云計算關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用及發(fā)展

曹媛媛

(西安郵電學院經(jīng)濟與管理學院，陜西西安 710061)

云計算被認為是繼個人電腦、互聯(lián)網(wǎng)之后電子信息技術(shù)領(lǐng)域又一次重大變革，其通過虛擬化有效地聚合各類資源、通過網(wǎng)絡(luò)化按需供給資源、通過專業(yè)化提供豐富的應(yīng)用服務(wù)，這種新型的計算資源組織、分配和使用模式，有利于合理配置計算資源并提高其利用率、降低成本、促進節(jié)能減排，實現(xiàn)綠色計算。云計算發(fā)展的技術(shù)基礎(chǔ)主要包括互聯(lián)網(wǎng)、網(wǎng)格計算、虛擬化技術(shù)、服務(wù)計算，以及按需付費機制。其目標是為用戶提供基于虛擬化技術(shù)的按需服務(wù)，提供形式主要分為基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)(IaaS)，平臺即服務(wù)(PaaS)和軟件即服務(wù)(SaaS)。依據(jù)底層基礎(chǔ)設(shè)施提供者與使用者的所屬關(guān)系，云計算平臺可以分為公共云、私有云和混合云。

各國政府都十分關(guān)注云計算并推出一系列措施推動云計算的研發(fā)和應(yīng)用;全球電子信息領(lǐng)域的主要廠商都在圍繞云計算重新布局;主要互聯(lián)網(wǎng)公司紛紛通過開放平臺對外提供云計算服務(wù)，構(gòu)建生態(tài)鏈，形成新的競爭焦點;各個行業(yè)也意識到云計算的優(yōu)勢和價值，紛紛推出云計算相關(guān)應(yīng)用。

1 國內(nèi)外云計算發(fā)展

1.1 國外發(fā)展

美國政府在IT政策和戰(zhàn)略中加入了云計算因素，美國國防信息系統(tǒng)部門DISA正在其數(shù)據(jù)中心內(nèi)部搭建云環(huán)境。2009年，美國總統(tǒng)奧巴馬宣布將執(zhí)行一項影響深遠的長期性云計算政策，利用云計算技術(shù)建立聯(lián)邦政府網(wǎng)站，公開了大量政府數(shù)據(jù)，部署了醫(yī)療衛(wèi)生、稅收跟蹤、創(chuàng)新教育等應(yīng)用服務(wù)，試圖通過云計算技術(shù)降低政府信息技術(shù)運行成本，壓縮美國政府支出。美國國家標準技術(shù)研究所成立了專門的研究團隊，對云計算定義形成了一個專門文檔，并開始了一個利用開源技術(shù)建設(shè)云計算平臺的項目。

日本內(nèi)務(wù)部和通信監(jiān)管機構(gòu)計劃建立一個名為Kasumigaseki Cloud的大規(guī)模云計算基礎(chǔ)設(shè)施，以支持所有政府運作所需的信息系統(tǒng)。

英國政府計劃從簡化桌面、標準化網(wǎng)絡(luò)、合理化數(shù)據(jù)中心建設(shè)、推廣開源軟件、建立綠色IT、保障信息安全等方面入手，建立國家級云計算平臺。目前，英國政府云平臺已開始運行，超過2/3的英國企業(yè)開始使用云計算服務(wù)。

新加坡、印度政府也紛紛開始實施其云計算發(fā)展戰(zhàn)略。國際知名IT企業(yè)把云計算作為引領(lǐng)下一輪信息技術(shù)創(chuàng)新的重要產(chǎn)業(yè)機遇，紛紛投入巨資進行前沿技術(shù)研發(fā)和標準研究，希望在云計算領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位。Google、IBM、微軟、雅虎和亞馬遜等企業(yè)利用彈性資源分配、綠色節(jié)能、海量數(shù)據(jù)處理等技術(shù)建立公共云平臺，為用戶提供靈活快捷高校的云計算服務(wù)。

