(yīng)用

數(shù)據(jù)收集/集成部件是為了將數(shù)據(jù)變成有價值的信息。對原始數(shù)據(jù)進行不同加工和處理，并將結(jié)果呈現(xiàn)給需要這些信息的觀察者和決策者。這些中間件包括：數(shù)據(jù)分析和商業(yè)智能部件，異常情況報告和工作流程部件，數(shù)據(jù)倉庫和存儲部件等。4.3.4M2M業(yè)務(wù)應(yīng)用1）定位服務(wù)：定位服務(wù)主要應(yīng)用于車輛管理、導(dǎo)航、運輸管理與人員跟蹤方面，并可廣泛應(yīng)用于公交、長途巴士、貨運車輛、出租車、巡查人員的管理。2）無線POS：無線POS主要用于無線收款機、專用型付費終端，如公用事業(yè)支付終端、彩票機等。3）智能測量：是M2M比較典型的應(yīng)用，主要用于公用設(shè)施監(jiān)測、安全管理與油田的遙測、遠程抄表等。4）資產(chǎn)管理：資產(chǎn)管理主要用于集裝箱跟蹤、物流管理、自動售貨機管理、重型機械管理等。5）智能服務(wù)：智能服務(wù)包括遠程維護服務(wù)、遠程醫(yī)療等。4.4.1數(shù)據(jù)庫的基本概念4.4.2數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型4.4.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成4.4數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

4.5.1數(shù)據(jù)庫的基本結(jié)構(gòu)什么是數(shù)據(jù)庫？數(shù)據(jù)庫是“按照數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來組織、存儲和管理數(shù)據(jù)的倉庫”。是一個長期存儲在計算機在內(nèi)的、有組織的、可共享的、統(tǒng)一管理的大量數(shù)據(jù)的集合。這些數(shù)據(jù)是結(jié)構(gòu)化的，無害的或不必要的冗余，并為多種應(yīng)用服務(wù)數(shù)據(jù)庫的存儲獨立于使用它的程序?qū)?shù)據(jù)庫插入新數(shù)據(jù)，修改和檢索原有數(shù)據(jù)均能按一種公用的和可控制的方式進行4.4.1數(shù)據(jù)庫的基本結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用：個人電腦：快速查找文件公司：財務(wù)管理軟件互聯(lián)網(wǎng)：論壇數(shù)據(jù)存儲物聯(lián)網(wǎng)：海量數(shù)據(jù)管理4.4.1數(shù)據(jù)庫的基本結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫的基本結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫的基本結(jié)構(gòu)分三個層次，反映了觀察數(shù)據(jù)庫的三種不同角度。

(1)物理數(shù)據(jù)層。是數(shù)據(jù)庫的最內(nèi)層，是物理存貯設(shè)備上實際存儲的數(shù)據(jù)的集合。

這些數(shù)據(jù)是原始數(shù)據(jù)，是用戶加工的對象，由內(nèi)部模式描述的指令操作處理的位串、字符和字組成。4.4.1數(shù)據(jù)庫的基本結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫的基本結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫的基本結(jié)構(gòu)分三個層次，反映了觀察數(shù)據(jù)庫的三種不同角度。(2)概念數(shù)據(jù)層。它是數(shù)據(jù)庫的中間一層，是數(shù)據(jù)庫的整體邏輯表示。指出了每個數(shù)據(jù)的邏輯定義及數(shù)據(jù)間的邏輯聯(lián)系，是存貯記錄的集合。它所涉及的是數(shù)據(jù)庫所有對象的邏輯關(guān)系，而不是它們的物理情況，是數(shù)據(jù)庫管理員概念下的數(shù)據(jù)庫。4.4.1數(shù)據(jù)庫的基本結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫的基本結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫的基本結(jié)構(gòu)分三個層次，反映了觀察數(shù)據(jù)庫的三種不同角度。

(3)邏輯數(shù)據(jù)層。它是用戶所看到和使用的數(shù)據(jù)庫，表示了一個或一些特定用戶使用的數(shù)據(jù)集合，即邏輯記錄的集合。4.4.1數(shù)據(jù)庫的基本結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫的基本特點(1)實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。數(shù)據(jù)共享包含所有用戶可同時存取數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，也包括用戶可以用各種方式通過接口使用數(shù)據(jù)庫，并提供數(shù)據(jù)共享。(2)減少數(shù)據(jù)的冗余度。同文件系統(tǒng)相比，由于數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享，從而避免了用戶各自建立應(yīng)用文件。減少了大量重復(fù)數(shù)據(jù)，減少了數(shù)據(jù)冗余，維護了數(shù)據(jù)的一致性。(3)數(shù)據(jù)的獨立性。數(shù)據(jù)的獨立性包括數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)和應(yīng)用程序相互獨立，也包括數(shù)據(jù)物理結(jié)構(gòu)的變化不影響數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)。(4)數(shù)據(jù)實現(xiàn)集中控制。文件管理方式中，數(shù)據(jù)處于一種分散的狀態(tài)，不同的用戶或同一用戶在不同處理中其文件之間毫無關(guān)系。利用數(shù)據(jù)庫可對數(shù)據(jù)進行集中控制和管理，并通過數(shù)據(jù)模型表示各種數(shù)據(jù)的組織以及數(shù)據(jù)間的聯(lián)系。4.4.1數(shù)據(jù)庫的基本結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫的基本特點

