論云計算的服務質(zhì)量

黎春蘭　鄧仲華

摘 要：云計算服務質(zhì)量是用戶使用云計算服務的總體效果，這些效果決定了一個用戶對該云計算服務的滿意程度。文章結(jié)合用戶、提供商以及服務前后的角度，從用戶需求和用戶感知、提供商提供和提供商實現(xiàn)云計算服務質(zhì)量等四個視角及其關(guān)系來分析云計算服務質(zhì)量，討論提供商們從用戶的角度制定服務等級協(xié)議，確保用戶在使用云計算服務前明確該服務所能提供的性能水平和質(zhì)量等級，有利于用戶形成對服務質(zhì)量合理的期望，有助于保證用戶對云計算服務質(zhì)量的感知，提高用戶的滿意度和忠誠度。

關(guān)鍵詞：云計算 云服務 云計算服務質(zhì)量 視角

中圖分類號： G250.7文獻標識碼： Ａ 文章編號： 1003-69３８（２０12）０4－0001-05

1 引言

云計算只有以服務的形式將其特征和優(yōu)勢展現(xiàn)出來，用戶才可以感知其存在，這也是其自身價值得以實現(xiàn)的形式。云計算技術(shù)將其自身展現(xiàn)給用戶的具體實現(xiàn)形式稱為云計算服務（簡稱云服務）。云計算環(huán)境下，用戶可通過鏈接的網(wǎng)絡，根據(jù)自己的需要隨時隨地選擇不同的服務內(nèi)容和服務形式。然而，云服務并不是唯一的，也不總是免費的。對云服務提供商來說，為搶占云服務這個肥沃的領(lǐng)域，他們以不同的云服務內(nèi)容和形式進行著激烈的競爭。Amazon、Google、Microsoft、IBM、Sun、HP和Salesforce等IT商均推出了不同的云服務，如托管虛擬服務器服務（Linux或Windows）、托管應用程序服務（CRM或Messaging報文發(fā)送）、托管數(shù)據(jù)服務等。對用戶來說，琳瑯滿目的云服務可以滿足用戶隨時按需使用的需求。但用戶訪問云服務會受到各種因素的制約，如用戶需求以及必須支付的費用和自身有限的預算，用戶會平衡成本支出與所獲得的服務質(zhì)量水平，選擇性價最好的云服務及其提供商。提供商為保留現(xiàn)有的客戶、吸引新客戶，必須保證云計算的服務質(zhì)量（Quality of Services，QoS），才能從云計算市場中獲得收益。為此，提供商們將服務等級協(xié)議（Service Level Agreements，SLA）的思想引入云服務領(lǐng)域，制定各自的云SLA，以保證云服務的質(zhì)量。如Microsoft Azure云平臺服務制定了系列SLAs，從Storage、Compute、SQL、AppFabric和CDN等方面來明確服務雙方的職責與義務；Amazon S3存儲服務制定了Amazon S3 SLA，從功能、可靠性和價格等方面來明確其存儲服務；Google Apps制定了Google Apps SLA，明確了Apps產(chǎn)品提供的服務等級及違例的情況。各種云SLA的實施，使云SLA成為目前云提供商們保證QoS的重要手段。據(jù)調(diào)查顯示，注重服務質(zhì)量、用SLA來保證服務質(zhì)量的云計算企業(yè)中，Amazon、Google Apps和Microsoft Azure在美國的云計算市場滲透率分別為44%、28%和23%［1］，吸引了較多的用戶，在云計算市場中具有相對較強的競爭力。因此，提高云服務的質(zhì)量有助于云服務提供商們獲得用戶的滿意度，有助于加強用戶和提供商間的長期合作關(guān)系，有助于提供商建立服務品牌的形象，獲得市場份額。追求以用戶的滿意為目的的服務質(zhì)量，是企業(yè)獲得和保持競爭優(yōu)勢的關(guān)鍵因素。

