基于云計(jì)算現(xiàn)狀的探析

摘要：云計(jì)算是繼網(wǎng)格計(jì)算之后興起的新型分布式計(jì)算模型，它為商業(yè)應(yīng)用提供了一種新的模式。文章簡述了云計(jì)算的定義、體系結(jié)構(gòu)、發(fā)展現(xiàn)狀，分析了當(dāng)前云計(jì)算中存在的問題和云計(jì)算的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：云計(jì)算 云服務(wù) 虛擬化

0 引言

隨著計(jì)算機(jī)在人們生產(chǎn)生活中的廣泛應(yīng)用，人們對計(jì)算能力的要求越來越高，迫使計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)容量和運(yùn)算速度不斷地提高。雖然現(xiàn)有的機(jī)架式和刀片服務(wù)器可以解決高性能計(jì)算的問題，但是它主要針對大型客戶，并且造價(jià)昂貴，所以其適用范圍有限；網(wǎng)格計(jì)算提供了一種造價(jià)低廉且數(shù)據(jù)處理能力較強(qiáng)的計(jì)算模型，但網(wǎng)格計(jì)算是專門針對復(fù)雜科學(xué)計(jì)算的計(jì)算模型[1]，因此網(wǎng)格計(jì)算通用性不是很強(qiáng)。由于以上原因，使高性能服務(wù)器和網(wǎng)格計(jì)算這兩種方法都不能作為廣泛適用且廉價(jià)的高性能計(jì)算的獲取途徑。云計(jì)算的興起為以上問題提供了解決方法，云計(jì)算可以給所有用戶提供隨時(shí)隨地按需獲取的存儲(chǔ)空間和計(jì)算能力。

云計(jì)算是繼網(wǎng)格計(jì)算之后興起的新型分布式計(jì)算模型，它利用分布式技術(shù)建造大型數(shù)據(jù)中心或者超級計(jì)算機(jī)，并將這些數(shù)據(jù)中心和超級計(jì)算機(jī)中的所有軟硬件資源虛擬化以服務(wù)的形式放在遠(yuǎn)程服務(wù)器上，形成云服務(wù)，用戶以免費(fèi)或者按需租用的方式獲取服務(wù)，這些由云營商提供的云服務(wù)就像天邊的云彩，用戶在需要使用時(shí)把它拿來用，平常就放在云上，資源和服務(wù)的管理由服務(wù)的提供商負(fù)責(zé)。在這種模式下，所有用戶不用考慮任何軟硬件的配置和維護(hù)問題，用戶端只需用瀏覽器和網(wǎng)絡(luò)，就可以隨時(shí)隨地按需使用云計(jì)算提供的各種應(yīng)用軟件、超級計(jì)算能力、海量存儲(chǔ)空間，這樣就降低了用戶配置軟硬件的費(fèi)用，提高了用戶使用軟硬件資源的靈活性、廣泛性。云計(jì)算的興起為商業(yè)應(yīng)用提供了一種新的模式，已經(jīng)成為一個(gè)新的研究熱點(diǎn)。

1 云計(jì)算定義

1.1 云計(jì)算定義

云計(jì)算現(xiàn)在還沒有統(tǒng)一的定義，各個(gè)公司根據(jù)所處的領(lǐng)域提出了不同的云計(jì)算概念，下面給出幾個(gè)典型的定義。

IBM云計(jì)算的定義：云計(jì)算是一個(gè)虛擬化的計(jì)算機(jī)資源池。它可以托管多種不同的工作負(fù)載，包括成批的后端作業(yè)和面向用戶的交互式應(yīng)用程序；通過快速提供虛擬機(jī)器或物理機(jī)器，迅速部署和增加工作負(fù)載；支持冗余、自我恢復(fù)且具有高可擴(kuò)展性的編程模型，以使工作負(fù)載能夠從多種不可避免的硬件軟件故障中進(jìn)行恢復(fù)；實(shí)時(shí)監(jiān)控資源使用情況，在需要時(shí)重新平衡資源分配[2]。

維基百科定義：云計(jì)算是分布式計(jì)算技術(shù)的一種，其最基本的概念，是通過網(wǎng)絡(luò)將龐大的計(jì)算處理程序自動(dòng)分拆成無數(shù)個(gè)較小的子程序，再交由多部服務(wù)器所組成的龐大系統(tǒng)經(jīng)搜尋、計(jì)算分析之后將處理結(jié)果回傳給用戶。過這項(xiàng)技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供者可以在數(shù)秒之內(nèi)，達(dá)成處理數(shù)以千萬計(jì)甚至以億計(jì)的信息，達(dá)到和“超級計(jì)算機(jī)”同樣強(qiáng)大效能的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)[3]。