(5)數(shù)據(jù)一致性和可維護性，以確保數(shù)據(jù)的安全性和可靠性。主要包括：①安全性控制：以防止數(shù)據(jù)丟失、錯誤更新和越權(quán)使用；②完整性控制：保證數(shù)據(jù)的正確性、有效性和相容性；③并發(fā)控制：使在同一時間周期內(nèi)，允許對數(shù)據(jù)實現(xiàn)多路存取，又能防止用戶之間的不正常交互作用；④故障的發(fā)現(xiàn)和恢復(fù)：由數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提供一套方法，可及時發(fā)現(xiàn)故障和修復(fù)故障，從而防止數(shù)據(jù)被破壞。4.4.2數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（1）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是指數(shù)據(jù)的組織形式或數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系。如果用D表示數(shù)據(jù)，用R表示數(shù)據(jù)對象之間存在的關(guān)系集合，則將DS=(D，R)稱為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。例如，設(shè)有一個電話號碼簿，它記錄了n個人的名字和相應(yīng)的電話號碼。為了方便地查找某人的電話號碼，將人名和號碼按字典順序排列，并在名字的后面跟隨著對應(yīng)的電話號碼。這樣，若要查找某人的電話號碼(假定他的名字的第一個字母是Y)，那么只須查找以Y開頭的那些名字就可以了。該例中，數(shù)據(jù)的集合D就是人名和電話號碼，它們之間的聯(lián)系R就是按字典順序的排列，其相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就是DS=(D，R)，即一個數(shù)組。4.4.2數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（2）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)又分為數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)的物理結(jié)構(gòu)。

數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)是從邏輯的角度(即數(shù)據(jù)間的聯(lián)系和組織方式)來觀察數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)，與數(shù)據(jù)的存儲位置無關(guān)；

數(shù)據(jù)的物理結(jié)構(gòu)是指數(shù)據(jù)在計算機中存放的結(jié)構(gòu)，即數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)在計算機中的實現(xiàn)形式，所以物理結(jié)構(gòu)也被稱為存儲結(jié)構(gòu)。這里只研究數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)，并將反映和實現(xiàn)數(shù)據(jù)聯(lián)系的方法稱為數(shù)據(jù)模型。

4.4.2數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（3）數(shù)據(jù)模型比較流行的數(shù)據(jù)模型有三種，即按圖論理論建立的層次結(jié)構(gòu)模型和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)模型以及按關(guān)系理論建立的關(guān)系結(jié)構(gòu)模型。即：層次數(shù)據(jù)模型

網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型

關(guān)系數(shù)據(jù)模型①層次數(shù)據(jù)模型

層次數(shù)據(jù)模型是用樹狀<層次>結(jié)構(gòu)來組織數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)模型。

層次數(shù)據(jù)模型實質(zhì)上是一種有根結(jié)點的定向有序樹，因此層次數(shù)據(jù)模型就是的圖形表示就是一個倒立生長的樹，由基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的樹（或者二叉樹）的定義可知，每棵樹都有且僅有一個根結(jié)點，其余的節(jié)點都是非根節(jié)點。每個結(jié)點表示一個記錄類型對應(yīng)與實體的概念，記錄類型的各個字段對應(yīng)實體的各個屬性。各個記錄類型及其字段都必須記錄。4.4.2數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（3）數(shù)據(jù)模型學(xué)校編號校名系編號1系名1系編號2系名2教研室編號教研室名學(xué)號姓名成績教師編號教師姓名研究方向①層次數(shù)據(jù)模型根據(jù)一個高等學(xué)校的組織結(jié)構(gòu)圖，說明層次數(shù)據(jù)模型的結(jié)構(gòu)。這個組織結(jié)構(gòu)圖像一棵樹。4.4.2數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（3）數(shù)據(jù)模型記錄類型學(xué)校就是樹根(稱為根結(jié)點)，其屬性為學(xué)校編號和學(xué)校名稱；記錄類型系部構(gòu)成了記錄類型學(xué)校的子結(jié)點，系部的屬性有系部編號和系部名稱；記錄類型教研室和學(xué)生分別構(gòu)成了記錄類型系部的子結(jié)點，教研室的屬性有教研室編號和教研室名稱，學(xué)生的屬性分別是學(xué)號、姓名和成績；記錄類型教師是教研室這一實體的子節(jié)點，其屬性由教師的編號，教師的姓名，教師的研究方向。

這種結(jié)構(gòu)決定了采用層次數(shù)據(jù)模型作為學(xué)校組織方式的層次數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)可以處理一對多的實體聯(lián)系。4.4.2數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（3）數(shù)據(jù)模型①層次數(shù)據(jù)模型層次數(shù)據(jù)模型的特征：整個模型中有且僅有一個結(jié)點沒有父結(jié)點，其余的結(jié)點必須有且僅有一個父結(jié)點，但是所有的結(jié)點都可以不存在子結(jié)點；所有的子結(jié)點不能脫離父結(jié)點而單獨存在，也就是說如果要刪除父結(jié)點，那么父結(jié)點下面的所有子結(jié)點都要同時刪除，但是可以單獨刪除一些葉子結(jié)點；每個記錄類型有且僅有一條從父結(jié)點通向自身的路徑。4.4.2數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（3）數(shù)據(jù)模型①層次數(shù)據(jù)模型