2 云計算服務質(zhì)量的定義

ISO（國際標準化組織）定義質(zhì)量（Quality）是“一個實體特性的總和，這些特性影響其滿足用戶顯性和隱性需求的能力”［2］。顯然，這個定義是從用戶的角度出發(fā)，衡量實體的特性滿足用戶需求的程度。其中，這些特性（Characteristics）應該是可觀察的或可測量的。只有可觀察或可測量的特性，才能被用戶感知，才能衡量其實現(xiàn)的程度。特性在經(jīng)過定義以后將成為衡量質(zhì)量可量化的標準和參數(shù)。由于不同用戶的知識水平、認識觀念等不同，導致使用實體的方式和行為等具有差異性，因此，同一質(zhì)量的實體經(jīng)過用戶使用后，給予用戶的質(zhì)量感知是具有差異性的。同理，將衡量質(zhì)量的實體擴展到非實體的服務中，描述這些服務滿足用戶需求的能力，即服務質(zhì)量（QoS）。ITU（國際電信聯(lián)盟）定義QoS為“使用服務的總體效果，這些效果決定了一個用戶對這項服務的滿意程度”［3］。

本文根據(jù)ITU的QoS定義，將云計算的服務質(zhì)量定義為“用戶使用云計算服務的總體效果，這些效果決定了一個用戶對該云計算服務的滿意程度。”

云計算的服務質(zhì)量包含著質(zhì)量的一般性質(zhì)，如從用戶角度的質(zhì)量差異性、可觀察性、可測量性及具有顯性和隱性的用戶需求等。對用戶來說，與其他非實體的服務一樣，云服務的內(nèi)容和形式多，用戶選擇服務及服務提供商的彈性大，動態(tài)變化快。導致某云服務的用戶動態(tài)變化的原因是用戶對云服務的滿意度。而決定用戶滿意度的關(guān)鍵是用戶對云計算服務質(zhì)量的預期及其感知。當用戶對云計算服務質(zhì)量的感知達到或超出預期時，用戶就感到滿意，他們對該服務的忠誠度就越高，其動態(tài)變化的可能性就越小。反之，如果用戶對這項服務感到不滿意，他們必然會將服務的需求轉(zhuǎn)向其他同類的服務，對該服務的忠誠度降低，用戶動態(tài)變化的特征就明顯。

用戶形成云計算服務的需求和期望之后，選擇提供商及相應服務時，會參考不同提供商的云服務能力以及他們的價格，盡量在需求、期望和成本支出間達到平衡。因此，對提供商來說，云計算的服務質(zhì)量是他們從技術(shù)角度和客戶滿意度角度來衡量服務性能的一個重要手段。提供商能提供不同的服務質(zhì)量以及最終實現(xiàn)的不同服務質(zhì)量，意味著不同的服務種類及服務等級，有助于滿足不同用戶不同級別的服務需求。

對云服務提供商來說，其可以提供的服務質(zhì)量以及其實際實現(xiàn)的服務質(zhì)量會存在一定的差異性。導致這種差異性的原因包括云服務提供商觀點的改變、地域的差異、季節(jié)的差異、規(guī)模的差異、管理能力的差異等。

因此，對云計算服務質(zhì)量的理解，需包括用戶方面需求的服務質(zhì)量和感知的服務質(zhì)量以及提供商方面的提供服務質(zhì)量的能力和實現(xiàn)服務質(zhì)量的能力。這四個方面也就是理解云計算服務質(zhì)量的四個視角。

3 云計算服務質(zhì)量的四個視角

結(jié)合用戶、提供商以及服務前后的角度，即用戶使用云服務的前后、提供商云服務的前后，可以得出云計算服務質(zhì)量四個視角的關(guān)系（見圖1）。

[圖1 QoS的四個視角［４］]

其中，用戶的QoS需求為用戶使用云服務前的需求，用戶感知的QoS是用戶使用云服務后的感知；提供商提供的QoS是提供商提供云服務前的綜合能力，提供商實現(xiàn)的QoS是提供商提供云服務后的實際能力。

