張亞明，劉海鷗

（燕山大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，河北 秦皇島 066004）

云計(jì)算研究綜述
——基于技術(shù)與商業(yè)價(jià)值雙重視角

張亞明，劉海鷗

（燕山大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，河北 秦皇島 066004）

作為自互聯(lián)網(wǎng)革命以來IT產(chǎn)業(yè)最深刻的變革，云計(jì)算真正實(shí)現(xiàn)了IT服務(wù)的透明化，并以其靈活、高效、低成本、節(jié)能的運(yùn)作方式成為推動(dòng)產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展的重要引擎和21世紀(jì)新的商業(yè)平臺(tái)。本文在歸納分析大量相關(guān)學(xué)術(shù)論文及產(chǎn)業(yè)研究報(bào)告的基礎(chǔ)上，梳理了國內(nèi)外云計(jì)算的最新研究成果，基于技術(shù)與商業(yè)價(jià)值雙重視角從多個(gè)方面對(duì)其進(jìn)行了系統(tǒng)綜述，最后對(duì)云計(jì)算的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望。

云計(jì)算；綜述；技術(shù)；商業(yè)價(jià)值

Abstract:As the greatest IT revolution since the internet revolution,cloud computing realizes transparent service,and has become the new business platform of the 21stcentury and an important engine to put the sound development of the IT industry because of its flexible,high efficient and low consumption characters.Based on analyzing large amount of literatures and reports both home and abroad,this paper summarizes the latest study results,and reviews the research progress of cloud computing from the aspects of technology and business value.Finally,this paper puts forward the far-reaching impacts and development trends of cloud computing.

Key words:cloud computing;review;technology;business value

云計(jì)算的思想可以追溯到20世紀(jì)60年代，麥卡錫（John McCarthy）［1］曾提出“計(jì)算遲早有一天會(huì)變成一種公用基礎(chǔ)設(shè)施”，即“將計(jì)算能力作為一種象水和電一樣的公用事業(yè)提供給用戶”。1997年，NetCentric公司試圖注冊(cè)“云計(jì)算”這一商標(biāo)，但由于種種原因最后放棄了這一計(jì)劃。1999年Salesforce.com提出了通過一個(gè)網(wǎng)站向企業(yè)提供企業(yè)級(jí)應(yīng)用的觀點(diǎn)，成為云計(jì)算的第一個(gè)里程碑。2007年IBM和Google宣布了在云計(jì)算領(lǐng)域的合作后，云計(jì)算吸引了眾人的關(guān)注，開始作為一種全新的商業(yè)和應(yīng)用計(jì)算方式被提出，并迅速成為產(chǎn)業(yè)界和學(xué)術(shù)界研究的熱點(diǎn)。據(jù)IDC（Internet Data Center）的調(diào)查顯示，未來五年云計(jì)算服務(wù)將急速增長(zhǎng)，預(yù)期2012年市場(chǎng)規(guī)?？蛇_(dá)420億美元；預(yù)計(jì)在2012年，企業(yè)投入在云計(jì)算服務(wù)的支出將占整體IT成本的25%，甚至在2013年提高至IT總支出的三分之一［2］。各國、各公司也紛紛將云計(jì)算作為其參與國際化競(jìng)爭(zhēng)的戰(zhàn)略制高點(diǎn)。

1 基于云計(jì)算技術(shù)的研究

從技術(shù)層面上講，云計(jì)算功能的實(shí)現(xiàn)取決于以下三個(gè)關(guān)鍵因素：數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)能力、分布式的計(jì)算能力及數(shù)據(jù)管理能力。因此，本文基于管理視角提出了“管理云”這一概念，主要指如何對(duì)云計(jì)算的運(yùn)行及安全進(jìn)行維護(hù)及管理。這樣，本文就將“云”細(xì)分為“存儲(chǔ)云”、“計(jì)算云”和“管理云”。其中“存儲(chǔ)云”主要包括海量分布式存儲(chǔ)技術(shù)，“計(jì)算云”主要包括虛擬化技術(shù)和并行編程模型技術(shù)，“管理云”主要包括數(shù)據(jù)管理技術(shù)和云的安全技術(shù)。