網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型是用有向圖表示實體和實體之間的聯(lián)系的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型。

網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型允許一個結(jié)點可以同時擁有多個雙親結(jié)點和子結(jié)點。

網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型中所有的結(jié)點允許脫離父結(jié)點而存在，也就是說說在整個模型中允許存在兩個或多個沒有根結(jié)點的結(jié)點，同時也允許一個結(jié)點存在一個或者多個的父結(jié)點，成為一種網(wǎng)狀的有向圖。

也可以認為層次數(shù)據(jù)模型是網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的一個特例。4.4.2數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（3）數(shù)據(jù)模型②網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型

根據(jù)教務(wù)管理系統(tǒng)說明網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型

從圖中可以看出課程（實體）的父結(jié)點由專業(yè)、教研室、學(xué)生。

以課程和學(xué)生之間的關(guān)系來說，他們是一種m:n的關(guān)系，也就是說一個學(xué)生能夠選修多門課程，一門課程也可以被多個學(xué)生同時選修4.4.2數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（3）數(shù)據(jù)模型②網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型專業(yè)教研室課程學(xué)生任課選課教師網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的特征：可以存在兩個或者多個結(jié)點沒有父結(jié)點；允許單個結(jié)點存在多于一個父結(jié)點；網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型中的，每個結(jié)點表示一個實體，結(jié)點之間的有向線段表示實體之間的聯(lián)系。網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型中需要為每個聯(lián)系指定對應(yīng)的名稱。4.4.2數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（3）數(shù)據(jù)模型②網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型專業(yè)教研室課程學(xué)生任課選課教師4.4.2數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（3）數(shù)據(jù)模型③關(guān)系型數(shù)據(jù)模型

關(guān)系型數(shù)據(jù)模型是采用二維表格結(jié)構(gòu)表達實體類型及實體間聯(lián)系的數(shù)據(jù)模型，它的基本假定是所有數(shù)據(jù)都表示為數(shù)學(xué)上的關(guān)系。

因此關(guān)系數(shù)據(jù)模型把一些復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)歸結(jié)為簡單的二元關(guān)系(即二維表格形式)。4.4.2數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（3）數(shù)據(jù)模型③關(guān)系型數(shù)據(jù)模型

下面以學(xué)生選課系統(tǒng)為例進行說明關(guān)系型數(shù)據(jù)模型。學(xué)生選課系統(tǒng)的實體包括：學(xué)生、教師、課程；其聯(lián)系一般為學(xué)生與課程之間是一種多對多的關(guān)系，教師與課程之間是多對多的關(guān)系。學(xué)生可以同時選擇多門課程，一門課程也可以同時被多個學(xué)生同時選擇；一位教師可以教授多門課程，一門可能可以由多個教師教授。因此他們之間的聯(lián)系如下：學(xué)生選課課程教師教課mnmn4.4.2數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（3）數(shù)據(jù)模型③關(guān)系型數(shù)據(jù)模型根據(jù)學(xué)生選課系統(tǒng)示意圖映射為關(guān)系數(shù)據(jù)模型中的表格如圖4。從圖中可以看到學(xué)生與課程之間的聯(lián)系、教師和課程之間的多對多聯(lián)系都被映射成了表格。學(xué)生編號學(xué)生姓名性別年齡學(xué)生教師編號教師姓名性別年齡教師課程編號課程名稱學(xué)分課程學(xué)生編號課程編號成績選課教師編號課程編號教課4.4.2數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（3）數(shù)據(jù)模型③關(guān)系型數(shù)據(jù)模型關(guān)系型數(shù)據(jù)模型特征：關(guān)系數(shù)據(jù)模型中，無論是實體、還是實體之間的聯(lián)系都被映射成統(tǒng)一的關(guān)系，即一張二維表，在關(guān)系模型中，操作的對象和結(jié)果都是一張二維表；關(guān)系型數(shù)據(jù)庫可用于表示實體之間的多對多的關(guān)系，只是此時要借助第三個關(guān)系，即表格，來實現(xiàn)多對多的關(guān)系，如學(xué)生選課系統(tǒng)中學(xué)生和課程之間表現(xiàn)出一種多對多的關(guān)系，那么需要借助第三個表，也就是選課表將二者聯(lián)系起來；關(guān)系必須是規(guī)范化的關(guān)系，即每個屬性是不可分割的實體，不允許表中表的存在。4.4.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是一個由硬件、軟件、數(shù)據(jù)庫和用戶構(gòu)成的完整計算機應(yīng)用系統(tǒng)。軟件主要包括操作系統(tǒng)、各種宿主語言、實用程序以及數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫由數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)統(tǒng)一管理，數(shù)據(jù)的插入、修改和檢索均要通過數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)進行。數(shù)據(jù)管理員負責(zé)創(chuàng)建、監(jiān)控和維護整個數(shù)據(jù)庫。硬件操作系統(tǒng)語言編譯系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)應(yīng)用系統(tǒng)DBA用戶4.4.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（1）硬件數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)硬件包括計算機的主機、鍵盤、顯示器和外圍設(shè)備（如打印機、光盤機、磁帶機等）。由于一般數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)所存放和處理的數(shù)據(jù)量很大，加之DBMS豐富的功能軟件，使得自身所占的存儲空間很大，因此整個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)對硬件資源提出了比較高的要求。其要求是：足夠大的內(nèi)存以存放操作系統(tǒng)、DBMS的核心模塊、數(shù)據(jù)緩沖區(qū)和應(yīng)用程序；有足夠大的直接存取設(shè)備存放數(shù)據(jù)（如磁盤）有足夠的存儲設(shè)備來進行數(shù)據(jù)備份；要求計算機有比較高的數(shù)據(jù)傳輸能力，以提高數(shù)據(jù)傳送率。4.4.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（2）軟件