3.1 用戶需求的云計算服務質(zhì)量

用戶需求的云計算服務質(zhì)量（QoS requirements of user/customer，QoSR）是有關(guān)用戶需要的云計算服務質(zhì)量水平的表述，表明用戶對某特殊服務的質(zhì)量需求的程度，一般來說，用戶不會關(guān)心服務提供和設計的細節(jié)問題，他們只關(guān)心他們使用服務的效果和質(zhì)量。從用戶的角度來看，QoS只與用戶感知的效果有關(guān)，用戶不會去關(guān)心服務內(nèi)部影響效果的因素，更不會依賴服務的設計來定義自己的QoS需求。在描述對服務質(zhì)量的需求時，用戶的這些表述很可能是用非技術(shù)性、非專業(yè)的詞語來表達的。能使用專業(yè)描述性術(shù)語來描述服務的用戶很少，但他們的描述表達了他們對服務的需求，這些需求對提供商來說是極其重要的。提供商必須從用戶的角度來考慮和設計服務的方方面面，作為提供服務的依據(jù)。他們根據(jù)自己所獲得的用戶對QoS需求的描述，劃分用戶需求的優(yōu)先次序，并將需求轉(zhuǎn)化成為相對獨立的業(yè)務術(shù)語，創(chuàng)建一種可以被雙方理解的共同語言，定義用戶的QoS需求，并向用戶作出保證QoS的承諾，其承諾的文檔形式如SLA或其他合同的形式。

3.2 提供商提供的云計算服務質(zhì)量

提供商提供的云計算服務質(zhì)量（QoS offered by provider，QoSO）是有關(guān)提供商計劃向客戶提供的質(zhì)量水平的表述，是用與具體云服務有關(guān)的衡量參數(shù)的目標值或范圍表述的、提供商計劃實現(xiàn)并向用戶提供的QoS水平。

QoSO描述了提供商期望提供給用戶的質(zhì)量水平，其質(zhì)量水平可以用一些指定的QoS參數(shù)值來表示，記錄在規(guī)定的文檔中，如云計算的SLA就是用QoS參數(shù)值（可用性）來描述云服務QoSO的基本文檔形式。每項服務都有自己的QoS參數(shù)集，不同服務的QoS參數(shù)集的元素不同，其目標值、范圍或水平也有差異。正如前QoSR所述，用戶對業(yè)務專業(yè)的、技術(shù)性的術(shù)語并不十分了解，如果QoSO一味使用提供商的業(yè)務術(shù)語來表述，用戶就會很難理解和選擇。為了使服務雙方都能共同理解服務的內(nèi)容、形式和預期的服務質(zhì)量等，使服務能更好地開展下去，提供商應為QoS準備至少兩種形式的QoSO。一種是給用戶使用的QoSO，采用非技術(shù)性的、非專業(yè)的、能被用戶所理解的語言；另一種是供提供商內(nèi)部使用的QoSO，采用技術(shù)性的、專業(yè)性的術(shù)語，有利于準確地定義各項業(yè)務活動，便于服務的提供和實施。

QoSO可以被用在計劃文檔中，特別是那些衡量/評價系統(tǒng)，也可以用上面提到的SLA的基本形式來表述。如，從用戶利益的角度出發(fā)，在SLA中描述“每年計劃提供的基本云存儲服務的可用性高達99.95%，任何情況下，一年內(nèi)都不出現(xiàn)超過3次的中斷服務，總時間不超過15分鐘。”

3.3 提供商實現(xiàn)的云計算服務質(zhì)量

提供商實現(xiàn)的云計算服務質(zhì)量（QoS delivered/achieved by provider，QoSD）是有關(guān)提供商實際上為客戶實現(xiàn)的或提供的QoS水平的表述，是提供商實際交付給用戶的服務所達到的質(zhì)量水平。這里需要注意的是，用戶和提供商均能影響所實現(xiàn)的QoS。對提供商來說，可能由于其技術(shù)水平或人員水平等因素，影響其所承諾的QoS，使實際交付給用戶使用的QoS達不到或超出當初計劃的水平。對用戶來說，由于實際使用中的復雜因素的影響，使其實際消費的QoS水平低于或超過計劃需求的QoS水平。