1.1 儲(chǔ)存云技術(shù)：海量分布式存儲(chǔ)技術(shù)

云計(jì)算的獨(dú)特之處在于它可以提供無限的廉價(jià)存儲(chǔ)和計(jì)算能力，為用戶提供龐大的數(shù)據(jù)“云端”，因此海量信息的存儲(chǔ)成為云計(jì)算的必要前提。面對(duì)寬帶數(shù)據(jù)的急劇增長(zhǎng)，海量存儲(chǔ)成為限制云計(jì)算發(fā)展的“瓶頸”之一。為保證云計(jì)算的高可用性、高可靠性和經(jīng)濟(jì)性，云計(jì)算采用分布式存儲(chǔ)的方式來保證存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的可靠性，以高可靠軟件來彌補(bǔ)硬件的不可靠，從而提供廉價(jià)可靠服務(wù)的系統(tǒng)。云計(jì)算的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)主要有GFS（Google File System）和Hadoop開發(fā)團(tuán)隊(duì)開發(fā)的開源系統(tǒng)HDFS（Hadoop Distributed File System），大部分IT廠商包括Yahoo、Intel等的云計(jì)算都采用HDFS數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)。隨著信息高速公路的建立和不斷完善，Internet帶寬限制將被逐步打破，基于網(wǎng)絡(luò)的商用分布式海量存儲(chǔ)運(yùn)算方案成為海量分布式存儲(chǔ)技術(shù)發(fā)展的新趨勢(shì)，將在云計(jì)算商用領(lǐng)域得到更為廣泛的應(yīng)用。

1.2 計(jì)算云技術(shù)

（1）虛擬化技術(shù)?！霸啤钡谋举|(zhì)在于系統(tǒng)本身的非實(shí)體化，而非一個(gè)物質(zhì)實(shí)體，因此可以認(rèn)為云計(jì)算是為用戶量身定制一臺(tái)虛擬計(jì)算機(jī)，虛擬化技術(shù)也因此成為云計(jì)算實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)。虛擬化是一個(gè)廣義的術(shù)語，在計(jì)算機(jī)方面通常是指計(jì)算元件在虛擬的基礎(chǔ)上而不是在真實(shí)的基礎(chǔ)上運(yùn)行，它可以擴(kuò)大硬件的容量，簡(jiǎn)化軟件的重新配置過程。通過虛擬化技術(shù)，單個(gè)服務(wù)器可以支持多個(gè)虛擬機(jī)運(yùn)行多個(gè)操作系統(tǒng)和應(yīng)用，從而大大提高服務(wù)器的利用率，通過虛擬化還可提供靈活可變、可擴(kuò)展的平臺(tái)服務(wù)。虛擬機(jī)技術(shù)的核心是Hypervisor（虛擬機(jī)監(jiān)控程序），它是在虛擬機(jī)和底層硬件之間建立一個(gè)抽象層，可以攔截操作系統(tǒng)對(duì)硬件的調(diào)用，為駐留在其上的操作系統(tǒng)提供虛擬的CPU和內(nèi)存。目前VMware ESX［3］和Citrix Xen Server［4］能直接運(yùn)行在硬件上，虛擬的操作系統(tǒng)又運(yùn)行在Hypervisor之上，從而能夠按照用戶需求提供 IT 基礎(chǔ)設(shè)施。Scientific Cloud［5］、Amazon EC2［6］等當(dāng)前的云計(jì)算系統(tǒng)一般以虛擬機(jī)的形式滿足用戶的計(jì)算資源需求，但用戶需要根據(jù)自己的要求將這些虛擬機(jī)手動(dòng)配置成一個(gè)工作集群。針對(duì)這種情況，文獻(xiàn)［7］通過對(duì)虛擬集群所需的上下文環(huán)境進(jìn)行詳細(xì)分析，提出了一種在多個(gè)虛擬機(jī)之間自動(dòng)、快速部署上下文環(huán)境的one-click virtual clusters機(jī)制。此外，虛擬專用網(wǎng)絡(luò)VPN［8］的發(fā)展為用戶在訪問計(jì)算云的資源時(shí)提供了一個(gè)可以定制的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，為我們對(duì)虛擬資源管理方面的研究提供了一種借鑒思路。目前對(duì)于云計(jì)算虛擬資源管理的研究，在滿足用戶對(duì)虛擬資源的QoS需求及服務(wù)等級(jí)協(xié)議（service level agreement，SLA）方面還不夠精細(xì)，仍需要進(jìn)一步的研究和完善。此外，虛擬化技術(shù)的下一輪擴(kuò)張需增加更多的服務(wù)器和不同類型的應(yīng)用程序，這就要求及時(shí)處理虛擬技術(shù)在性能、發(fā)布、存儲(chǔ)、安全及其他管理上的障礙，從而實(shí)現(xiàn)云計(jì)算整個(gè)虛擬基礎(chǔ)架構(gòu)層面的功能。