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的軟件除了數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)之外，還包括操作系統(tǒng)各種高級語言處理程序（編譯或解釋程序，應(yīng)用開發(fā)工具軟件和特定應(yīng)用軟件等。

應(yīng)用開發(fā)工具包括應(yīng)用程序生成器和第四代語言等高效率、多功能的軟件工具，如報表生成系統(tǒng)、表格軟件、圖形編輯系統(tǒng)等。它們?yōu)閿?shù)據(jù)庫系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā)人員和最終用戶提供了有力支持。

特定應(yīng)用軟件是指為特定用戶開發(fā)的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用軟件，如基于數(shù)據(jù)庫的各種管理軟件、管理信息系統(tǒng)（MIS）、決策支持系統(tǒng)（DSS）他辦公自動化（OA）等。4.4.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（3）數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)庫的基本組成，是對客觀世界所存在事物和一種表征，也是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)用戶操作的對象。數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，也是企業(yè)或組織的真正財富。

數(shù)據(jù)應(yīng)按照需求進行采集并有結(jié)構(gòu)地存入數(shù)據(jù)庫，由于數(shù)據(jù)的類型多樣性，數(shù)據(jù)的采集方式和存儲方式也會不同。

數(shù)據(jù)作為一種資源是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中最穩(wěn)定的成分，即硬件可能更新，甚至軟件也可以更新，但只要企業(yè)或組織性質(zhì)不改變，數(shù)據(jù)將是可以長期使用的財富。

數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)具有集合、共享、最少冗余和能為多種應(yīng)用服務(wù)的特征。4.4.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（4）用戶

數(shù)據(jù)庫用戶是管理、開發(fā)、使用數(shù)據(jù)庫的主體。

根據(jù)工作任務(wù)的差異，數(shù)據(jù)庫用戶通?？梢苑郑?/p>

終端用戶

應(yīng)用程序員

數(shù)據(jù)管理員4.4.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（4）用戶終端用戶

終端用戶使用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)提供的終端命令語言，或者菜單驅(qū)動、表格驅(qū)動、圖形顯示和報表生成等對話方式，來存取和應(yīng)用數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。

這類人員是一些并不精通計算機和程序設(shè)計的各級管理人員，但必須接受必要的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用培訓(xùn)。4.4.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（4）用戶

②應(yīng)用程序員應(yīng)用程序員是負責(zé)設(shè)計和編制應(yīng)用程序的人員。他們通常使用C語言、數(shù)據(jù)庫語言或4GL（第四代語言）等來設(shè)計和編寫應(yīng)用程序，供終端用戶使用。應(yīng)用程序員不僅要求具有較高的技術(shù)專長，而且還要具備較深的資歷，熟悉部門全部數(shù)據(jù)的性質(zhì)和用途，兼有系統(tǒng)程序員、系統(tǒng)分析員的能力。其具體職責(zé)是：決定數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)；決定數(shù)據(jù)庫的存儲結(jié)構(gòu)和存取策略，使數(shù)據(jù)的存儲空間利用率和存取效率均較優(yōu)；決定數(shù)據(jù)的安全性要求和完整性約束條件；根據(jù)終端用戶的需要，設(shè)計和編制各種功能強勁的應(yīng)用程序。4.4.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（4）用戶

③數(shù)據(jù)管理員

數(shù)據(jù)庫管理員是指全面負責(zé)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的日常管理、維護和運行的人員。DBA處于終端用戶與應(yīng)用程序員之間，是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)能否正常運轉(zhuǎn)的關(guān)鍵，大型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)需要設(shè)置專門的管理辦公室。

其職責(zé)是監(jiān)督控制數(shù)據(jù)庫的使用和運行，實施數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的維護、改進和重組，開展信息社會化服務(wù)。

4.5.1區(qū)塊鏈概念4.5.2區(qū)塊鏈類型4.5.3構(gòu)架模型4.5.5區(qū)塊鏈的功能4.5.6區(qū)塊鏈與多種技術(shù)的融合4.5區(qū)塊鏈4.5區(qū)塊鏈

區(qū)塊鏈是一個信息技術(shù)領(lǐng)域的術(shù)語。從本質(zhì)上講，它是一個共享數(shù)據(jù)庫，存儲于其中的數(shù)據(jù)或信息。區(qū)塊鏈具有“不可偽造”、“全程留痕”、“可以追溯”、“公開透明”、“集體維護”等特征。基于這些特征，區(qū)塊鏈技術(shù)奠定了堅實的“信任”基礎(chǔ)，創(chuàng)造了可靠的

