云计算(Cloud Computing, CC)作为效用计算的一种实现形式,开启了人们生活的新篇章、开拓了未来计算的新纪元、开创了社会发展的新时代,其是以商业为主要源动力的大规模分布式计算范式,利用抽象化、虚拟化、透明化、自动化、即时部署、宽带网络等关键技术,通过网络实现资源间的互联、互通和互操作,以统一服务(X as a Service, XaaS)的形式,利用多终端、多平台和多网络,在任意时间、任意地点、并以任意方式为用户提供包括软件、平台和基础设施在内的按需即用(pay-as-you-go)、随需应变、快速部署、瞬时释放、物美价廉、安全高效的非平凡SLOs (Service Level Objectives)服务。云计算的目标是为用户提供安全、高效、可靠、灵活且价格低廉的服务,而存储空间、计算能力、应用平台等资源不再是有限的了,为急剧增长的硬件成本、存储能力、服务计算等各种新的需求的满足提供了高效的解决方案,并受到了政府、企业和科研机构的广泛关注、充分肯定和全面褒扬。在当前的云计算发展中,还存在着诸多问题亟待深入研究,主要包括：(1)高服务质量,由于不同用户对资源的应用偏好具有较大差异性、动态变化性和不可预测性,而经典的调度机制由于缺乏足够的差异选择能力而会导致性能的急剧下降,不能很好的满足云计算环境中的高服务质量需求,那么,高服务质量问题将是开启高服务质量的云计算新纪元的主要障碍之一。因此,随着用户对高服务质量要求的不断提高,需要考虑对云计算环境中的服务质量进行有效的改善和管理,满足系统中高服务质量的需求；(2)高可用,由于数据中心需要支持大规模的数据访问与并行的服务请求,同时,在云数据中心中,错误的发生将是一种常态现象而不是例外事件,那么,高可用问题将是开启高可用的云计算新纪元的主要障碍之一。因此,随着用户对高可用要求的不断提高,需要考虑对云计算环境中系统的高可用性进行有效的改善和管理,满足系统高可用性的需求；(3)高能效,随着数据中心规模的不断发展,服务器数目的不断增多,对能量消耗的不断增加,由于经济、环境、市场等诸多问题的存在,那么,高能效问题将是开启绿云计算新纪元的主要障碍之一。因此,随着全球变暖和对能量依赖的不断增加,需要考虑对云计算环境中的能量进行有效的量化、监控、改进和管理,满足系统中高能效的需求；(4)高可信赖,由于云数据中心是由大规模、分布式的虚拟化节点组成,只有提高整个数据中心的可信赖性,才能让用户优先选择数据中心进行数据处理,那么,高可信赖问题将是开启高可信赖的云计算新纪元的主要障碍之一,由于,高可信赖性问题产生于数据的可靠性、可用性、保险性、完整性、可维护性等相关问题,因此,需要考虑对云计算环境中的系统可信赖进行有效的改善和管理,满足系统中高可信赖的需求；(5)高可信任,由于敏感应用和用户数据被存放于云端,并在数据中心的虚拟机中运行,其中,由于访问脆弱性、虚拟化脆弱性、Web应用脆弱性等问题的存在,那么,高可信任问题将是开启高可信任的云计算新纪元的主要障碍之一。由于,高可信任性问题产生于数据控制、身份认证、信息匮乏等相关问题,因此,需要考虑对云计算环境中的系统的可信任进行有效的监控、改善和管理,满足系统中高可信任的需求。针对当前云计算环境中所存在的高服务质量问题、高可用问题、高能效问题、高可信赖问题和高可信任问题,本文分别从服务质量、可用性、能效性、可信赖性和可信任性五个方面,进行系统的、全面的、深入的分析研究,并取得了一系列具有理论和实践价值的创新性研究成果。