（2）并行編程模型技術(shù)。當(dāng)前各IT廠商提出的“云”計(jì)劃編程工具多是在Map-Reduce編程模型［9］的基礎(chǔ)上構(gòu)建的。Map-Reduce是一種處理和產(chǎn)生大規(guī)模數(shù)據(jù)集的編程模型，該模型采用函數(shù)式編程中的函數(shù)來實(shí)現(xiàn)并行編程，其核心操作是map和reduce。 Google文件系統(tǒng) GFS（Google file system）被用來滿足Google快速增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)處理需求。為發(fā)揮GFS集群的計(jì)算能力，Google提出了MapReduce并行編程模型，并行編程模型的發(fā)展對(duì)云計(jì)算系統(tǒng)的推廣實(shí)現(xiàn)具有極大的推動(dòng)作用，然而現(xiàn)有的云編程模型大多以MapReduce編程模型為主，該編程模式僅適用于編寫任務(wù)內(nèi)部松耦合并能夠高度并行化的程序，在編程模型的適用性方面還存在一定的局限性，因此如何改進(jìn)該編程模式，使程序員能夠輕松地編寫緊耦合的程序，運(yùn)行時(shí)能高效地調(diào)度和執(zhí)行任務(wù)，如何開發(fā)新型的、更加完善的并行編程模型技術(shù)以適應(yīng)商業(yè)的發(fā)展，是Map-Reduce編程模型未來的發(fā)展方向，將成為今后云計(jì)算技術(shù)開發(fā)需解決的難點(diǎn)之一。

1.3 管理云技術(shù)

由于商業(yè)信息空前泛濫，寬帶數(shù)據(jù)急劇增長(zhǎng)，黑客及病毒入侵現(xiàn)象嚴(yán)重，如何對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效管理并保護(hù)其信息安全成為云計(jì)算面臨的難題之一。本文正是基于此提出“管理云”這一理念，主要指如何對(duì)云計(jì)算的運(yùn)行及安全進(jìn)行管理，具體包括數(shù)據(jù)管理技術(shù)和云的安全技術(shù)。