“合作”機制，具有廣闊的運用前景。4.5.1區(qū)塊鏈概述什么是區(qū)塊鏈？

狹義來講，區(qū)塊鏈是一種按照時間順序?qū)?shù)據(jù)區(qū)塊以順序相連的方式組合成的一種鏈式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并以密碼學(xué)方式保證的不可篡改和不可偽造的分布式賬本。

廣義來講，區(qū)塊鏈技術(shù)是利用塊鏈式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來驗證與存儲數(shù)據(jù)、利用分布式節(jié)點共識算法來生成和更新數(shù)據(jù)、利用密碼學(xué)的方式保證數(shù)據(jù)傳輸和訪問的安全、利用由自動化腳本代碼組成的智能合約來編程和操作數(shù)據(jù)的一種全新的分布式基礎(chǔ)架構(gòu)與計算范式。4.5.1區(qū)塊鏈的概述區(qū)塊鏈的組成

數(shù)據(jù)層

網(wǎng)絡(luò)層

共識層

激勵層

合約層

應(yīng)用層4.5.1區(qū)塊鏈的概述區(qū)塊鏈組成部分的功能數(shù)據(jù)層封裝了底層數(shù)據(jù)區(qū)塊以及相關(guān)的數(shù)據(jù)加密和時間戳等技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)層則包括分布式組網(wǎng)機制、數(shù)據(jù)傳播機制和數(shù)據(jù)驗證機制等。共識層主要封裝網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的各類共識算法。激勵層將經(jīng)濟因素集成到區(qū)塊鏈技術(shù)體系中來，主要包括經(jīng)濟激勵的發(fā)行機制和分配機制等。合約層主要封裝各類腳本、算法和智能合約，是區(qū)塊鏈可編程特性的基礎(chǔ)；應(yīng)用層則封裝了區(qū)塊鏈的各種應(yīng)用場景和案例。4.5.2區(qū)塊鏈的類型

區(qū)塊鏈，按照不同角度，可以分很多種類型。

按照開放程度，區(qū)塊鏈可以劃分出的三個類型：

公有區(qū)塊鏈

聯(lián)盟區(qū)塊鏈

私有區(qū)塊鏈①公有區(qū)塊鏈什么是公有區(qū)塊鏈？公有區(qū)塊鏈（PublicBlockChains)是任何節(jié)點都是向任何人開放的，每個人都可以參與到這個區(qū)塊鏈中參與計算，而且任何人都可以下載獲得完整區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)（全部賬本）。

世界上任何個體或者團體都可以發(fā)送交易，且交易能夠獲得該區(qū)塊鏈的有效確認，任何人都可以參與其共識過程。公有區(qū)塊鏈的特點代碼開源。代碼上傳到github，每個人都可以通過下載得到完整的區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)，接受大眾的考驗。完全去中心化。任何人都可以成為一個節(jié)點，每一個節(jié)點都是公開的，每個人都可以參與區(qū)塊鏈的計算，任何節(jié)點都不是永久的，而是階段性的，任何中心對節(jié)點都不具有強制性。任何人都可讀取的、且能發(fā)送交易，而且交易能夠在區(qū)塊鏈上得到有效的確認，任何人都可參與其中共識過程。共識過程決定某個區(qū)塊可以添加到區(qū)塊鏈中，以及確切的當(dāng)前狀態(tài)。每個人都可以從中得到經(jīng)濟獎勵，和在共識過程中所作的貢獻成正比。這些公有鏈通常被認為是“完全意義上的去中心化”。開發(fā)去中心化應(yīng)用。程序開發(fā)者通過此公鏈，可以很方便地開發(fā)出去中心化應(yīng)用。公有鏈可以保護用戶權(quán)益免受程序開發(fā)者的影響。①公有區(qū)塊鏈公有區(qū)塊鏈的限制公有區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)全網(wǎng)公開，這種情況并不適用于所有的行業(yè)中，試想銀行、政府、證券行業(yè)怎么可能講全網(wǎng)數(shù)據(jù)公開呢？那就是處理交易的速度過慢，這個問題比特幣和以太坊都存在。公有鏈需要全網(wǎng)節(jié)點共同參與，參與的節(jié)點太多了，的確實現(xiàn)了去中心化，但是效率十分低下，嚴重影響處理交易的速度。公有區(qū)塊鏈涉及到發(fā)幣，發(fā)幣這個事情涉及到ICO，比較敏感。①公有區(qū)塊鏈②聯(lián)盟區(qū)塊鏈什么是聯(lián)盟區(qū)塊鏈？

