云計(jì)算技術(shù)及其前景展望

山東省招遠(yuǎn)廣播電視臺(tái) 柳會(huì)松

一、引言

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和IT技術(shù)的迅猛發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)需要處理的數(shù)據(jù)量以爆炸式的速度增長(zhǎng)，并且對(duì)數(shù)據(jù)的處理能力提出了更高的要求。計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力已經(jīng)達(dá)不到人們的期望值，網(wǎng)絡(luò)資源的供需關(guān)系出現(xiàn)不均衡狀態(tài)，一些應(yīng)用需要大量的網(wǎng)絡(luò)資源，相反還有大量的網(wǎng)絡(luò)資源處于閑置狀態(tài)。鑒于此，網(wǎng)絡(luò)資源的整合、優(yōu)化是網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的必然選擇，而這一發(fā)展的產(chǎn)物便是云計(jì)算（Cloud Computing）。云計(jì)算作為一種新型的計(jì)算模式為數(shù)據(jù)計(jì)算和存儲(chǔ)管理提供了虛擬資源空間和超強(qiáng)的計(jì)算能力，可使用戶廉價(jià)、高效、靈活地享受服務(wù)。

二、云計(jì)算簡(jiǎn)介

自云計(jì)算的概念提出以來(lái)，有關(guān)云計(jì)算的定義一直是百家爭(zhēng)鳴。這足以表明云計(jì)算具有豐富的內(nèi)涵，也說(shuō)明專家和學(xué)者們對(duì)它的重視。

從應(yīng)用方面來(lái)定義：云計(jì)算既不是單純的計(jì)算，又不是單純的技術(shù)，而是一個(gè)在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上把所有軟硬件資源整合優(yōu)化，充分利用和調(diào)動(dòng)這些數(shù)據(jù)資源，通過(guò)組建一種新型的服務(wù)模式為人們提供各種不同層面、不同需求的廉價(jià)、高效的智能化服務(wù)，可以理解為云計(jì)算就是服務(wù)。

從技術(shù)方面來(lái)定義：云計(jì)算是傳統(tǒng)計(jì)算（網(wǎng)格計(jì)算、分布式計(jì)算、并行計(jì)算、效用計(jì)算）和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)、虛擬化、負(fù)載均衡等）發(fā)展融合的產(chǎn)物，是一種新興的商業(yè)計(jì)算模型。

中國(guó)電子學(xué)會(huì)云計(jì)算專家委員會(huì)在2010年發(fā)布的《云計(jì)算白皮書(shū)（概要）》指出，云計(jì)算是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的、大眾參與的計(jì)算模式，其計(jì)算資源（包括計(jì)算能力、存儲(chǔ)能力、交互能力等）是動(dòng)態(tài)、可伸縮的、被虛擬化的，且以服務(wù)的方式提供。這種新型的計(jì)算資源組織、分配和使用方式，有利于合理配置計(jì)算資源并提高其利用率，促進(jìn)節(jié)能減排，實(shí)現(xiàn)綠色計(jì)算。由于資源是在互聯(lián)網(wǎng)上，而在計(jì)算機(jī)流程圖中，互聯(lián)網(wǎng)常以一個(gè)云狀圖案來(lái)表示，因此可以形象地類比為去計(jì)算。

三、云計(jì)算架構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)

1.云計(jì)算架構(gòu)

物理資源層包括計(jì)算機(jī)、存儲(chǔ)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)施、數(shù)據(jù)庫(kù)和軟件等。

資源池層通過(guò)虛擬化技術(shù)在一個(gè)物理服務(wù)器上生成多個(gè)虛擬機(jī)，并在這些虛擬機(jī)之間實(shí)現(xiàn)全面的隔離，以便為基礎(chǔ)設(shè)施層的多租戶服務(wù)。資源池層的作用是物理資源的集成和管理，給中間件層或用戶準(zhǔn)備其所需的計(jì)算和存儲(chǔ)等資源，使資源能夠高效、安全的為應(yīng)用提供服務(wù)。

云計(jì)算的管理中間件負(fù)責(zé)資源管理、任務(wù)管理、用戶管理和安全管理等工作。中間件在資源池層所提供資源的基礎(chǔ)上，提供多種服務(wù)，如緩存服務(wù)和REST服務(wù)等。這些服務(wù)既可用于支撐SOA構(gòu)建層，也可以直接讓用戶調(diào)用。