（1）數(shù)據(jù)管理技術(shù)。數(shù)據(jù)管理是利用計(jì)算機(jī)硬件和軟件技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的收集、存儲(chǔ)、處理和應(yīng)用的過程，目的在于充分有效地發(fā)揮數(shù)據(jù)的作用。云計(jì)算能夠?yàn)榭蛻籼峁嫶蟮臄?shù)據(jù)云端，是一種新型的數(shù)據(jù)密集型超級(jí)計(jì)算方式，系統(tǒng)需要對(duì)大數(shù)據(jù)集進(jìn)行處理、分析向用戶提供高效的服務(wù)。因此，如何使云計(jì)算管理者能高效的管理大數(shù)據(jù)集，如何在規(guī)模巨大的數(shù)據(jù)中找到特定的數(shù)據(jù)，成為云計(jì)算數(shù)據(jù)管理技術(shù)所必須解決的問題。云計(jì)算的數(shù)據(jù)管理技術(shù)中最著名的是Google的Big Table［10］數(shù)據(jù)管理技術(shù)。為處理Google內(nèi)部大量的格式化以及半格式化數(shù)據(jù)，Google構(gòu)建了大規(guī)模數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)Big Table，采用列存儲(chǔ)的方式對(duì)數(shù)據(jù)讀操作進(jìn)行優(yōu)化，以提高數(shù)據(jù)讀取效率。Big Table數(shù)據(jù)模型的基本元素是行、列、記錄板和時(shí)間戳。其中，記錄板是一段行的集合體。Big Table中的數(shù)據(jù)項(xiàng)按照行關(guān)鍵字的字典序排列，每行動(dòng)態(tài)地劃分到記錄板中。每個(gè)節(jié)點(diǎn)管理大約100個(gè)記錄板。時(shí)間戳是一個(gè)64位的整數(shù)，表示數(shù)據(jù)的不同版本。在執(zhí)行時(shí)需要三個(gè)主要的組件：鏈接到每個(gè)客戶端的庫、主服務(wù)器和多個(gè)記錄板服務(wù)器。主服務(wù)器用于分配記錄板到記錄板服務(wù)器以及負(fù)載平衡，垃圾回收等；記錄板服務(wù)器用于直接管理一組記錄板，處理讀寫請(qǐng)求等［11］。現(xiàn)在有很多Google的應(yīng)用程序就建立在Big Table上，如Search History、Maps、Orkut和 RSS 閱讀器等。 此外，Hadoop［12］開發(fā)團(tuán)隊(duì)正在開發(fā)類似Big Table的開源數(shù)據(jù)管理模塊。由于采用列存儲(chǔ)的方式管理數(shù)據(jù)，如何提高數(shù)據(jù)的更新速率以及進(jìn)一步提高隨機(jī)讀速率是未來的數(shù)據(jù)管理技術(shù)必須解決的問題。同時(shí)，云可以使多個(gè)公司組合成一個(gè)新的價(jià)值創(chuàng)造體系，這也需要更快的響應(yīng)速度與創(chuàng)新速率，因此對(duì)云計(jì)算的數(shù)據(jù)管理技術(shù)提出了更高的要求。

