云计算的出现开启了第三次IT革命，随着云计算技术的成熟，越来越多的用户开始接触并使用云服务，云计算正在深刻地改变了人们获取信息和软、硬件资源的方式。云计算产业的健康快速发展，需要云计算产业链中位于不同环节的企业共同合作，通过搭建生态圈的方式为用户提供云服务。云服务提供商在云计算产业链中扮有重要角色，云服务提供商可以通过合作、优势互补，为用户提供更加优质的服务。云服务提供商形成联盟后面临的一个关键问题就是收益分配。基于此本文利用合作博弈研究了云服务提供商的合作行为，并给出了收益分配方案。首先，构建了内部需求固定的云服务提供商合作博弈模型，证明了合作博弈的超可加性，分析了该合作博弈的核心非空性，并从不同的角度给出了四种收益分配方案：核心、Shapley值、Owen值和一致许可值。然后，通过分析云服务提供商内部需求的不稳定性，构建了内部需求随机的云服务提供商合作博弈模型，分析该合作博弈的超可加性和核心非空性，给出了收益分配方案，并在考虑联盟成本的情况下分析了云联盟的稳定性。最后，分析了亚马逊、Rackspace和微软三大IaaS服务提供商的发展瓶颈，进而提出了其合作的必要性以及合作后面临的收益分配问题。利用数值实验研究了云服务提供商的合作博弈，通过计算发现云服务提供商合作后的收益大于其单独提供服务时的收益，这为云服务提供商的合作提供了理论基础，通过分析不同的收益分配方案，可以为云服务提供商形成联盟后制定收益分配策略提供参考。