其中,主要研究工作和创新性成果体现在以下五个方面：(1)在高服务质量问题方面,提出了一种云资源调度策略。首先,从理论上对云计算环境中的资源调度进行了系统的分析与建模,基于云任务规模预测DP模型,实现了对用户的应用偏好和多维QoS空间中的用户效用进行了分析和量化,并给出了多维QOS优化的目标函数；其次,结合具有快速多目标优化能力的免疫克隆算法,提出了一种基于应用偏好的云资源调度优化算法,根据应用偏好信息为抗体分配偏好优先级,据此进行抗体的免疫克隆操作,提高抗体的免疫基因操作的预见性,增加抗体选择操作的适应性,减少抗体的有效搜索空间,极大的改善了向最优解的有效收敛能力。实验和理论分析表明,所提出的资源调度策略极大的改善了云数据中心资源调度的可用性、负载均衡离差、平均效用和有效时间等方面的性能,满足了系统的高服务质量要求。(2)在高可用问题方面,提出了一种数据副本复制策略。首先,分析和建模了系统可用性和数据副本数目之间的依存关系；其次,对热点数据进行了量化分析,当数据的热度超过系统所设置的动态阈值时,将该数据标识为待创建副本的数据；最后,为了满足特定的系统比特效率,为副本确定所需要创建的副本数目,并以一种负载均衡的方式将所创建的副本放置到系统中的恰当位置。实验和理论分析表明,所提出的数据副本复制策略在仅仅需要少量数据副本的情况下,极大的提高了云数据中心的可用性,改善了系统的任务成功执行率,满足了系统的高可用要求。(3)在高能效问题方面,提出了一种多维能量消耗M2EC模型。首先,分析了在云计算环境中能量消耗和服务级目标SLOs之间的量化关系,得出了实现绿色服务级目标的基本条件；其次,通过多维性能指标,如：能量消耗、碳排放量、健康因素、经济因素和可持续性因素,实现了对绿云计算的量化,通过组合多维性能指标,得出一个云计算环境的绿云度；再次,通过FIFO算法和M2EC算法实现对绿云环境中虚拟机资源的调度,同时,对在线迁移成本进行了量化分析,有效的管理了虚拟机的迁移,实现了绿云度的最小化,满足了绿色服务级目标；最后,在大规模数据中心中,通过M2EC算法有效的调度虚拟机资源,评测了相应的绿云服务级目标。实验和理论分析表明,该算法具有高效的绿色增强能力,以及显著的能量节省能力,在云计算环境中可以高效率的实现对绿色性能和服务级目标之间的权衡,满足了系统的高能效要求。(4)在高可信赖问题方面,提出了一种云计算环境可信赖模型。首先,给出了云计算环境中的可信赖性的定义,并通过一系列可信赖性属性实现对可信赖性的量化；其次,系统的分析了在各种情况下,实现可信赖性的理论水平；最后,提出了一种通过使用虚拟化技术,增强云计算环境中系统可信赖性的一般理论方法。系统的理论分析表明,高可信赖性的云计算环境可以通过增加虚拟机数目以及每台虚拟机节点的可信赖性得以实现,并且,为了达到所需要的系统可信赖性要求,最小数目的虚拟机节点在理论上是可以确定的,从而满足系统的高可信赖要求。(5)在高可信任问题方面,提出了一种多角度、多阶段的云计算环境信任模型。首先,根据信任实体间关于特定内容的交互历史实现对信任的度量；其次,通过分析信任信息的相似性、受欢迎性、活跃性以及信任实体间的协作关系,挖掘出恶意推荐信任信息,提高推荐信任信息的准确性；再次,建模一个多角度空间衰减的推荐信任信息评价方法,以及一个多阶段时间衰减的直接信任信息评价方法；最后,根据信任实体间的交互历史和交互内容,实现对信任度的动态、高效、自适应的管理。实验和理论分析表明,该算法能够高效的检查出恶意信任信息,准确及时的反应实体间的信任关系,满足了云计算环境的高可信任要求。