Google公司有一套專屬的云計算平臺，這個平臺先是為Google最重要的搜索應(yīng)用提供服務(wù)，現(xiàn)在已經(jīng)擴展到其它應(yīng)用程序。IBM的藍云計算平臺是一套軟、硬件平臺，將Internet上使用的技術(shù)擴展到企業(yè)平臺上，使得數(shù)據(jù)中心使用類似于互聯(lián)網(wǎng)的計算環(huán)境。亞馬遜彈性計算云用戶使用客戶端通過SOAP over HTTPS協(xié)議與亞馬遜彈性計算云內(nèi)部的實例進行交互，這樣彈性計算云平臺為用戶或者開發(fā)人員提供了一個虛擬的集群環(huán)境。微軟推出了面向PaaS的Windows Azure操作系統(tǒng)。雅虎則開發(fā)并應(yīng)用了MapReduce的開源版本Hadoop。

1.2 國內(nèi)的發(fā)展

我國政府高度重視云計算及其發(fā)展趨勢，將云計算視為下一代信息技術(shù)的重要內(nèi)容，促進云計算的研發(fā)和示范應(yīng)用。2010年10月18日，國家發(fā)改委、工信部聯(lián)合發(fā)文通知，要求加強我國云計算創(chuàng)新發(fā)展頂層設(shè)計和科學布局，并確定在北京、上海、深圳、杭州、無錫等五個城市先行開展云計算服務(wù)創(chuàng)新發(fā)展試點示范工作。各地也紛紛展開自己的云計劃。2008年，IBM在中國無錫建立第一個云計算中心，2009年，阿里巴巴在南京建立云計算中心。2010年，黑龍江省在哈爾濱啟動中國云谷建設(shè)項目，即云計算技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈，發(fā)展高端服務(wù)業(yè)，形成未來3年百億規(guī)模的新興產(chǎn)業(yè)。北京市祥云工程列入十二五產(chǎn)業(yè)規(guī)劃，力爭到2015年，形成500億元產(chǎn)業(yè)規(guī)模，成為世界級的云計算產(chǎn)業(yè)基地。上海發(fā)布云海計劃，擬打造亞太地區(qū)的云計算中心。今年，廣東省推出珠三角聯(lián)云計劃，還將在東莞、惠州布局云計算，欲打造百億產(chǎn)業(yè)基地。在西部地區(qū)，成都市政府與曙光公司簽署合作協(xié)議，由曙光公司投資3.5個億建設(shè)成都云計算中心，目前已完成一期工程建設(shè)。重慶市在主城區(qū)商務(wù)之窗的北部新區(qū)將創(chuàng)立西部首個集軟件、硬件、網(wǎng)絡(luò)等服務(wù)為一體的云計算公共信息平臺。

與此同時，我國電子信息領(lǐng)域的先導(dǎo)研究機構(gòu)和企業(yè)在云計算核心技術(shù)研發(fā)、應(yīng)用解決方案以及服務(wù)模式創(chuàng)新方面也展開了相關(guān)的研究，并取得了一系列重要進展。世紀互聯(lián)推出了CloudEx產(chǎn)品線，包括完整的互聯(lián)網(wǎng)主機服務(wù)CloudEx Computing Service，基于在線存儲虛擬化的CloudEx Storage Service，供個人及企業(yè)進行互聯(lián)網(wǎng)云端備份的數(shù)據(jù)保全服務(wù)等等系列互聯(lián)網(wǎng)云計算服務(wù);百度公司提出了框計算的服務(wù)模式，為用戶提供即搜即得、即搜即用簡單可依賴的信息需求服務(wù)模式及服務(wù)平臺;騰訊公司提出虛擬物品銷售和管理模式，構(gòu)建新的一站式在線生活互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)模式;中國移動研究院在云計算的探索起步較早，已經(jīng)完成了云計算中心試驗;廣東電子工業(yè)研究院與東莞松山湖科技產(chǎn)業(yè)園管委會將在東莞松山湖投資2億元建立云計算平臺;瑞星、金山、360等國內(nèi)網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域的知名企業(yè)都紛紛推出了云安全解決方案。2010年11月29日，由賽迪顧問推出的中國首個《中國云計算產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書》正式發(fā)布，預(yù)測到2012年，中國云計算市場規(guī)模將達到606億元。