聯(lián)盟區(qū)塊鏈（ConsortiumBlockChains)就由每個塊的生成由所有的預(yù)選節(jié)點共同決定（預(yù)選節(jié)點參與共識過程），其他接入節(jié)點可以參與交易，但不過問記賬過程(本質(zhì)上還是托管記賬，只是變成分布式記賬，預(yù)選節(jié)點的多少，如何決定每個塊的記賬者成為該區(qū)塊鏈的主要風(fēng)險點），其他任何人可以通過該區(qū)塊鏈開放的API進行限定查詢。聯(lián)盟區(qū)塊鏈的特點采用多中心化，系統(tǒng)信任問題得到改善?？陕?lián)合有多公司的行業(yè)，對產(chǎn)業(yè)或國家的特定清算、結(jié)算用途有用，降低不同地區(qū)的結(jié)算成本和時間，相比現(xiàn)有的系統(tǒng)而言更加簡單和高效。能夠繼承中心化的優(yōu)點，易進行控制權(quán)限設(shè)定。具有更高的可擴展性。②聯(lián)盟區(qū)塊鏈

③私有區(qū)塊鏈

什么是私有區(qū)塊鏈？

私有區(qū)塊鏈（PrivateBlockChains)：僅僅使用區(qū)塊鏈的總賬技術(shù)進行記賬，可以是一個公司，也可以是個人，獨享該區(qū)塊鏈的寫入權(quán)限，本鏈與其他的分布式存儲方案沒有太大區(qū)別。私有區(qū)塊鏈的特點可修改規(guī)則。運行著私有區(qū)塊鏈的共同體或公司可以很容易地修改該區(qū)塊鏈的規(guī)則，還原交易，修改余額等。更快速，效率高。私有鏈只有少量的節(jié)點，而且都具有較高的信任度，并不需要每個節(jié)點都來驗證一個交易，因此相比需要通過大多數(shù)節(jié)點驗證的公有鏈，私有鏈的交易速度更快，交易成本也更低。隱私保護。私有鏈能更好地保護組織自身的隱私，交易數(shù)據(jù)不會對全網(wǎng)公開。私有鏈上不必處理訪問權(quán)限等繁瑣進程，個人數(shù)據(jù)不會被網(wǎng)絡(luò)上任何人獲得。

③私有區(qū)塊鏈三種區(qū)塊鏈的分析比較

公有區(qū)塊鏈、聯(lián)盟區(qū)塊鏈、私有區(qū)塊鏈的開放程度依次遞減。

公有區(qū)塊鏈開放程度最高，最公平，但是速度慢、效率低；

聯(lián)盟區(qū)塊鏈和私有區(qū)塊鏈效率快，但是削弱了去中心化屬性，更加側(cè)重的是區(qū)塊鏈技術(shù)對于數(shù)據(jù)維護的安全性。4.5.3區(qū)塊鏈的架構(gòu)模型區(qū)塊鏈的組成

數(shù)據(jù)層

網(wǎng)絡(luò)層

共識層

激勵層

合約層

應(yīng)用層（1）數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層封裝了底層數(shù)據(jù)區(qū)塊的鏈式結(jié)構(gòu)，以及相關(guān)的非對稱公私鑰數(shù)據(jù)加密技術(shù)和時間戳等技術(shù)，這是整個區(qū)塊鏈技術(shù)中最底層的數(shù)據(jù)機構(gòu)。

大多數(shù)技術(shù)都已被發(fā)明數(shù)十年，并在計算機領(lǐng)域使用了很久，無須擔(dān)心其中的安全性，因為如果這些技術(shù)出現(xiàn)安全性上的巨大漏洞，則意味著全球金融技術(shù)都會出現(xiàn)嚴重的問題。

中本聰在設(shè)計比特幣時，為每個區(qū)塊設(shè)置了1MB（兆）大小的容量限制，但由于目前比特幣的交易量迅速提升，1MB的區(qū)塊空間能容納的交易數(shù)量有限，所以要考慮擴容區(qū)塊鏈來突破這個限制。①

區(qū)塊+鏈：

數(shù)據(jù)層的核心技術(shù)是設(shè)計賬本的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

從技術(shù)上來講，區(qū)塊是一種記錄交易的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，反映了一筆交易的資金流向。系統(tǒng)中已經(jīng)達成的交易的區(qū)塊連接在一起形成了一條主鏈，所有參與計算的節(jié)點都記錄了主鏈或主鏈的一部分。

每個區(qū)塊由區(qū)塊頭和區(qū)塊體組成。

區(qū)塊體只負責(zé)記錄前一段時間內(nèi)的所有交易信息，主要包括交易數(shù)量和交易詳情；

區(qū)塊頭則封裝了當(dāng)前的版本號、前一區(qū)塊地址、時間戳（記錄該區(qū)塊產(chǎn)生的時間，精確到秒）、隨機數(shù)（記錄解密該區(qū)塊相關(guān)數(shù)學(xué)題的答案的值）、當(dāng)前區(qū)塊的目標(biāo)哈希值、Merkle數(shù)的根值等信息。

從結(jié)構(gòu)來看，區(qū)塊鏈的大部分功能都由區(qū)塊頭實現(xiàn)。（1）數(shù)據(jù)層②

哈希函數(shù)：

數(shù)據(jù)層的核心技術(shù)是設(shè)計賬本的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

哈希函數(shù)可將任意長度的資料經(jīng)由Hash算法轉(zhuǎn)換為一組固定長度的代碼，原理是基于一種密碼學(xué)上的單向哈希函數(shù)，這種函數(shù)很容易被驗證，但是卻很難破解。