Google認(rèn)為云計(jì)算就是軟件服務(wù)，Amazon認(rèn)為云計(jì)算就是平臺(tái)服務(wù)，微軟認(rèn)為云計(jì)算是軟件和服務(wù)。

綜上云計(jì)算的定義，可知云計(jì)算是分布式計(jì)算、并行計(jì)算和網(wǎng)格計(jì)算的發(fā)展，或者說是這些計(jì)算機(jī)科學(xué)概念的商業(yè)實(shí)現(xiàn)，它是把計(jì)算機(jī)資源虛擬化成具有層次的計(jì)算機(jī)資源池，并將這些資源按層以服務(wù)的形式提供給用戶，用戶不用關(guān)心計(jì)算機(jī)資源的具體情況，只需按需獲取服務(wù)。

1.2 云計(jì)算與網(wǎng)格計(jì)算的異同

云計(jì)算和網(wǎng)格計(jì)算既有相似點(diǎn)，又相互有區(qū)別。

云計(jì)算和網(wǎng)格計(jì)算的相同點(diǎn)：從云計(jì)算和網(wǎng)格的定義上看二者都是將各種資源看成一個(gè)虛擬的資源池，然后向外提供服務(wù)；從發(fā)展上來看兩者都是分布式計(jì)算的進(jìn)一步發(fā)展，都為試圖為用戶提供高性能的計(jì)算能力，都是要提高計(jì)算機(jī)資源的使用效率，降低用戶成本。

云計(jì)算和網(wǎng)格計(jì)算區(qū)別：從定義上看云計(jì)算允許用戶通過互聯(lián)網(wǎng)訪問云計(jì)算提供的各種計(jì)算機(jī)資源，狹義網(wǎng)格只向用戶提供高性能計(jì)算能力；從發(fā)展上來看云計(jì)算是網(wǎng)格計(jì)算的進(jìn)一步發(fā)展，云計(jì)算既可以支持網(wǎng)格程序又可以支持非網(wǎng)格程序；從用戶的角度來看云計(jì)算可以滿足所有用戶對計(jì)算能力的需求，網(wǎng)格計(jì)算主要針對科學(xué)計(jì)算支持的用戶需求范圍有限；從資源的分配方式來看云計(jì)算是所有資源作為一個(gè)整體進(jìn)行統(tǒng)一分配，實(shí)現(xiàn)資源的自動(dòng)分配，網(wǎng)格在分配資源時(shí)只能以節(jié)點(diǎn)為單位分配；從目標(biāo)上看云計(jì)算把計(jì)算看作一種公共事業(yè)，網(wǎng)格將分布在不同地理位置的計(jì)算機(jī)連接起來解決一個(gè)共同的問題。

2 云計(jì)算體系結(jié)構(gòu)

云計(jì)算由云和云端兩個(gè)部分構(gòu)成，聚集資源和服務(wù)構(gòu)成云，云端即用戶端。云中包含大量的計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源、軟件資源和服務(wù)，所有能夠使用網(wǎng)絡(luò)的用戶都可以通過Internet使用云提供的各種資源和服務(wù)?？蛻舳瞬辉傩枰渲冒嘿F的硬件設(shè)備，不再需要購買和安裝大量的應(yīng)用軟件，僅僅在需要時(shí)從云中免費(fèi)或者租用相應(yīng)的服務(wù)，這樣就簡化了客戶端的應(yīng)用復(fù)雜性，降低了客戶端的成本。云計(jì)算體系結(jié)構(gòu)如圖1所示，依據(jù)云計(jì)算提供的服務(wù)所在的層次將云計(jì)算可分為基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)（Infrastructure-as-a-Service，IaaS）、平臺(tái)服務(wù)（Platform-as-a-S

ervice，PaaS）、應(yīng)用程序服務(wù)（Software-as-a-Service，SaaS），數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)（data-Storage-as-a-Service，dSaaS）。

2.1 虛擬層 這一層通過虛擬化計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源和軟件資源給上層應(yīng)用提供統(tǒng)一訪問接口，提高上層使用的敏捷性和靈活性，它不需要上層應(yīng)用詳細(xì)了解基礎(chǔ)物理資源，同時(shí)為上層提供了一個(gè)優(yōu)勢分享、可管理和隔離的云環(huán)境。