2 云計算產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢

2.1 信息產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的著力點

云計算市場將保持高速增長態(tài)勢。一方面，中國擁有世界上數(shù)量最多的中小企業(yè)，對于這些處在成長期的中小企業(yè)而言，自己投資建立數(shù)據(jù)中心的投資回報率較低，并且很難與業(yè)務(wù)的快速成長匹配，而云計算的租用模式正好為這些中小企業(yè)提供了合適的解決方案;另一方面，眾多的服務(wù)器、存儲硬件廠商以及軟件與服務(wù)廠商都希望通過云計算平臺將自己的產(chǎn)品與解決方案推廣到政府和企業(yè)用戶中，以便未來能獲得更多的市場機會。隨著云計算生態(tài)鏈構(gòu)建的逐步成熟，相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈主體將努力在這一輪IT浪潮中尋找自身的優(yōu)勢位置，加速自身業(yè)務(wù)優(yōu)化升級，助推整體IT產(chǎn)業(yè)的跨越式增長。

2.2 整合產(chǎn)業(yè)鏈上中下游企業(yè)

云計算產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展環(huán)環(huán)相扣，如同一個“金字塔”模型，從國內(nèi)市場目前的情況來看，不同企業(yè)在金字塔的不同級別均有動作:處于金字塔基座位置的是基礎(chǔ)設(shè)施層，能夠提供計算、存儲、帶寬等按需的IaaS云基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)，這是所有應(yīng)用和平臺的基礎(chǔ)，也是云計算技術(shù)實力的集中體現(xiàn);基于基礎(chǔ)設(shè)施之上的是為應(yīng)用開發(fā)提供接口和軟件運行環(huán)境的平臺層的PaaS服務(wù);處于金字塔頂端的是應(yīng)用層，提供在線的軟件服務(wù)即SaaS服務(wù)。金字塔的3個層面合起來構(gòu)成了一條完整的云計算產(chǎn)業(yè)鏈，隨著國內(nèi)云計算應(yīng)用市場的進一步發(fā)展與成熟，產(chǎn)業(yè)鏈上中下游企業(yè)整合的趨勢將更加明顯。

從云計算產(chǎn)業(yè)的發(fā)展特點來看，還需要注意:(1)云計算是以用戶服務(wù)為中心的，需要面向應(yīng)用針對不同行業(yè)建立云計算服務(wù)平臺。(2)云計算服務(wù)的應(yīng)用推廣要注重應(yīng)用模式的研究，以獲得較好的投資效益。(3)要注重與相關(guān)技術(shù)，如高性能計算等，協(xié)同發(fā)展。

3 云計算應(yīng)用重點領(lǐng)域

隨著國內(nèi)外云計算技術(shù)及應(yīng)用的不斷發(fā)展，云計算已經(jīng)走過概念形成階段，相關(guān)技術(shù)日趨走向成熟，正進入實際應(yīng)用部署和運營階段。未來幾年，云計算應(yīng)用將以政府、高端裝備制造、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、教育科技、現(xiàn)代信息服務(wù)、石油石化、醫(yī)療等行業(yè)為重點，形成包括云計算中心服務(wù)提供商、云平臺運營服務(wù)提供商、云計算應(yīng)用服務(wù)提供商和用戶在內(nèi)的產(chǎn)業(yè)鏈與生態(tài)系統(tǒng)。