（2）云計(jì)算安全技術(shù)。安全性是當(dāng)前云存儲(chǔ)潛在用戶的最大顧慮，云計(jì)算的安全問題也成為制約云計(jì)算進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸因素之一。市場(chǎng)研究公司Gartner［13］稱，今后的安全軟件將從PC端點(diǎn)轉(zhuǎn)向云計(jì)算，在未來五年內(nèi)，基于云計(jì)算的電子郵件和即時(shí)消息中惡意軟件和垃圾信息檢測(cè)收入占全部消息安全收入的比例將從目前的20%提高到60%。安全公司賽門鐵克也預(yù)測(cè)了這種轉(zhuǎn)變，家庭用戶和企業(yè)用戶將從在單個(gè)電腦上安裝安全軟件轉(zhuǎn)向通過遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)在線訪問安全服務(wù)。該觀點(diǎn)與中國企業(yè)創(chuàng)造的“云安全”概念不謀而合?！霸瓢踩钡木柙谟谝朐朴?jì)算以提升對(duì)病毒樣本的收集能力，從而減少威脅的響應(yīng)時(shí)間?；谠摾砟睿鹦?、趨勢(shì)科技、KASPERSKY、MCAFEE、SYMANTEC、PANDA、 江 民科技、金山、360安全衛(wèi)士等都推出了自己的云安全解決方案。如瑞星基于云安全策略開發(fā)的瑞星2009新品，每天攔截?cái)?shù)百萬次木馬攻擊；趨勢(shì)科技已在全球范圍內(nèi)建立了云安全的5大數(shù)據(jù)中心，幾萬部在線服務(wù)器，可以支持平均每天55億條點(diǎn)擊查詢，日收集分析2.5億個(gè)樣本，取得了良好的防治效果。然而要建立完善的“云安全”系統(tǒng)并使之正常運(yùn)行，還需要解決以下問題：海量的客戶端（云安全探針）、專業(yè)的反病毒技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)、大量的資金和技術(shù)投入、開放的系統(tǒng)及大量合作伙伴的加入，同時(shí)也為今后云安全的發(fā)展指明了方向。此外，F(xiàn)orrester Research［14］指出，作為一個(gè)具備高度擴(kuò)展性和管理性并能夠勝任終端用戶應(yīng)用軟件計(jì)算基礎(chǔ)架構(gòu)的系統(tǒng)池，每個(gè)云計(jì)算的基礎(chǔ)架構(gòu)都可能是與眾不同的，因此還需要解決云計(jì)算安全中的許可證授權(quán)、特權(quán)用戶的訪問權(quán)限、數(shù)據(jù)隔離等問題。

2 云計(jì)算商業(yè)應(yīng)用的研究

云計(jì)算一經(jīng)提出便受到了商業(yè)界的青睞，目前國內(nèi)外已經(jīng)有多個(gè)云計(jì)算的科學(xué)研究項(xiàng)目，比較知名的有 Amazon、Google、IBM、Yahoo 等運(yùn)營商提出的云計(jì)劃商業(yè)方案。