2.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)層 其作用是將存儲(chǔ)作為一項(xiàng)服務(wù)，為互操作和外部應(yīng)用程序提供一個(gè)統(tǒng)一的編程接口。

2.3 基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)層 這一層是將基礎(chǔ)設(shè)作為服務(wù)出租，只向用戶提供虛擬計(jì)算機(jī)，而沒有應(yīng)用軟件棧。它具有在有特定服務(wù)質(zhì)量約束的情況下提供計(jì)算能力或者數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力，并能執(zhí)行任意類型的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件。用戶能夠從虛擬計(jì)算機(jī)中獲取滿足要求的計(jì)算能力，開發(fā)型用戶可以在基礎(chǔ)設(shè)施層上開發(fā)云計(jì)算應(yīng)用程序。

2.4 平臺(tái)服務(wù)層 類似于基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)，但是它包括操作系統(tǒng)和圍繞特定應(yīng)用的必需的服務(wù)，即平臺(tái)服務(wù)層是在基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)層上加了一個(gè)用于定制的軟件棧。平臺(tái)服務(wù)層也可描述為一個(gè)有特定的操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序集的虛擬平臺(tái)，它包括一個(gè)或多個(gè)在一組物理服務(wù)器上虛擬而成的服務(wù)器、操作系統(tǒng)以及特定的應(yīng)用程序。

2.5 軟件服務(wù)層 這一層通過瀏覽器把應(yīng)用程序服務(wù)提供給所有的用戶。從用戶的角度看來，這樣可以降低或者省去配置高級服務(wù)器和購買軟件的費(fèi)用，從供應(yīng)商的角度看，這種模式只需要在云計(jì)算中維持一個(gè)程序就可以滿足所有用戶使用這個(gè)軟件。利用軟件服務(wù)，用戶就沒有必要購買軟件，只需按照自己的需要從Internet上租用軟件。軟件服務(wù)提供兩種應(yīng)用方式，一種是提供在Internet 上使用遠(yuǎn)程執(zhí)行的軟件，這種軟件既可以是可以本地使用被定義為Web服務(wù)的軟件，也可以是通過Web瀏覽器遠(yuǎn)程調(diào)用的不可以本地使用的應(yīng)用軟件；另一種是可以在遠(yuǎn)程執(zhí)行應(yīng)用程序，通常需要依賴于一個(gè)應(yīng)用服務(wù)器來公布所提供的服務(wù)。

3 云計(jì)算研究現(xiàn)狀

云計(jì)算是新興的技術(shù)，國外著名的IT公司谷歌、IBM 、亞馬遜、微軟、Sun 、EMC、HP、Oracle等都投入巨資進(jìn)行云計(jì)算的研究和產(chǎn)品開發(fā)。目前比較著名的云計(jì)算有：谷歌的云計(jì)算平臺(tái)和云計(jì)算應(yīng)用程序、IBM云計(jì)算、微軟的“軟件+服務(wù)”和亞馬遜的彈性云計(jì)算。與國外相比，中國的云計(jì)算發(fā)展速度相對比較緩慢，現(xiàn)在清華大學(xué)正在與谷歌合作把云計(jì)算課程推廣到國內(nèi)更多高校，共同推動(dòng)“云計(jì)算”在中國的普及，國內(nèi)的IT公司正在逐步展開云計(jì)算的研究與產(chǎn)品開發(fā)。