通常業(yè)界使用y=hash(x)的方式進行表示，該哈希函數(shù)實現(xiàn)對x進行運算計算出一個哈希值y。常使用的哈希算法包括MD5、SHA-1、SHA-256、SHA-384及SHA-512等。

以SHA256算法為例，將任何一串?dāng)?shù)據(jù)輸入到SHA256將得到一個256位的Hash值（散列值）。其特點是相同的數(shù)據(jù)輸入將得到相同的結(jié)果。輸入數(shù)據(jù)只要稍有變化（比如一個1變成了0）則將得到一個完全不同的結(jié)果，且結(jié)果無法事先預(yù)知。正向計算（由數(shù)據(jù)計算其對應(yīng)的Hash值）十分容易。逆向計算（破解）極其困難，在當(dāng)前科技條件下被視作不可能。（1）數(shù)據(jù)層③Merkle樹

數(shù)據(jù)層的核心技術(shù)是設(shè)計賬本的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

Merkle樹是一種哈希二叉樹，使用它可以快速校驗大規(guī)模數(shù)據(jù)的完整性。

在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中，Merkle樹被用來歸納一個區(qū)塊中的所有交易信息，最終生成這個區(qū)塊所有交易信息的一個統(tǒng)一的哈希值，區(qū)塊中任何一筆交易信息的改變都會使得Merkle樹改變。（1）數(shù)據(jù)層④

非對稱加密算法：

數(shù)據(jù)層的核心技術(shù)是設(shè)計賬本的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

非對稱加密算法是一種密鑰的保密方法，需要兩個密鑰：公鑰和私鑰。

公鑰與私鑰是一對，如果用公鑰對數(shù)據(jù)進行加密，只有用對應(yīng)的私鑰才能解密，從而獲取對應(yīng)的數(shù)據(jù)價值；

如果用私鑰對數(shù)據(jù)進行簽名，那么只有用對應(yīng)的公鑰才能驗證簽名，驗證信息的發(fā)出者是私鑰持有者。

加密和解密使用的是兩個不同的密鑰，所以這種算法叫做非對稱加密算法，而對稱加密在加密與解密的過程中使用的是同一把密鑰。（1）數(shù)據(jù)層（2）網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層核心技術(shù)是P2P網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

網(wǎng)絡(luò)層包括分布式組網(wǎng)機制、數(shù)據(jù)傳播機制和數(shù)據(jù)驗證機制等。

采用了完全P2P的組網(wǎng)技術(shù)，也就意味著區(qū)塊鏈是具有自動組網(wǎng)功能的。

P2P組網(wǎng)技術(shù)，在早先應(yīng)用于BT（比特流）和eMule（電驢）之類的P2P下載軟件中，也是一種相對來說非常成熟的技術(shù)。

網(wǎng)絡(luò)層實現(xiàn)記賬節(jié)點的去中心化。網(wǎng)絡(luò)層核心技術(shù)是P2P網(wǎng)絡(luò)協(xié)議P2P網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（對等網(wǎng)絡(luò)），又稱點對點技術(shù)，是沒有中心服務(wù)器、依靠用戶群交換信息的互聯(lián)網(wǎng)體系。

與有中心服務(wù)器的中央網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)不同，對等網(wǎng)絡(luò)的每個用戶端既是一個節(jié)點，也有服務(wù)器的功能。P2P網(wǎng)絡(luò)其具有去中心化與健壯性等特點。P2P網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是所有區(qū)塊鏈的最底層模塊，負責(zé)交易數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)傳輸和廣播、節(jié)點發(fā)現(xiàn)和維護。

通常我們所用的都是比特幣P2P網(wǎng)絡(luò)協(xié)議模塊，它遵循一定的交互原則。比如：初次連接到其他節(jié)點會被要求按照握手協(xié)議來確認狀態(tài)，在握手之后開始請求Peer節(jié)點的地址數(shù)據(jù)以及區(qū)塊數(shù)據(jù)。（2）網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層核心技術(shù)是P2P網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

P2P交互協(xié)議具有自己的指令集合，指令體現(xiàn)在在消息頭（MessageHeader)的命令（command）域中。

這些命令為上層提供了節(jié)點發(fā)現(xiàn)、節(jié)點獲取、區(qū)塊頭獲取、區(qū)塊獲取等功能。

這些功能都是非常底層、非?；A(chǔ)的功能。（2）網(wǎng)絡(luò)層（3）共識層

共識層主要封裝網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的各類共識機制算法。

共識機制算法是區(qū)塊鏈技術(shù)的核心技術(shù)，因為這決定了到底由誰來進行記賬，記賬者選擇方式將會影響到整個系統(tǒng)的安全性和可靠性。

目前已經(jīng)出現(xiàn)了十余種共識機制算法，其中最為知名的有工作量證明機制（ProofofWork，PoW）、權(quán)益證明機制（ProofofStake，PoS）、股份授權(quán)證明機制（DelegatedProofofStake，DPoS）等。

共識層是調(diào)配記賬節(jié)點的任務(wù)負載。共識機制

共識機制，就是所有記賬節(jié)點之間如何達成共識，去認定一個記錄的有效性，這既是認定的手段，也是防止篡改的手段。

目前主要有四大類共識機制：PoW（ProofofWork，工作量證明）PoS（ProofofStake，權(quán)益證明）DPoS（DelegatedProof-Of-Stake，股份授權(quán)證明）