SOA構(gòu)建層將云計(jì)算能力封裝成標(biāo)準(zhǔn)的Web Services服務(wù)，并納入到SOA體系進(jìn)行管理和使用，包括報(bào)務(wù)注冊(cè)、查找、訪問(wèn)和構(gòu)建服務(wù)工作流等?？梢园裇OA看作是模塊化的組件，每個(gè)模塊可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的功能，不同模塊之間的結(jié)合則可以提供不同的服務(wù)，模塊之間的接口遵循統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，可以實(shí)現(xiàn)低成本的重構(gòu)和重組。

2.云計(jì)算的關(guān)鍵技術(shù)

（1）虛擬化技術(shù)

虛擬化技術(shù)是實(shí)現(xiàn)云計(jì)算的核心技術(shù)，它可以將軟件應(yīng)用與底層硬件相隔離，是云計(jì)算依托的基礎(chǔ)，同時(shí)也是云計(jì)算區(qū)別于傳統(tǒng)計(jì)算的重要特點(diǎn)。虛擬化技術(shù)分為兩個(gè)層面：物理資源池化和資源池管理。其中物理資源池化是把物理設(shè)備由大化小，將一個(gè)物理設(shè)備虛擬為多個(gè)性能可配的最小資源單位；資源池管理是對(duì)集群中虛擬化后的最小資源單位進(jìn)行管理，根據(jù)資源的使用情況和用戶對(duì)資源的申請(qǐng)情況，按照一定的策略對(duì)資源進(jìn)行靈活分配和調(diào)度，實(shí)現(xiàn)按需分配資源。

服務(wù)器的虛擬化使一個(gè)物理服務(wù)器虛擬成若干個(gè)服務(wù)器使用。一個(gè)物理服務(wù)器上可以運(yùn)行多個(gè)虛擬服務(wù)器；一個(gè)虛擬服務(wù)器與其他虛擬服務(wù)器完全隔離，以保證良好的可靠性及安全性；將物理內(nèi)在包裝成多個(gè)虛擬的內(nèi)在，互不干擾；運(yùn)用虛擬服務(wù)器之間的快速熱遷技術(shù)，使一個(gè)故障虛擬服務(wù)器上的用戶迅速轉(zhuǎn)移到另一個(gè)正常的虛擬服務(wù)器上；利用調(diào)度和分配技術(shù)，平衡各個(gè)虛擬服務(wù)器的利用率；對(duì)多個(gè)虛擬服務(wù)器的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)生成、啟動(dòng)、停止、遷移、調(diào)度、負(fù)荷、監(jiān)控等應(yīng)當(dāng)有一個(gè)方便、易用的統(tǒng)一管理界面。

由于我國(guó)ESP教育起步較晚，ESP師資是制約我國(guó)ESP課程改革的重要因素。一方面，英語(yǔ)教師普遍缺乏專業(yè)知識(shí)；另一方面，具有專業(yè)知識(shí)的教師不具有足夠的英語(yǔ)水平從事ESP教學(xué)。結(jié)合ESP課程的教學(xué)目標(biāo)，筆者認(rèn)為，ESP教師并不需要成為相關(guān)專業(yè)的專家才能從事ESP教學(xué)，但要對(duì)專業(yè)知識(shí)具有一定的了解，且對(duì)專業(yè)發(fā)展具有敏感性，在教學(xué)過(guò)程中逐步積累相關(guān)專業(yè)知識(shí)。有學(xué)者建議：采用“教學(xué)相長(zhǎng)”方法，即通過(guò)傾聽(tīng)學(xué)生的觀點(diǎn)而了解專業(yè)知識(shí)，并運(yùn)用自己豐富的英語(yǔ)知識(shí)加入到學(xué)生的討論中去[8]。另外，進(jìn)行目標(biāo)明確的短期培訓(xùn)也是解決ESP教師專業(yè)知識(shí)缺乏的有效途徑。

（2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

云存儲(chǔ)是在云計(jì)算概念上延伸和發(fā)展出來(lái)的一個(gè)新概念，是指通過(guò)集群應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)或分布式文件系統(tǒng)等功能，將網(wǎng)絡(luò)中大量各種不同類型的存儲(chǔ)設(shè)備，通過(guò)應(yīng)用軟件集合起來(lái)、協(xié)同工作，共同對(duì)外提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和業(yè)務(wù)訪問(wèn)功能的一個(gè)系統(tǒng)。為了保證位于云中的數(shù)據(jù)具有更高的可用性及可靠性，云計(jì)算采用的是分布式的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方法。云計(jì)算系統(tǒng)需要同時(shí)滿足大量用戶的需求，并行地為大量用戶提供服務(wù)。因此，云計(jì)算的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)必須具有高吞吐率和高傳輸率的特點(diǎn)。