以下是一些研究云計(jì)算的公司：

3.1 谷歌 谷歌從2007年宣布云計(jì)算計(jì)劃開始就和IBM公司合作把美國的卡內(nèi)基美隆大學(xué)、麻省理工學(xué)院、史丹佛大學(xué)、加州大學(xué)柏克萊分校及馬里蘭大學(xué)等融入到云計(jì)算的研究和開發(fā)中，并于2008年１月在臺(tái)灣啟動(dòng)了“云計(jì)算學(xué)術(shù)計(jì)劃”，谷歌現(xiàn)在正互聯(lián)網(wǎng)上宣傳和推廣其云計(jì)算產(chǎn)品。谷歌是最早提出云計(jì)算的公司，也是云計(jì)算研究最活躍的公司之一。谷歌現(xiàn)有兩個(gè)最典型的云計(jì)算應(yīng)用，一個(gè)是云計(jì)算平臺(tái)Google App Engine。它是一個(gè)專為開發(fā)者而設(shè)計(jì)的服務(wù)，開發(fā)者可以將自己編寫的在線應(yīng)用程序運(yùn)行在Google的資源上。通過它可以在Google的可伸縮性極佳的架構(gòu)上部署Web應(yīng)用程序。App Engine為可通過Internet引用的Python應(yīng)用程序提供一個(gè)沙盒。除了支持用戶認(rèn)證、鏡像操作和電子郵件發(fā)送外，App Engine 還提供了Python API，用于持久地存儲(chǔ)和管理數(shù)據(jù)。Web應(yīng)用程序運(yùn)行時(shí)所在的沙盒會(huì)限制對底層操作系統(tǒng)的訪問，這不會(huì)影響到App Engine支持有用的Web服務(wù)的構(gòu)造。另一個(gè)是云計(jì)算應(yīng)用程序Google Apps，它是Google推出的在線應(yīng)用服務(wù)，中文名稱是企業(yè)應(yīng)用套件，包括字處理、電子文檔處理、Gmail郵件服務(wù)、Gtalk及時(shí)通訊服務(wù)、語音聊天服務(wù)以及在線日歷服務(wù)等。其功能相當(dāng)于微軟的Office辦公軟件，區(qū)別在于微軟的Office辦公軟件要每個(gè)用戶都必須在自己的計(jì)算機(jī)上安裝整套軟件，而Google Apps只需通過一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的Web瀏覽器用域名申請注冊就可以獲取全套服務(wù)，這些服務(wù)都是由Google托管的，用戶不需要配置安裝任何軟硬件，并且使用費(fèi)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于自己配置硬件和購買軟件授權(quán)的費(fèi)用。

3.2 IBM IBM是最早進(jìn)行云計(jì)算研究和實(shí)施的公司之一， IBM推出“藍(lán)云”（Blue Cloud）計(jì)劃，它是一系列基于開放標(biāo)準(zhǔn)和開源軟件的云計(jì)算產(chǎn)品，能夠把計(jì)算機(jī)連接起來提供如：Mashups、開放協(xié)作、社會(huì)網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)商務(wù)等 Web2.0 應(yīng)用。2008年5月，IBM建立在無錫科教產(chǎn)業(yè)園第一個(gè)云計(jì)算中心開始運(yùn)營，該中心將為中國新興軟件公司提供接入一個(gè)虛擬計(jì)算環(huán)境的能力，使其利用分配的資源來設(shè)計(jì)、開發(fā)和測試軟件產(chǎn)品。2008年8月IBM投資3.6億美元在美國北卡羅來納州建立云計(jì)算數(shù)據(jù)中心，IBM將該數(shù)據(jù)中心稱為史上最復(fù)雜的數(shù)據(jù)中心，其數(shù)據(jù)中心的體系結(jié)構(gòu)由基礎(chǔ)設(shè)施、管理平臺(tái)、虛擬機(jī)、應(yīng)用構(gòu)成。這些大型數(shù)據(jù)中心的建成極大的促進(jìn)了云計(jì)算的發(fā)展。

3.3 微軟 微軟公司正在開發(fā)完全脫離桌面的互聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)，其目的是為了大規(guī)模應(yīng)用云計(jì)算技術(shù)。微軟已經(jīng)發(fā)布了Live Mesh，它是一個(gè)軟件和服務(wù)相結(jié)合的云計(jì)算平臺(tái)，允許用戶同步、共享、存儲(chǔ)和訪問文件和文件夾，并且支持移動(dòng)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)云計(jì)算的項(xiàng)目。Live Mesh將計(jì)算機(jī)和其它設(shè)備通過互聯(lián)網(wǎng)整合到一起，允許個(gè)人和組織管理、訪問和共享他們的文件和應(yīng)用，無縫整合各種設(shè)備和互聯(lián)網(wǎng)。Live Mesh包括平臺(tái)、云服務(wù)、軟件和平臺(tái)體驗(yàn)，其中平臺(tái)主要明確和構(gòu)建用戶的設(shè)備、數(shù)據(jù)、應(yīng)用和人之間的數(shù)字關(guān)系，開發(fā)者將獲得開放的數(shù)據(jù)模型和協(xié)議；云服務(wù)提供微軟數(shù)據(jù)中心的平臺(tái)；軟件允許本地應(yīng)用客戶端離線進(jìn)行云計(jì)算的交互；平臺(tái)體驗(yàn)將用戶設(shè)備、文件和應(yīng)用，以及社會(huì)化圖表通過Feed整合在一起。