2.1 Amazon的彈性計(jì)算云

Amazon EC2［6］（elastic computing cloud）稱為 A-mazon彈性計(jì)算云，是美國Aamzon.com公司推出的一項(xiàng)提供彈性計(jì)算能力的Web服務(wù)。Amazon EC2向用戶提供一個(gè)運(yùn)行在Xen虛擬化平臺(tái)上的基于Linux的虛擬機(jī)，從而用戶可以在此之上運(yùn)行基于Linux的應(yīng)用程序。使用Amazon EC2之前，用戶首先需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)包含用戶應(yīng)用程序、運(yùn)行庫、數(shù)據(jù)以及相關(guān)配置信息的虛擬運(yùn)行環(huán)境映像，稱為AMI（Amazon machine image）或者使用Amazon通用的AMI映像。Amazon同時(shí)還提供另外一項(xiàng)Web服務(wù)——簡(jiǎn)單存儲(chǔ)服務(wù)S3（simple storage service），用來向用戶提供快速、安全、可靠的存儲(chǔ)服務(wù)。用戶需要將創(chuàng)建好的AMI映像上傳到Amazon提供的簡(jiǎn)單存儲(chǔ)服務(wù)S3，然后可以通過Amazon提供的各種Web服務(wù)接口來啟動(dòng)、停止和監(jiān)控AMI實(shí)例的運(yùn)行。用戶只需為自己實(shí)際使用的計(jì)算能力、存儲(chǔ)空間和網(wǎng)絡(luò)帶寬付費(fèi)。云計(jì)算是Amazon增長(zhǎng)最快的業(yè)務(wù)之一，其把云計(jì)算做成一個(gè)大生意只花了不到兩年的時(shí)間，據(jù)第三方統(tǒng)計(jì)機(jī)構(gòu)提供的數(shù)據(jù)顯示，A-mazon與云計(jì)算相關(guān)的業(yè)務(wù)收入已達(dá)1億美元。Garfinkel［15］對(duì)Amazon提供的Web服務(wù)進(jìn)行了評(píng)測(cè)。評(píng)測(cè)結(jié)果指出，Amazon的Web服務(wù)能達(dá)到很好的可用性，通過提供彈性計(jì)算云，滿足了小規(guī)模軟件開發(fā)人員對(duì)集群系統(tǒng)的需求，減小了維護(hù)負(fù)擔(dān)，其收費(fèi)方式相對(duì)簡(jiǎn)單明了。亞馬遜網(wǎng)絡(luò)服務(wù)（Amazon Web Services）也宣布了將對(duì)亞馬遜彈性計(jì)算云的新特性進(jìn)行公測(cè)，新特性使得用戶可以使用云資源來進(jìn)行簡(jiǎn)單和自動(dòng)的監(jiān)控、測(cè)量和流量控制。亞馬遜希望這些特性可以改善程序性能、降低成本，為開發(fā)者和企業(yè)家提供更多的方便。但目前Amazon提供的Web服務(wù)缺乏與用戶之間的SLA，并且用戶關(guān)鍵業(yè)務(wù)的持續(xù)性和數(shù)據(jù)備份要求是由用戶自己來考慮。為了彈性計(jì)算云的進(jìn)一步發(fā)展，Amazon規(guī)劃了如何在云計(jì)算平臺(tái)基礎(chǔ)上幫助用戶開發(fā)網(wǎng)絡(luò)化的應(yīng)用程序，并在彈性計(jì)算云的平臺(tái)上添加更多的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)組件模塊，為用戶構(gòu)建云計(jì)算應(yīng)用提供方便。此外，EC2還有一些重要的伸縮性限制如垂直伸縮性限制（Amazon提供的最大VM尺寸的限制）與水平伸縮性限制（須依賴于軟件負(fù)載均衡技術(shù)）通常比對(duì)等硬件的限制更大，因?yàn)橄馮CP緩沖 （它負(fù)責(zé)將來自Web服務(wù)器負(fù)載均衡器緩沖器的響應(yīng)發(fā)送給速度較慢的客戶端，因而使得Web服務(wù)器有能力處理其他任務(wù)）或SSL卸載這樣的高級(jí)技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)。此外，EC2環(huán)境是虛擬的，不能使用如內(nèi)核修改或其他OS級(jí)優(yōu)化等在重任務(wù)Linux環(huán)境中很普遍的底層性能技術(shù)；由于安裝和維護(hù)的困難，一個(gè)大的基于虛擬的環(huán)境成為面臨EC2的另一個(gè)挑戰(zhàn)。