(1)政府。政府不僅是云計算重要應(yīng)用領(lǐng)域，更是重要的市場啟動力量，政府的推動可以促進云計算產(chǎn)業(yè)跨越式發(fā)展。各地政府將結(jié)合當?shù)禺a(chǎn)業(yè)規(guī)劃，積極建立云計算產(chǎn)業(yè)發(fā)展與創(chuàng)新基地，通過政府資金支持大力培育云計算技術(shù)服務(wù)廠商，建立面向城市管理、產(chǎn)業(yè)發(fā)展、電子政務(wù)、中小企業(yè)服務(wù)等領(lǐng)域的云計算示范平臺，推動國內(nèi)IT廠商向云計算服務(wù)商轉(zhuǎn)型，并引導(dǎo)云計算技術(shù)和服務(wù)廠商向產(chǎn)業(yè)基地集聚，形成合力參與全球云計算產(chǎn)業(yè)競爭。

(2)電信。依托云計算，電信運營商將借勢發(fā)力，對內(nèi)進行業(yè)務(wù)系統(tǒng)IT資源整合，提升內(nèi)部IT資源的利用率和管理水平，降低業(yè)務(wù)的提供成本;對外通過云計算構(gòu)建新興商業(yè)模式的基礎(chǔ)資源平臺，提供公用IT服務(wù)，提升傳統(tǒng)電信經(jīng)濟的效率，加速電信運營商平臺化趨勢與產(chǎn)業(yè)鏈的整合趨勢，并在應(yīng)用層面推動云計算的落地。

4 云計算關(guān)鍵技術(shù)

4.1 云平臺服務(wù)優(yōu)化管理技術(shù)

服務(wù)優(yōu)化管理是提高云平臺服務(wù)質(zhì)量和平臺性能的關(guān)鍵問題。其關(guān)鍵技術(shù)包括:云服務(wù)資源管理，研究物理機、虛擬機與虛擬集群的按需管理和分區(qū)隔離機制;云任務(wù)管理，研究云計算任務(wù)的分類、高校調(diào)度、負載平衡、功耗管理與容錯等;云數(shù)據(jù)管理，研究大規(guī)模結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化和多媒體數(shù)據(jù)的建模、組織、存儲、操縱、檢索、備份和保護以及數(shù)據(jù)服務(wù)技術(shù);應(yīng)用行為分析與系統(tǒng)評測，研究云計算負載刻畫、云任務(wù)運行監(jiān)控與云系統(tǒng)評測的度量方法和基準程序集合;云安全及隱私保護，研究支持不同用戶的功能、性能和故障隔離，支持用戶身份和用戶數(shù)據(jù)的隱私保護，提供政府監(jiān)管接口等。

4.2 云計算應(yīng)用構(gòu)建與集成技術(shù)

云計算應(yīng)用構(gòu)建與集成技術(shù)是為行業(yè)用戶提供服務(wù)的關(guān)鍵問題。關(guān)鍵技術(shù)包括應(yīng)用服務(wù)化、應(yīng)用虛擬化、應(yīng)用服務(wù)集成技術(shù)。應(yīng)用服務(wù)化依托于軟件即服務(wù)，研究云計算環(huán)境中應(yīng)用服務(wù)的按需服務(wù)理論模型，應(yīng)用服務(wù)創(chuàng)建、部署、調(diào)度與執(zhí)行，應(yīng)用數(shù)據(jù)的放置、備份、傳輸、調(diào)度的策略及優(yōu)化方法，應(yīng)用服務(wù)的監(jiān)控方法等關(guān)鍵技術(shù);應(yīng)用虛擬化，為應(yīng)用軟件提供了一個虛擬的運行環(huán)境，使得服務(wù)化的應(yīng)用可以運行在任何共享的計算資源上。主要研究虛擬應(yīng)用裝置的創(chuàng)建、發(fā)布、按需傳輸、隔離技術(shù)和虛擬應(yīng)用裝置的運行平臺;應(yīng)用服務(wù)集成通過把多家應(yīng)用服務(wù)提供方聯(lián)合在一起來為客戶提供完整的服務(wù)。主要研究應(yīng)用集成架構(gòu)，基于瀏覽器的應(yīng)用集成方法，通用的云計算應(yīng)用服務(wù)總線技術(shù)。

