云计算试卷

来源于豆包

2022年SCNU《云计算导论》试卷（A卷）答案

一、简答题（每题10分，共30分）

1、Amazon云平台采用Dynamo存储架构。请简述Dynamo采用一致性哈希算法存储数据的原理，以及Dynamo的数据备份机制。

- **一致性哈希算法存储数据原理**：一致性哈希算法将哈希空间组织成一个虚拟的圆环（哈希环）。每个节点（存储服务器）在环上有一个对应的哈希值位置。数据通过哈希函数计算出哈希值，映射到哈希环上。当数据需要存储时，会顺时针寻找距离其哈希值最近的节点进行存储。如果某个节点失效，受影响的数据只是该节点在哈希环上顺时针方向到下一个有效节点之间的数据，其他数据不受影响，从而提高了系统的容错性和可扩展性 。- **数据备份机制**：Dynamo采用多副本备份机制。通过向量时钟（Vector Clock）来管理副本数据的一致性。当数据更新时，更新操作会被传播到多个副本节点。向量时钟记录了数据的版本信息，在读取数据时，通过比较向量时钟来判断数据的版本，解决数据冲突问题，保证数据的最终一致性 。

2、请简述HDFS的体系结构，并且列举出HDFS为了实现系统高容错性而采取的措施（至少3种）。

- **HDFS体系结构**：HDFS（Hadoop分布式文件系统）由NameNode、DataNode、Secondary NameNode组成。NameNode是主节点，负责管理文件系统的命名空间，存储文件的元数据信息（如文件的目录结构、权限、文件与DataNode的映射关系等）；DataNode是从节点，负责存储文件的数据块，以固定大小的数据块形式存储数据，并与NameNode保持心跳通信，汇报自身状态；Secondary NameNode辅助NameNode工作，定期合并EditLog和FsImage文件，防止EditLog文件过大 。- **高容错性措施**：多副本存储，每个数据块默认保存3个副本，分布在不同的DataNode上，当某个DataNode故障时，其他副本可提供数据；心跳检测机制，DataNode定期向NameNode发送心跳消息，NameNode根据心跳判断DataNode的状态，若DataNode长时间未发送心跳，则认为其故障，进行相应处理；数据校验，在数据读写过程中，对数据块进行校验和计算，检测数据的完整性，若发现数据损坏，可从其他副本获取正确数据 。

3、Docker容器为什么被称为轻量级虚拟化技术？与VMM创建的虚拟机比较，它有什么优点和不足？请你举出一个适合应用Docker的应用场景实例。

- **被称为轻量级虚拟化技术原因**：Docker容器共享宿主机的内核，不需要像虚拟机那样为每个实例单独运行一个完整的操作系统，启动和运行开销小，资源占用少，因此被称为轻量级虚拟化技术。- **优点**：启动速度快，容器可以在秒级启动，而虚拟机启动需要数分钟；资源利用率高，由于共享内核，容器对内存、CPU等资源的占用远低于虚拟机；部署灵活，容器化应用可以方便地在不同环境中迁移和部署，实现“一次构建，到处运行” 。- **不足**：隔离性不如虚拟机，容器共享内核，虽然通过namespace等技术实现了一定程度的隔离，但相比虚拟机的完全隔离，安全性和隔离性稍弱；容器依赖宿主机操作系统，某些特定场景下，若宿主机操作系统与容器需求不匹配，可能存在兼容性问题 。- **应用场景实例**：Web应用的部署。例如，将一个基于Python Flask框架开发的Web应用打包成Docker容器，在不同的测试环境、生产环境中快速部署，保证应用在不同环境中的一致性，且能高效利用服务器资源 。\

二、论述题（每题14分，共42分）

4、有观点认为云计算只是SOA、分布式系统、P2P/网格等技术的融合，不是一种新型技术。你认为这种观点对吗？为什么？

这种观点不对。虽然云计算融合了SOA（面向服务的架构）、分布式系统、P2P/网格等技术，但它不仅仅是这些技术的简单融合，而是一种新型技术。 从技术角度看，云计算通过整合和优化这些已有技术，形成了新的服务模式和体系架构。例如，云计算中的弹性计算服务（如AWS EC2、阿里云ECS），利用分布式系统技术实现计算资源的大规模集群管理，同时结合虚拟化技术，为用户提供可灵活配置、按需使用的计算能力，这是以往技术单独无法实现的。在存储方面，像Amazon S3这样的云存储服务，基于分布式存储技术和一致性哈希算法等，提供了高可靠、可扩展的存储服务，其数据管理和访问方式与传统存储有很大区别 。 从服务模式角度，云计算创造了IaaS（基础设施即服务）、PaaS（平台即服务）、SaaS（软件即服务）等全新的服务模式。这些服务模式使得用户可以根据自身需求，以较低的成本获取计算、存储、平台和软件等资源，而无需自行构建和维护复杂的基础设施和软件系统。例如，中小企业可以直接使用SaaS模式的办公软件（如钉钉），无需购买和安装传统的办公软件套件，降低了软件采购和维护成本 。 从商业模式角度，云计算推动了商业模式的创新。云服务提供商通过提供云计算服务，实现了资源的集中化管理和按需计费，用户只需为使用的资源付费，这种模式改变了传统的软硬件销售和使用方式，创造了新的商业价值和市场空间 。\