當然，與QoSO一樣，QoSD也可用一些指定的參數(shù)及其數(shù)值來表示，這些參數(shù)就可以作為衡量實際實現(xiàn)的QoS標準。有了參數(shù)及其數(shù)值這些量化的指標，通過比較QoSO和QoSD，就可以知道所使用服務的實際性能情況，而這些性能情況可以作為某時期總結(jié)的基礎，這樣，不管是提供商還是用戶，都可以根據(jù)前一時期的服務性能，制定下一階段的QoS水平。如提供商可能會描述某一季度其“所達到的服務可用性為99.95%，服務中斷了5次，其中一次持續(xù)了65分鐘?！?/p>

3.4 用戶感知的云計算服務質(zhì)量

用戶感知的云計算服務質(zhì)量（QoS experienced/perceived by user/customer，QoSE）是關(guān)于用戶認為他們所體驗到或感受到的質(zhì)量水平的表述，是用戶對服務質(zhì)量水平的評價，通常用“滿意度”這樣的非技術(shù)性術(shù)語來表示。提供商通過QoSE來決定用戶對服務質(zhì)量的滿意程度，從而調(diào)整自身的QoSO和QoSD。

獲取用戶的QoSE的方法有很多，如采用用戶調(diào)查法，或直接從用戶對服務的評分意見中獲取。實際上，用戶的評分意見即反映了用戶對服務的評價等級，不同的評分表示了用戶所體驗或感受到的服務質(zhì)量的水平。正如“體驗”和“感受”這樣的詞所暗含的意思一樣，影響QoSE的因素主要有兩個方面。一方面是量的因素，即客觀因素，是可量化的因素，是服務性能本身的體現(xiàn)，如服務的可用性、響應時間和可靠性等。另一方面是質(zhì)的因素，是不可量化的因素，屬于用戶方面的主觀因素，如用戶預期、使用環(huán)境及條件、用戶的心理、應用背景等［5］。因此，QoSE也被看作是受主觀的質(zhì)化因素影響后，用戶所接受和理解的提供商QoSD。

3.5 四個視角的關(guān)系

云計算服務質(zhì)量的四個視角是切實有效的服務質(zhì)量管理的基礎，將四個視角整合起來有利于促進云計算服務質(zhì)量的衡量與評價。其中，用戶的QoSR是服務的邏輯起點，在沒有受到關(guān)注以前，它們是被孤立地對待的。一旦受到關(guān)注，它們則成為提供商QoSO的決定性依據(jù)。但提供商并不能一一提供用戶所需的QoS，畢竟提供服務會受到其質(zhì)量等級的成本、業(yè)務戰(zhàn)略、業(yè)務基準等因素的影響。此外，用戶的需求還決定了在監(jiān)測系統(tǒng)確定衡量QoSD的參數(shù)。在服務交付使用的過程中，需要監(jiān)測系統(tǒng)來衡量實際使用的服務及其質(zhì)量水平，從而定期生成質(zhì)量情況報告，作為衡量和評價QoS的文檔依據(jù)。

3.6 四個視角的應用

云計算服務質(zhì)量的四個視角在用戶和提供商中作為他們選擇/提供、評價/測量QoS的準則（見表1）。

云計算服務質(zhì)量的四個視角均可以用相應的參數(shù)來表示。因此，用戶或提供商應結(jié)合實際，考慮四個視角的相互關(guān)系，有選擇地應用這些視角來評價和衡量云計算服務質(zhì)量的水平。

4 云計算服務質(zhì)量的保證

云計算服務的目標是滿足用戶隨時可訪問資源和服務的需求，按需向用戶提供服務。但這并不是一件容易的事情。對提供商來說，云計算服務質(zhì)量的技術(shù)保證問題仍然面臨著巨大的挑戰(zhàn)，如Amazon的EC2和S3近幾年多次遭受服務中斷的困擾；Google的App Engine、微軟的Azure和Salesforce.com等，都出現(xiàn)過不同程度的故障，從而被迫中斷服務。業(yè)界已經(jīng)意識到云計算服務質(zhì)量這一重要的主題，紛紛開展了研究。2008年10月，互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)[QoSR&是對用戶所需的QoS水平的一種表述，可轉(zhuǎn)化為提供商所確定的準則和參數(shù)。&QoSO&是提供商的QoSO的準則和參數(shù)，是明確規(guī)定的正式術(shù)語，可用于以下方面：