2.2 谷歌的App Engine

作為最大的云計(jì)算使用者，Google的搜索引擎建立在200多個(gè)地點(diǎn)、超過100萬臺(tái)服務(wù)器的支撐之上，且這些設(shè)施的數(shù)量正在迅猛增長(zhǎng)。GoogleApp Engine［16］是 Google 公司推出的云計(jì)算服務(wù)，是一個(gè)由 Python 應(yīng)用服務(wù)器群、Big Table［23］結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)分布存儲(chǔ)系統(tǒng)及GFS數(shù)據(jù)儲(chǔ)存服務(wù)組成的平臺(tái)，它能為開發(fā)者提供一體化的、主機(jī)服務(wù)器及可自動(dòng)升級(jí)的在線應(yīng)用服務(wù)。GoogleApp Engine專為開發(fā)者設(shè)計(jì)，開發(fā)者可以將自己編寫的在線應(yīng)用運(yùn)行于Google的資源上。開發(fā)者不用擔(dān)心應(yīng)用運(yùn)行時(shí)所需要的資源，Google提供應(yīng)用運(yùn)行及維護(hù)所需要的一切平臺(tái)資源。這與Amazon提供的類似服務(wù)（S3、EC2及SimpleDB）不同，Amazon上直接提供一系列資源供用戶選擇使用。目前，GoogleAPP Engine平臺(tái)向用戶免費(fèi)提供500MB的存儲(chǔ)空間，大約每月500萬次頁面訪問，極大增加了其市場(chǎng)份額；Google還宣稱，由于使用了云計(jì)算技術(shù)，其計(jì)算成本僅為競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的1/100，存儲(chǔ)成本僅為競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的 1/30。更值得稱頌的是Google并不保守，它早已以發(fā)表學(xué)術(shù)論文的形式公開其云計(jì)算三大法寶：GFS、MapReduce和Big Table，并在美國、中國等高校開設(shè)如何進(jìn)行云計(jì)算編程的課程，為云計(jì)算在世界范圍內(nèi)的發(fā)展與普及做出了一定的貢獻(xiàn)。但是，與傳統(tǒng)的RDBMS（關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)）相比，Big Table還存在數(shù)據(jù)庫中的Join操作效率太低，只支持string的數(shù)據(jù)類型，不支持全表的排序運(yùn)算，不支持多個(gè)表的關(guān)系運(yùn)算，不支持多行的事務(wù)，不支持跨表的事務(wù)等缺點(diǎn)，但是由于Google云計(jì)算平臺(tái)所承載的應(yīng)用并不是以O(shè)LTP（聯(lián)機(jī)事務(wù)處理）事務(wù)處理為重點(diǎn)，這些缺點(diǎn)并不會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。此外，當(dāng)前Google只提供了Python一種編程語言的支持，怎樣才能支持多種編程語言并解決上述問題成為其今后努力的方向。

2.3 IBM的“藍(lán)云計(jì)劃”

2007年11月，IBM推出了自己的 “藍(lán)云（Blue Cloud）”計(jì)劃?！八{(lán)云”基于IBM Almaden研究中心（Almaden Research Center）的云基礎(chǔ)架構(gòu)，包括 Xen［17］和 PowerVM［18］虛擬 Linux操作系統(tǒng)映像以及Hadoop并行工作負(fù)載安排。它根植于IBM數(shù)十年來在開發(fā)和領(lǐng)導(dǎo)大規(guī)模計(jì)算方面的豐富經(jīng)驗(yàn)，包括并行系統(tǒng)綜合體 （Parallel Sysplex）、“深藍(lán)”SP 集群（Deep Blue SP Cluster）、“藍(lán)色基因”（Blue Gene）、網(wǎng)格計(jì)算等，代表了IBM在一直領(lǐng)先的計(jì)算領(lǐng)域中的一個(gè)重大進(jìn)步。IBM開發(fā)“藍(lán)云”的目的是幫助客戶充分利用云計(jì)算包括云應(yīng)用的能力，通過基于SOA的Web服務(wù)，來與他們現(xiàn)有的IT基礎(chǔ)架構(gòu)的集成?！八{(lán)云計(jì)劃”包括了IBM推出的一系列云計(jì)算產(chǎn)品和服務(wù)。如2008年推出的云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施咨詢服務(wù)，旨在幫助客戶識(shí)別與發(fā)掘利用云環(huán)境為最終用戶提供服務(wù)的機(jī)遇；IBM云測(cè)試環(huán)境設(shè)計(jì)與部署（The IBM Design and Implementation for Cloud Test Environments）服務(wù)，可支持客戶在自己的IT環(huán)境內(nèi)構(gòu)建一個(gè)云平臺(tái)，在顯著降低創(chuàng)建測(cè)試環(huán)境所需的人力成本的同時(shí)，大幅改進(jìn)服務(wù)，并將人為失誤風(fēng)險(xiǎn)降至最低。在推出新軟件同時(shí)，IBM還推出了云計(jì)算服務(wù)管理中心 （The Service Management Center for Cloud Computing），幫助客戶實(shí)現(xiàn)計(jì)算云的部署與管理自動(dòng)化。此外，IBM還基于多年來對(duì)中國市場(chǎng)的了解和在全球的資源推出了IBM “藍(lán)云6+1”解決方案。在不斷拓展云計(jì)算價(jià)值鏈的同時(shí)，IBM正在全球范圍內(nèi)致力于與業(yè)內(nèi)同行通力合作，發(fā)展開放、統(tǒng)一的云計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，使客戶更加容易地管理新生云環(huán)境，并于2009年與EMC、思科、VMWare等200多家IT廠商共同簽署了“開放云計(jì)算宣言”，與業(yè)界友商共同努力打造云計(jì)算的生態(tài)合作伙伴圈。IBM的藍(lán)云計(jì)劃能夠給企業(yè)與客戶帶來如下價(jià)值：統(tǒng)一管理IT基礎(chǔ)設(shè)施（服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)、軟件等），實(shí)現(xiàn)對(duì)IT資源的有效掌控；快速響應(yīng)企業(yè)對(duì)IT資源的需求；將標(biāo)準(zhǔn)流程和模板融入IT管理，降低運(yùn)維風(fēng)險(xiǎn)；共享資源，提升資源利用率；降低系統(tǒng)維護(hù)成本等。但是藍(lán)云計(jì)劃的主要開發(fā)工具Hadoop［12］（最早是作為一個(gè)開源搜索引擎項(xiàng)目Nutch［19］的基礎(chǔ)平臺(tái)而開發(fā)的，之后Hadoop從Nutch項(xiàng)目中獨(dú)立出來單獨(dú)開發(fā)，并成為開源云計(jì)算平臺(tái)的代表應(yīng)用于IBM的藍(lán)云計(jì)劃平臺(tái)）目前并不完善，特別是調(diào)度算法過于簡(jiǎn)單，降低了整個(gè)系統(tǒng)的性能，仍需要繼續(xù)完善和提高。