5、SaaS是当前云计算中很成功的商业模式。请从商业需求、服务特征、技术挑战等方面论述Saas应用的商业模型。

- **商业需求**：对于企业用户，尤其是中小企业，SaaS模式可以降低软件采购成本和维护成本。企业无需投入大量资金购买昂贵的软件许可证和硬件设备，也无需组建专业的技术团队进行软件维护和升级，只需通过互联网订阅使用软件服务，按使用量或订阅时长付费，降低了企业的前期投入和运营成本。同时，SaaS模式满足了企业快速部署和灵活扩展的需求，企业可以根据业务发展情况随时调整软件的使用规模和功能模块 。- **服务特征**：SaaS模式的软件服务是基于云计算平台提供的多租户服务。多个用户可以同时使用同一套软件实例，但相互之间的数据是隔离的，保证了数据的安全性和隐私性。软件的更新和维护由云服务提供商统一负责，用户可以随时使用到最新版本的软件，无需手动升级。此外，SaaS应用通常具有良好的可扩展性，能够根据用户数量和业务量的增长，灵活调整资源配置 。- **技术挑战**：在技术方面，SaaS应用需要解决多租户隔离的问题，确保不同租户的数据相互独立、安全。这涉及到数据存储、访问控制、加密等技术。同时，要保证系统的高可用性和性能，面对大量用户的并发访问，需要具备强大的负载均衡和性能优化能力。另外，数据的安全性和隐私保护也是关键挑战，云服务提供商需要采取多种安全措施，如数据加密、身份认证、访问控制等，保障用户数据的安全 。\

6、有人说虚拟化技术增强了云环境的安全，又有人说虚拟化给云环境带来了安全威胁。请谈谈你的看法。

虚拟化技术对云环境的安全既有积极影响，也带来了一定的安全威胁 。 积极影响方面：首先，虚拟化技术实现了资源的隔离。在云环境中，通过虚拟化技术可以将不同用户的虚拟机隔离开来，每个虚拟机运行在独立的虚拟环境中，相互之间的资源访问受到严格限制，降低了用户之间相互攻击的风险。例如，在公有云环境中，多个用户的应用程序运行在各自的虚拟机上，即使某个用户的虚拟机受到攻击，攻击者也很难突破隔离边界，影响其他用户的虚拟机 。其次，虚拟化技术便于安全管理和监控。云服务提供商可以通过虚拟化管理平台，对虚拟机进行集中管理和监控，及时发现和处理安全问题。例如，实时监测虚拟机的网络流量、系统日志等，一旦发现异常行为，及时采取措施进行防范 。 安全威胁方面：一方面，虚拟化软件自身可能存在安全漏洞。如果虚拟化软件存在未被发现的漏洞，攻击者可能利用这些漏洞突破虚拟机的隔离边界，获取其他虚拟机的权限和数据。例如，历史上曾出现过针对VMware虚拟化软件的漏洞攻击，攻击者利用漏洞实现了虚拟机之间的越界访问 。另一方面，虚拟机逃逸风险。攻击者可能通过技术手段，从虚拟机逃逸到宿主机，进而控制整个宿主机上的其他虚拟机，造成严重的安全事故。此外，在云环境中，大量虚拟机的快速创建和销毁，增加了安全管理的复杂性，可能导致安全配置错误或管理漏洞 。 因此，不能简单地认为虚拟化技术增强或削弱了云环境的安全，需要采取有效的安全措施，如定期更新虚拟化软件、加强安全配置管理、实施入侵检测和防御等，来充分发挥虚拟化技术的优势，降低其带来的安全风险 。\

三、应用题（第7题16分、第8题12分，共28分）

(1) <“Bye”, 1>(2) <“Hello”, 1>(3) <“Bye”, 1>(4) <“Cloud”, 1>(5) <“Hello”, 1>(6) <“Hadoop”, 1>(7) <“Hadoop”, 1>(8) <“Bye”, 2>(9) <“Cloud”, 1>(10) <“Bye”, 1>(11) <“Hello”, 2>(12) <“Hadoop”, 2>(13) <“Bye”, 1>(14) <“Hadoop”, 2>(15) <“Hello”, 2>(16) <“World”, 1>(17) <“Cloud”, 1>(18) <“Hello”, 1>(19) <“Hadoop”, 1>(20) <“Hello”, 1>(21) <“Bye”, 1>(22) <“Hadoop”, 1>(23) <“Bye”, 3>(24) <“Cloud”, 1>(25) <“Hello”, 3>(26) <“Hadoop”, 3>(27) <“World”, 1>(28) <“Bye”, 3>(29) <“Cloud”, 1>(30) <“Hello”, 3>(31) <“Hadoop”, 3>(32) <“World”, 1>