●作為提供商與客戶之間的云計算SLA的基礎；

●作為提供商提供的、廣大用戶可預期的云計算服務質(zhì)量的質(zhì)量水平的公開聲明；

●作為云計算性能水平規(guī)劃和維護的基礎；

●作為用戶按需選擇需求的云計算服務質(zhì)量水平的依據(jù)。&QoSD&是提供商實現(xiàn)的或交付的實際的云計算服務質(zhì)量水平，可用于以下方面：

●作為用戶、監(jiān)管方比較已交付服務與所提供服務的依據(jù)，檢查云計算SLA的實施情況；

●作為提供商今后提供服務行為及云計算服務質(zhì)量水平的依據(jù)。&QoSE&用基于客戶調(diào)查結(jié)果的等級評定來描述，是用戶認為其所獲得的或感受到的質(zhì)量水平，可用于以下方面：

●與所交付的云計算服務質(zhì)量的比較，并確定有關(guān)任何含糊不清事項的原因；

●作為用戶今后選擇云計算服務質(zhì)量水平的依據(jù)。&][表1 QoS四個視角的應用[4]]

中心（Internet Data Center，IDC）發(fā)布了關(guān)于云計算服務所面臨的挑戰(zhàn)的調(diào)查數(shù)據(jù)［6］，Michael Armbrust等指出了云計算服務中存在的10大障礙［7］，反映了人們對云計算服務的擔憂，如云服務的性能、安全性和可用性等。因此，提供商必須在技術(shù)上實現(xiàn)構(gòu)建強大的云服務平臺，建立和管理托管基礎設施、研究數(shù)據(jù)分布計算技術(shù)和高效的、可靠的、可擴展并自動支持異地隨時按需存取的在線數(shù)據(jù)訪問服務。

對用戶來說，必須即時支付費用才能獲得使用云計算服務的權(quán)利。因此，他們希望自己的付出能獲得相應的回報，即獲得相應的云計算服務質(zhì)量的保證。為此，Amazon、Google、Microsoft等除了在技術(shù)上保證云計算服務的順利提供和交付外，還將SLA引入云計算服務中，制定各自的云SLA，在用戶使用云計算服務前，明確該服務所能提供的性能水平和質(zhì)量等級，并控制和保證云計算服務的正常執(zhí)行，有利于用戶形成對服務質(zhì)量合理的期望，有助于提高用戶的滿意度和忠誠度。

因此，要保證云計算服務質(zhì)量，首先就要弄清楚不同實體從不同角度對云計算服務質(zhì)量的要求，可沿用云服務質(zhì)量的四個視角來審視服務質(zhì)量。如在云計算環(huán)境中，用戶將重要的數(shù)據(jù)資料存儲在云端，對其安全和隱私的要求就高于以往任何一種服務。此外，用戶要隨時異地訪問數(shù)據(jù)資料，對云服務可用性的要求也特別高，任何一次服務終端，即使是短暫的中斷，將造成用戶的無法工作，其損失將無可估量。

在了解了不同角度云計算服務質(zhì)量的要求后，就需要從該角度來定義QoS的衡量依據(jù)。Amazon［9］、Google Apps［10］及Microsoft Windows Azure［11］的系列云計算服務，從用戶的角度，均在SLA中把云計算服務的可用性作為衡量QoS最重要的依據(jù)，它是“服務或組件在一定的時間點或時間段內(nèi)提供所需功能的能力”［８］，被定義為：

可用性=

Microsoft Windows Azure在此基礎上將可用性分為兩個等級，“<99.95%”和“<99%”，分別收取不同的服務費用。提供商們還向用戶作出承諾，如果可用性未達到SLA中規(guī)定的等級，則根據(jù)嚴重性程度，在服務費用中給予用戶相應的折扣。Amazon的S3在SLA中承諾“如果達不到99.9%的服務水平，那么Amazon將減免下個月10%的費用。如果可用性下降到99.0%以下，換算后相當于一個月內(nèi)至少有將近7個小時無法服務，那么Amazon將減免25%的費用?！币虼?，如果一個用戶存放了500G的數(shù)據(jù)。把500G數(shù)據(jù)放進S3并且在一個月內(nèi)全部數(shù)據(jù)都使用10次的話，總共的費用大約是$1000。如果發(fā)生5小時的故障，那么該用戶將得到$100的退款。如果故障時間從7個小時到一整個月的話，該用戶將得到$250的補償［12］。