分布式一致性算法。（3）共識層①PoW（ProofofWork，工作量證明）PoW機制，也就是像比特幣的挖礦機制，礦工通過把網(wǎng)絡(luò)尚未記錄的現(xiàn)有交易打包到一個區(qū)塊，然后不斷遍歷嘗試來尋找一個隨機數(shù)，使得新區(qū)塊加上隨機數(shù)的哈希值滿足一定的難度條件。

找到滿足條件的隨機數(shù)，就相當(dāng)于確定了區(qū)塊鏈最新的一個區(qū)塊，也相當(dāng)于獲得了區(qū)塊鏈的本輪記賬權(quán)。

礦工把滿足挖礦難度條件的區(qū)塊在網(wǎng)絡(luò)中廣播出去，全網(wǎng)其他節(jié)點在驗證該區(qū)塊滿足挖礦難度條件，同時區(qū)塊里的交易數(shù)據(jù)符合協(xié)議規(guī)范后，將各自把該區(qū)塊鏈接到自己版本的區(qū)塊鏈上，從而在全網(wǎng)形成對當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的共識。（3）共識層②PoS（ProofofStake，權(quán)益證明）PoS機制，要求節(jié)點提供擁有一定數(shù)量的代幣證明來獲取競爭區(qū)塊鏈記賬權(quán)的一種分布式共識機制。

如果單純依靠代幣余額來決定記賬者必然使得富有者勝出，導(dǎo)致記賬權(quán)的中心化，降低共識的公正性，因此不同的PoS機制在權(quán)益證明的基礎(chǔ)上，采用不同方式來增加記賬權(quán)的隨機性來避免中心化。（3）共識層②PoS（ProofofStake，權(quán)益證明）

采用不同方式來增加記賬權(quán)的隨機性來避免中心化。

點點幣（PeerCoin）PoS機制中，擁有最多鏈齡長的比特幣獲得記賬權(quán)的幾率就越大。NXT和Blackcoin則采用一個公式來預(yù)測下一記賬的節(jié)點。擁有多的代幣被選為記賬節(jié)點的概率就會大。

未來以太坊也會從目前的PoW機制轉(zhuǎn)換到PoS機制，從目前看到的資料看，以太坊的PoS機制將采用節(jié)點下賭注來賭下一個區(qū)塊，賭中者有額外以太幣獎，賭不中者會被扣以太幣的方式來達成下一區(qū)塊的共識。（3）共識層Proof-Of-Stake，股份授權(quán)證明）

DPoS很容易理解，類似于現(xiàn)代企業(yè)董事會制度。

比特股采用的DPoS機制是由持股者投票選出一定數(shù)量的見證人，每個見證人按序有兩秒的權(quán)限時間生成區(qū)塊，若見證人在給定的時間片不能生成區(qū)塊，區(qū)塊生成權(quán)限交給下一個時間片對應(yīng)的見證人。

持股人可以隨時通過投票更換這些見證人。DPoS的這種設(shè)計使得區(qū)塊的生成更為快速，也更加節(jié)能。（3）共識層④分布式一致性算法

分布式一致性算法是基于傳統(tǒng)的分布式一致性技術(shù)。

分為解決拜占庭將軍問題的拜占庭容錯算法，如PBFT（拜占庭容錯算法）。

另外解決非拜占庭問題的分布式一致性算法（Pasox、Raft）。

該類算法目前是聯(lián)盟鏈和私有鏈場景中常用的共識機制。（3）共識層分析

POW適合應(yīng)用于公鏈，

如果搭建私鏈，因為不存在驗證節(jié)點的信任問題，可以采用POS比較合適；

聯(lián)盟鏈由于存在不可信局部節(jié)點，采用DPOS比較合適。（3）共識層（4）激勵層

激勵層將經(jīng)濟因素集成到區(qū)塊鏈技術(shù)體系中來。

主要包括經(jīng)濟激勵的發(fā)行機制和分配機制等。

激勵層主要出現(xiàn)在公有區(qū)塊鏈（PublicBlockchain）中，因為在公有區(qū)塊鏈中必須激勵遵守規(guī)則參與記賬的節(jié)點，并且懲罰不遵守規(guī)則的節(jié)點，才能讓整個系統(tǒng)朝著良性循環(huán)的方向發(fā)展。所以激勵機制往往也是一種博弈機制，讓更多遵守規(guī)則的節(jié)點愿意進行記賬。

在私有鏈（PrivateBlockchain）中，則不一定需要進行激勵，因為參與記賬的節(jié)點往往是在鏈外完成了博弈，也就是可能有強制力或者有其他需求來要求參與記賬。

激勵層是制定記賬節(jié)點的“薪酬體系”。

主要核心技術(shù)是發(fā)行機制和激勵機制。

激勵層主要核心技術(shù)是發(fā)行機制和激勵機制。（以比特幣為例）

比特幣最開始由系統(tǒng)獎勵給那些創(chuàng)建新區(qū)塊的礦工，該獎勵大約每四年減半。

剛開始每記錄一個新區(qū)塊，獎勵礦工50個比特幣，該獎勵大約每四