（3）編程模型

為了用戶能方便、自由地享受云計(jì)算帶來(lái)的服務(wù)，能利用編程模型編寫(xiě)簡(jiǎn)單的應(yīng)用程序來(lái)滿足要求，所以，云計(jì)算的編程模型應(yīng)盡量地簡(jiǎn)單易學(xué)，而MapReduce這種新興的編程模型是適合云計(jì)算的。MapReduce是由Google提出來(lái)的，用來(lái)開(kāi)發(fā)Google搜索結(jié)果分析時(shí)大量計(jì)算的并行化處理，它支持在服務(wù)器集群上的規(guī)模龐大的數(shù)據(jù)集的并行計(jì)。該模型架構(gòu)設(shè)計(jì)是受到函數(shù)式程序設(shè)計(jì)中的兩個(gè)常用Map（映射）函數(shù)和Reduce（化簡(jiǎn)）函數(shù)的啟發(fā)，首先通過(guò)Map將數(shù)據(jù)分割成不相關(guān)的區(qū)塊，調(diào)配給網(wǎng)絡(luò)上的多個(gè)計(jì)算機(jī)來(lái)處理，以便實(shí)現(xiàn)分布式的運(yùn)算效果，然后通過(guò)Reduce將多個(gè)計(jì)算機(jī)的處理結(jié)果匯總輸出。因此，用戶只需要提供自己編寫(xiě)的Map程序和Reduce程序就可以在服務(wù)器集群上進(jìn)行大量的分布式數(shù)據(jù)處理。

（4）海量數(shù)據(jù)處理

為了提高海量數(shù)據(jù)處理的效率，通常采用并行計(jì)算模型。并行計(jì)算是提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算速度和處理能力的一種有效手段，它是把云計(jì)算中被求解的具有海量數(shù)據(jù)問(wèn)題分解成若干個(gè)小問(wèn)題，每個(gè)小問(wèn)題均由一個(gè)獨(dú)立的計(jì)算資源來(lái)完成，即同時(shí)使用多種計(jì)算資源（例如多個(gè)處理器、廉價(jià)PC等）協(xié)同解決同一問(wèn)題的過(guò)程。并行化計(jì)算，利用多機(jī)的計(jì)算資源，加快了數(shù)據(jù)處理的速度。

（5）Web2.0

Web2.0是相對(duì)Web1.0的新的一類互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的統(tǒng)稱，更注重用戶的交互作用，用戶既是網(wǎng)站內(nèi)容的瀏覽者，同時(shí)也是網(wǎng)站內(nèi)容的制造者，Web2.0是以分享為特征的實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)。

（6）云計(jì)算的安全

云計(jì)算的數(shù)據(jù)存放在云端，對(duì)于數(shù)據(jù)所有者以外的的其他用戶是保密的，但是對(duì)于提供云計(jì)算的商業(yè)機(jī)構(gòu)毫無(wú)秘密可言。因此，云計(jì)算存在失、泄密的潛在風(fēng)險(xiǎn)，必須采取相應(yīng)對(duì)策。

四、云計(jì)算的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)

（1）優(yōu)化IT產(chǎn)業(yè)布局

云計(jì)算會(huì)將以往各單位（企業(yè)）自給自足、自行管理的IT運(yùn)營(yíng)模式改變?yōu)橛稍朴?jì)算提供商按需供給的模式，傳統(tǒng)的小規(guī)模數(shù)據(jù)中心將被充分考慮資源合理配置的大規(guī)模數(shù)據(jù)中心所取代，即從分散的、高耗能的作坊模式轉(zhuǎn)變?yōu)榧小⒏咝?、友好的資源使用模式，使得信息產(chǎn)業(yè)布局更加科學(xué)合理。

（2）促進(jìn)專業(yè)合理分工

云計(jì)算提供商的數(shù)據(jù)中心較之中小型數(shù)據(jù)中心更加專業(yè)，管理水平更高，成本更低。IT技術(shù)的進(jìn)步、升級(jí)、換代要比其他行業(yè)快得多，與中小型數(shù)據(jù)中心相比，云計(jì)算提供商對(duì)此投入會(huì)更多，同時(shí)，還可以提供更為完善、更加先進(jìn)的軟件，具有豐富知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的管理團(tuán)隊(duì)，以及配套的管理軟件。由此可見(jiàn)，云計(jì)算可以促進(jìn)專業(yè)分工更趨于合理，進(jìn)而優(yōu)化IT產(chǎn)業(yè)格局。

