IaaS层是云计算的基础。通过建立大规模数据中心，IaaS层为上层云计算服务提供海量硬件资源。同时，在虚拟化技术的支持下，IaaS层可以实现硬件资源的按需配置，并提供个性化的基础设施服务。
基于以上两点，IaaS层主要研究以下2个问题。
（1）如何建设低成本、高效能的数据中心。
（2）如何拓展虚拟化技术，实现弹性、可靠的基础设施服务。
1.数据中心相关技术
数据中心是云计算的核心，其资源规模与可靠性对上层的云计算服务有着重要影响。Google、Facebook等公司十分重视数据中心的建设。在2009年，Facebook的数据中心拥有30 000个计算节点，截至2010年，计算节点数量更是达到60 000个；Google公司平均每季度投入约6亿美元用于数据中心建设，其中仅2010年第四季度便投入了25亿美元。
与传统的企业数据中心不同，云计算数据中心具有以下特点。
（1）自治性。相较传统的数据中心需要人工维护，云计算数据中心的大规模性要求系统在发生异常时能自动重新配置，并从异常中恢复，而不影响服务的正常使用。
（2）规模经济。通过对大规模集群的统一化标准化管理，使单位设备的管理成本大幅降低。
（3）规模可扩展。考虑到建设成本及设备更新换代，云计算数据中心往往采用大规模高性价比的设备组成硬件资源，并提供扩展规模的空间。
基于以上特点，云计算数据中心的相关研究工作主要集中在以下两个方面。
（1）研究新型的数据中心网络拓扑，以低成本、高带宽、高可靠的方式连接大规模计算节点。
目前，大型的云计算数据中心由上万个计算节点构成，而且节点数量呈上升趋势。计算节点的大规模性对数据中心网络的容错能力和可扩展性提出挑战。
然而，面对以上挑战，传统的树型结构网络拓扑存在以下缺陷：首先，可靠性低，若汇聚层或核心层的网络设备发生异常，网络性能会大幅下降；其次，可扩展性差，因为核心层网络设备的端口有限，难以支持大规模网络；再次，网络带宽有限，在汇聚层，汇聚交换机连接边缘层的网络带宽远大于其连接核心层的网络带宽，所以对于连接在不同汇聚交换机的计算节点来说，它们的网络通信容易受到阻塞。
为了弥补传统拓扑结构的缺陷，研究者提出了VL2、Port Land、DCell、BCube等新型的网络拓扑结构。这些拓扑在传统的树型结构中加入了类似于MESH 的构造，使得节点之间连通性与容错能力更高，易于负载均衡。同时，这些新型的拓扑结构利用小型交换机便可构建，使得网络建设成本降低，节点更容易扩展。
（2）研究有效的绿色节能技术，以提高效能比，减少环境污染。(www.xing528.com)
云计算数据中心规模庞大，为了保证设备正常工作，需要消耗大量的电能。据估计，一个拥有50 000个计算节点的数据中心每年耗电量超过1×108kW·h，电费达到930万美元。因此需要研究有效的绿色节能技术，以解决能耗开销问题。实施绿色节能技术，不仅可以降低数据中心的运行开销，而且能减少二氧化碳的排放，有助于环境保护。
2.虚拟化技术
数据中心为云计算提供了大规模资源。为了实现基础设施服务的按需分配，需要研究虚拟化技术。虚拟化是IaaS层的重要组成部分，也是云计算的最重要特点。
虚拟化技术可以提供以下特点。
（1）资源分享。通过虚拟机封装用户各自的运行环境，有效实现多用户分享数据中心资源。
（2）资源定制。用户利用虚拟化技术，配置私有的服务器，指定所需的CPU 数目、内存容量、磁盘空间，实现资源的按需分配。
（3）细粒度资源管理。将物理服务器拆分成若干虚拟机，可以提高服务器的资源利用率，减少浪费，而且有助于服务器的负载均衡和节能。
基于以上特点，虚拟化技术成为实现云计算资源池化和按需服务的基础。为了进一步满足云计算弹性服务和数据中心自治性的需求，需要研究虚拟机快速部署和在线迁移技术。
（1）虚拟机快速部署技术：为了简化虚拟机的部署过程，虚拟机模板技术被应用于大多数云计算平台。虚拟机模板预装了操作系统与应用软件，并对虚拟设备进行了预配置，有效减少虚拟机的部署时间。
然而虚拟机模板技术仍不能满足快速部署的需求：一方面，将模板转换成虚拟机需要复制模板文件，当模板文件较大时，复制的时间开销不可忽视；另一方面，因为应用程序没有加载到内存，所以通过虚拟机模板转换的虚拟机需要在启动或加载内存镜像后，方可提供服务。
为此，有学者提出了基于Fork思想的虚拟机部署方式。该方式受操作系统的Fork原语启发，利用父虚拟机迅速克隆出大量子虚拟机。与进程级的Fork 相似，基于虚拟机级的Fork，子虚拟机继承父虚拟机的内存状态信息，并在创建后即时可用。当部署大规模虚拟机时，子虚拟机可以并行创建，并维护其独立的内存空间，而不依赖于父虚拟机。
（2）虚拟机在线迁移技术：虚拟机在线迁移是指虚拟机在运行状态下从一台物理机移动到另一台物理机。虚拟机在线迁移技术对云计算平台有效管理具有重要意义。
（a）提高系统可靠性。一方面，当物理机需要维护时，可以将运行于该物理机的虚拟机转移到其他物理机；另一方面，可利用在线迁移技术完成无缝切换至备份虚拟机。
（b）有利于负载均衡。当物理机负载过重时，可以通过虚拟机迁移达到负载均衡，优化数据中心性能。
（c）有利于设计节能方案。通过集中零散的虚拟机，可使部分物理机完全空闲，以便关闭这些物理机（或使物理机休眠），达到节能目的。
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