3.4 亞馬遜 亞馬遜2007年向開發(fā)者開放了名為“彈性計(jì)算機(jī)云”的服務(wù)，讓小軟件公司可以按需購買亞馬遜數(shù)據(jù)中心的處理能力。其代表產(chǎn)品是Amazon Elastic Compute Cloud（EC2）。在EC2中，可以指定一個(gè)特定的虛擬機(jī)器，然后將應(yīng)用程序部署到它上面，或者提供要在服務(wù)器上執(zhí)行的虛擬計(jì)算機(jī)鏡像。根據(jù)計(jì)算時(shí)間、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)帶寬付費(fèi)。Eucalyptus （Elastic Utility Computing Architecture for Linking Your Programs To Useful Systems）是加利福尼亞大學(xué)為進(jìn)行云計(jì)算研究而開發(fā)的項(xiàng)目，是Amazon EC2的一個(gè)開源實(shí)現(xiàn)，它與商業(yè)服務(wù)接口兼容。除了以上典型的云計(jì)算的研究公司和產(chǎn)品以外，其它IT公司也在進(jìn)行云計(jì)算的研究和產(chǎn)品開發(fā)，限于文章篇幅，不能每個(gè)都詳細(xì)討論，在圖2列出了云計(jì)算各層的主要產(chǎn)品。

另外有一個(gè)值得關(guān)注的云計(jì)算產(chǎn)品是10gen，它是一個(gè)可下載開放源代碼包的云平臺(tái)，用戶可以用這個(gè)軟件包創(chuàng)建自己的私有云。10gen是類似于App Engine的一個(gè)軟件棧，它提供與App Engine類似的功能。通過10gen，可以使用Python以及JavaScript和Ruby編程語言開發(fā)應(yīng)用程序。

4 云計(jì)算發(fā)展趨勢

云計(jì)算是嶄新的技術(shù)，是一個(gè)研究的熱點(diǎn)，雖然已經(jīng)有了一些云計(jì)算的產(chǎn)品，但是云計(jì)算還處在剛剛起步的階段，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有到達(dá)成熟的階段，面臨的主要問是：

4.1 云計(jì)算的安全性 云計(jì)算面臨的安全問題主要包括，用戶遠(yuǎn)程登錄安全、快速數(shù)據(jù)加密、數(shù)據(jù)訪問安全、數(shù)據(jù)傳輸安全都是云計(jì)算研究的方向。

4.2 用戶數(shù)據(jù)保密 隨著云計(jì)算的發(fā)展和應(yīng)用的推廣，將會(huì)有越來越多的用戶使用云計(jì)算，大量用戶的數(shù)據(jù)都保存在數(shù)據(jù)中心，保護(hù)用戶的商業(yè)秘密數(shù)據(jù)和個(gè)人隱私，是云計(jì)算必須解決的問題。

4.3 云計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)制定 云計(jì)算剛剛起步，各研究機(jī)構(gòu)和公司對云計(jì)算的認(rèn)識(shí)和看法都不相同，現(xiàn)在每個(gè)公司都是依據(jù)自己對運(yùn)計(jì)算的認(rèn)識(shí)設(shè)計(jì)和開發(fā)自己的云計(jì)算產(chǎn)品。沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，眾多的云計(jì)算產(chǎn)品將造給用戶造成使用的煩雜、混亂，也會(huì)影響到云計(jì)算的進(jìn)一步發(fā)展。

4.4 云計(jì)算服務(wù)的穩(wěn)定性 硬件故障、軟件故障和網(wǎng)絡(luò)故障都會(huì)造成云計(jì)算系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定，如何檢控和排除云計(jì)算中出現(xiàn)的各種故障是云計(jì)算一個(gè)重要的研究方向。

總之，云計(jì)算被視為計(jì)算機(jī)技術(shù)的下一次革命，它將給現(xiàn)在的工作方式和商業(yè)模式帶來巨大改變。云計(jì)算的發(fā)展很可能改變用戶使用計(jì)算機(jī)的習(xí)慣，未來的個(gè)人計(jì)算機(jī)可能僅僅用作網(wǎng)絡(luò)連接以及使用云計(jì)算服務(wù)，那時(shí)網(wǎng)絡(luò)就是計(jì)算機(jī)將成為現(xiàn)實(shí)。云計(jì)算正處在初級階段，還需要走很長的路，還需要做很多的研究。

參考文獻(xiàn)：

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