5 結(jié)語

除了可用性，衡量云計算服務質(zhì)量的其他依據(jù)還包括安全性、虛擬硬盤的大小、速度、響應時間、延遲、計算頻次、CUP性能、靈活性、可擴展性、應用程序的周轉(zhuǎn)時間、負荷能力、準確性及帶寬等。但目前云計算服務提供商所提供的SLA中，尚未詳細、具體到這些方面。此外，還需要對云計算服務質(zhì)量進行相應的管理，以保證其適應技術(shù)進步和用戶需求的變化，如政策管理、資源管理、CRM和SLA管理等，尤其是采用SLA的形式，使用戶能消除對遙遠“云端”的憂慮，實實在在地感受到客觀的云計算服務質(zhì)量的性能和參數(shù)，并獲得相應的保證。這無疑能讓他們樹立起對云服務的興趣和信心，吸引他們使用相關(guān)的云服務。而目前云服務提供商制定的云SLA，與成熟的電信SLA相比，內(nèi)容顯得簡單、粗糙，不能反映用戶真實的云計算服務質(zhì)量的需求，且其質(zhì)量的衡量和監(jiān)測體系尚未完善，這些都是本文后續(xù)研究的重點問題。

參考文獻：

［1］Netcraft Survey. 2010美國云計算統(tǒng)計［EB/OL］.［2012-05-10］.http：//www.199it.com/archives/4483.html.

［2］ITU-T Recommendation G.1000. Communications Quality of Service： A Framework and Definitions［G］. Transmission Systems and Media， Digital Systems and Networks： Quality of Service and Performance. ITU-T Study Group，2001.

［3］ITU-T Recommendation E.800. Definitions of Terms Related to Quality of Service［G］.Quality of Telecommunication Services： Concepts， Models， Objectives and Dependability Planning? Terms and Definitions Related to the Quality of Telecommunication Services. ITU-T Study Group， 2008.

［4］ITU-T Recommendation E.802. 確定和應用QoS參數(shù)的框架和方法［G］.電信服務質(zhì)量：概念、模式、目標和可靠性規(guī)劃—有關(guān)電信服務質(zhì)量的術(shù)語和定義（中文版）. ITU-T Study Group，2007.

［5］ITU-T E.800. 有關(guān)服務質(zhì)量的術(shù)語［G］.電信服務質(zhì)量：概念、模式、目標和可靠性規(guī)劃—有關(guān)電信服務質(zhì)量的術(shù)語和定義（中文版）. ITU-T Study Group， 2008.

［6］Biggest Cloud Challenge：Security［EB/OL］.［2012-05-10］.http：//cloudsecurity.org/blog/2008/10/14/biggest-cloud-

challenge-security.html.

［7］Michael Armbrust， Armando Fox， Rean Griffith et al. A View of Cloud Computing［J］.Communications of the Acm，2010，（4）：50-58.

［8］ISO/IEC20000-1：2005. Information Technology- Service Management-Part 1：Specification［G］.International Standard. ISO/IEC，2005.

［9］Amazon S3 Service Level Agreement［EB/OL］.［2012-05-10］.http：//aws.amazon.com/s3-sla/.

［10］Google Apps Service Level Agreement［EB/OL］.［2012-05-10］.http：//www.google.com/apps/intl/en/terms/sla.html.

［11］Windows Azure SLA［EB/OL］.［2012-05-10］.http：//www.microsoft.com/brasil/windowsazure/sla/.

［12］Michael Bushe.郭曉剛譯.Amazon S3故障：服務水平協(xié)議能帶來信任嗎？［EB/OL］.［2012-05-10］.http：//www.infoq.com/cn/news/2008/03/s3-outage-trust-slas.