（3）提高資源利用率

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心難以兼顧業(yè)務(wù)的可用性和資源的高效利用，如果出現(xiàn)突發(fā)事件則更加難以應(yīng)對(duì)，因此，不得不在兩者之間尋求一種平衡。于是，導(dǎo)致資源利用率很低。而在云計(jì)算平臺(tái)中，許多用戶共用一個(gè)資源池，通過(guò)動(dòng)態(tài)資源調(diào)度機(jī)制實(shí)現(xiàn)對(duì)資源的合理分配。與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心相比，資源利用率可以提高六十個(gè)百分點(diǎn)以上，優(yōu)勢(shì)十分明顯。

（4）大幅減少前期投資

云計(jì)算將取代傳統(tǒng)的各類數(shù)據(jù)中心。這意味著各企業(yè)（用戶）無(wú)需擁有硬件和軟件支撐的數(shù)據(jù)中心，無(wú)需采集數(shù)據(jù)，無(wú)需對(duì)其維護(hù)管理，無(wú)需配備專門(mén)人才，而是直接使用“云”中的數(shù)據(jù)和各類資源。云計(jì)算的理念是“按需服務(wù)”，計(jì)價(jià)模式是“按使用量付費(fèi)”，于是，云計(jì)算平臺(tái)為用戶節(jié)省了軟硬件購(gòu)置、安裝、管理、升級(jí)以及人員等投資，用戶只是按量支付使用費(fèi)用，從而大幅度減少前期投入。

（5）更加靈活和自動(dòng)化

應(yīng)用管理的靈活、動(dòng)態(tài)、高效率和自動(dòng)化是云計(jì)算的突出特點(diǎn)。從應(yīng)用的運(yùn)行和管理來(lái)看，利用云計(jì)算平臺(tái)，能夠讓用戶體會(huì)到更高品質(zhì)的靈活性和自動(dòng)化。云計(jì)算平臺(tái)可以保證用戶在接受服務(wù)時(shí)，能夠使用最少的操作和最短的時(shí)間完成資源分配、服務(wù)配置、服務(wù)上線以及服務(wù)激活等一應(yīng)操作，當(dāng)用戶需要停用時(shí)，云計(jì)算自動(dòng)完成一系列收回操作。對(duì)資源的占用釋放操作、軟件的擇優(yōu)匹配等均是自動(dòng)完成。云計(jì)算平臺(tái)在整個(gè)用戶應(yīng)用生命周期中，全部是動(dòng)態(tài)管理，靈活支持，自動(dòng)完成，為用戶提供了更加靈活的業(yè)務(wù)管理和快捷服務(wù)。

五、云計(jì)算面臨的挑戰(zhàn)

（1）標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化問(wèn)題

目前，各個(gè)云計(jì)算平臺(tái)所使用的重要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)可能不同。這就會(huì)使得用戶利用云計(jì)算編程模型開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序很難在云計(jì)算平臺(tái)之間遷移，即不同的云計(jì)算平臺(tái)不通用，從而降低了云計(jì)算服務(wù)轉(zhuǎn)移的彈性。因此，有必要設(shè)立開(kāi)放的云計(jì)算公共標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范化的云計(jì)算服務(wù)，才能推動(dòng)云計(jì)算的健康發(fā)展，才能使用戶自由地享用云服務(wù)。

（2）數(shù)據(jù)安全性問(wèn)題

這里說(shuō)的安全不是質(zhì)疑云計(jì)算的安全，從技術(shù)上考慮它是安全的，但是這無(wú)法打消人們的疑慮。如何保證即使是信息碎片都不外泄?如何保證云的管理者不會(huì)濫用自己的權(quán)力?如何保證不會(huì)有任何人在未經(jīng)你許可時(shí)就任意翻看你的資料?對(duì)于某些用戶來(lái)說(shuō)，信息就等同于他的全部財(cái)富，如果泄漏出去，甚至?xí)兊囊粺o(wú)所有。像這樣一些問(wèn)題都需要云計(jì)算的提供者拿出強(qiáng)有力的證據(jù)并通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的努力才能解決。

（3）網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性問(wèn)題

云服務(wù)要求網(wǎng)絡(luò)連接具有持續(xù)性。Web應(yīng)用程序的效率在帶寬不足或不良的網(wǎng)絡(luò)連接環(huán)境下會(huì)大大縮減。即使是網(wǎng)絡(luò)相當(dāng)快，由于數(shù)據(jù)資源在用戶端和服務(wù)器集群間不斷傳遞，也會(huì)導(dǎo)致Web應(yīng)用程序比桌面應(yīng)用程序反應(yīng)慢。此外，網(wǎng)絡(luò)也會(huì)受到一些外力因素的影響而出現(xiàn)故障，如何應(yīng)對(duì)這些突發(fā)情況，云計(jì)算中心如何快速恢復(fù)故障，有沒(méi)有一些備用的方案，這也是一個(gè)不得不考慮的問(wèn)題。