4.3 云計算應(yīng)用系統(tǒng)持續(xù)運行技術(shù)

為了支持企業(yè)的關(guān)鍵業(yè)務(wù)，云計算平臺應(yīng)用系統(tǒng)的持續(xù)運行是基本需求，因此需要研究云計算應(yīng)用系統(tǒng)的持續(xù)運行技術(shù)，主要研究:云計算平臺物理資源和虛擬化資源的動態(tài)監(jiān)控技術(shù)、云計算平臺服務(wù)監(jiān)控技術(shù)、云計算應(yīng)用和用戶活動的監(jiān)控技術(shù);基于監(jiān)控的故障預(yù)測、異常處理、容錯及恢復(fù)機制，軟件服務(wù)無縫遷移技術(shù)等;計算系統(tǒng)持續(xù)運行技術(shù)，研究云計算平臺中虛擬機的出錯遷移機制、虛擬化集群的容錯機制、虛擬機安全機制等。

4.4 云計算多模式客戶端技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)時代的計算以數(shù)據(jù)、用戶和服務(wù)為3大中心，云端共存、云端互動是未來計算架構(gòu)發(fā)展趨勢。云客戶端既包括傳統(tǒng)的PC、筆記本，也包括手機、PDA、汽車移動終端和家電終端等智能移動終端設(shè)備。因此，需要研究云計算多模式客戶端技術(shù)。主要研究多種形態(tài)的云客戶端接入技術(shù)、多模式客戶端云服務(wù)環(huán)境。面向云計算典型行業(yè)應(yīng)用需求，需要研制多種形態(tài)、支持三網(wǎng)融合的輕量級云客戶端接入技術(shù)，為用戶提供簡單易用的云計算服務(wù);面向典型行業(yè)應(yīng)用眾多用戶的個性化需求，研究多模式的客戶端自適應(yīng)云服務(wù)軟件環(huán)境。

5 應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)發(fā)展展望

在云應(yīng)用模式下，通過硬件虛擬化部署、信息集約化共享和系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用，可以幫助應(yīng)用企業(yè)有效降低信息化項目開發(fā)投資與技術(shù)運維成本。從云計算發(fā)展趨勢來看，云應(yīng)用最大的價值還在于能夠升級信息化架構(gòu)、創(chuàng)造新的IT運營管理模式，以平臺化的信息服務(wù)手段，最大限度的滿足各類IT用戶的信息化需求。另外，從創(chuàng)新的角度來看，在當今的全球競爭市場中，企業(yè)只有不斷創(chuàng)新才能更好地發(fā)揮和保持自身的優(yōu)勢。云計算服務(wù)可以使得創(chuàng)新人員不被繁瑣的流程、規(guī)則以及資源限制所束縛，全神貫注于工作，從而促進創(chuàng)新。因此，云計算的應(yīng)用已成為不容置疑的大勢所趨。

經(jīng)過多年的建設(shè)，我國的信息產(chǎn)業(yè)已取得了長足的發(fā)展，但云計算領(lǐng)域的發(fā)展仍相對滯后。一方面，由于以往缺乏引領(lǐng)，導(dǎo)致我國各地區(qū)、行業(yè)和部門的信息服務(wù)計算系統(tǒng)布局不合理，難以有效地滿足新興信息服務(wù)模式高速發(fā)展帶來的巨大計算和存儲需求;另一方面，由于國外企業(yè)對云計算核心技術(shù)、基礎(chǔ)設(shè)施核心部件的壟斷，以及國內(nèi)只有少數(shù)企業(yè)從事云計算基礎(chǔ)技術(shù)研發(fā)的現(xiàn)實所限，導(dǎo)致我國云計算產(chǎn)業(yè)化程度不高，各企業(yè)信息溝通不暢，與業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)度較低。

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