（4）法律法規(guī)和監(jiān)管問(wèn)題

目前，尚未有相關(guān)的國(guó)家或國(guó)際法律法規(guī)來(lái)支持和規(guī)范云計(jì)算，也缺乏一個(gè)監(jiān)管機(jī)構(gòu)來(lái)監(jiān)督管理云計(jì)算。云計(jì)算服務(wù)商和用戶之間的責(zé)任及糾紛問(wèn)題該如何規(guī)定等，都沒(méi)有明確統(tǒng)一的法律依據(jù)。

六、對(duì)云計(jì)算技術(shù)未來(lái)的展望

到目前為止，云計(jì)算技術(shù)為科研、軍事、娛樂(lè)服務(wù)、醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、天文學(xué)、地理學(xué)等行業(yè)提供著專業(yè)的數(shù)據(jù)服務(wù)，為人們提供天氣預(yù)報(bào)、在線游戲、數(shù)據(jù)檢索等服務(wù)，雖然其面臨著一定的挑戰(zhàn)，但有著廣闊的發(fā)展前景：

（1）手機(jī)云計(jì)算技術(shù)的普及。隨著手機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，手機(jī)成為人們生活中不可缺少的物品，以逐漸兼具計(jì)算機(jī)的功能，云計(jì)算技術(shù)對(duì)手機(jī)終端的要求不高，云計(jì)算技術(shù)與手機(jī)的結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地?cái)?shù)據(jù)信息的檢索和運(yùn)算，是未來(lái)云計(jì)算的發(fā)展趨勢(shì)之一。

（2）云計(jì)算作為物聯(lián)網(wǎng)后臺(tái)的支撐平臺(tái)。一方面，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展需要云計(jì)算強(qiáng)大的處理和存儲(chǔ)能力作為支撐。從量上看，物聯(lián)網(wǎng)將使用驚人的傳感器，采集到海量數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)需要通過(guò)無(wú)線傳感器、寬帶互聯(lián)網(wǎng)向某些存儲(chǔ)和處理設(shè)施匯聚，而使用云計(jì)算來(lái)承載這些任務(wù)具有非常顯著的性價(jià)比優(yōu)勢(shì)；從質(zhì)上看，使用云計(jì)算設(shè)施對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析、挖掘，可以更加迅速、準(zhǔn)確、智能地對(duì)物理世界進(jìn)行管理和控制，使人類可以更加及時(shí)、精細(xì)地管理物質(zhì)世界，從而達(dá)到“智慧”狀態(tài)，大幅提高資源利用率和社會(huì)生產(chǎn)力水平。云計(jì)算憑借其強(qiáng)大的處理能力、存儲(chǔ)能力和極高的性能價(jià)格比，很自然就會(huì)成為物聯(lián)網(wǎng)的后臺(tái)支撐平臺(tái)。另一方面，物聯(lián)網(wǎng)將成為云計(jì)算最大的用戶，將為云計(jì)算取得更大商業(yè)成功奠定基石。

（3）云計(jì)算技術(shù)和服務(wù)的融合。隨著社會(huì)的發(fā)展，云計(jì)算技術(shù)相關(guān)的軟件硬件知識(shí)以及服務(wù)性能必將密切結(jié)合，融為一體，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)為用戶提供更加高效、便捷的服務(wù)。

（4）云計(jì)算技術(shù)商業(yè)模式的普及。云計(jì)算技術(shù)為用戶提供了龐大的數(shù)據(jù)檢索能力，據(jù)調(diào)查，截止到現(xiàn)在，云計(jì)算已經(jīng)為超過(guò)80%的企業(yè)構(gòu)建數(shù)據(jù)系統(tǒng)，雖然數(shù)據(jù)驚人，但是還沒(méi)有得到大規(guī)模的運(yùn)用，沒(méi)有完全發(fā)揮出它的魅力，未來(lái)云計(jì)算技術(shù)的推廣，必須依靠商業(yè)模式的推動(dòng)。

七、結(jié)束語(yǔ)

作為一個(gè)創(chuàng)新型的技術(shù)，云計(jì)算涉及范圍廣，內(nèi)容豐富，其發(fā)展前景廣闊。但目前云計(jì)算仍有不少的問(wèn)題和應(yīng)用需求亟待解決，還存在著許多阻礙其自身發(fā)展的問(wèn)題，例如技術(shù)性問(wèn)題、管理問(wèn)題、法律法規(guī)問(wèn)題等。云計(jì)算作為一種顛覆性的新生技術(shù)，是時(shí)代發(fā)展的必然趨勢(shì)。