2.4 清華大學(xué)透明計(jì)算平臺(tái)

我國的計(jì)算機(jī)研究人員遠(yuǎn)在“云計(jì)算”這個(gè)名詞提出之前就已有透明計(jì)算的構(gòu)思，透明計(jì)算體現(xiàn)了云計(jì)算的特征，即資源池動(dòng)態(tài)的構(gòu)建、虛擬化、用戶透明等，如清華大學(xué)張堯?qū)W教授（中國工程院院士）早在1998年就開始從事透明計(jì)算系統(tǒng)和理論的研究，到2004年前后正式提出，并不斷完善了透明計(jì)算的概念和相關(guān)理論［20-21］。隨著硬件、軟件以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算模式從大型機(jī)的方式逐漸過渡到微型個(gè)人計(jì)算機(jī)的方式，并開始逐步過渡到普適計(jì)算。但是用戶仍難以獲得異構(gòu)類型的操作系統(tǒng)及應(yīng)用程序，在輕量級(jí)的設(shè)備上很難獲得完善的服務(wù)。而在透明計(jì)算中，用戶無須感知計(jì)算具體所在的位置以及操作系統(tǒng)、中間件、應(yīng)用等技術(shù)細(xì)節(jié)，只需根據(jù)自己的需求，通過連通在網(wǎng)絡(luò)之上的各種設(shè)備選取相應(yīng)的服務(wù)。張教授提出的透明計(jì)算平臺(tái)主要由3部分組成：透明客戶端、中間的透明網(wǎng)絡(luò)、透明服務(wù)器。用戶的顯示界面是前端的輕權(quán)設(shè)備，包括各種個(gè)人計(jì)算機(jī)、筆記本、PDA、智能手機(jī)等，統(tǒng)稱為透明客戶端。透明客戶端可以是沒有安裝任何軟件的裸機(jī)，也可以是裝有部分核心軟件平臺(tái)的輕巧性終端。中間的透明網(wǎng)絡(luò)整合了各種有線和無線網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)施，主要用來在各種透明客戶端與后臺(tái)服務(wù)器之間完成數(shù)據(jù)的傳遞，而用戶無須意識(shí)到網(wǎng)絡(luò)的存在。與云計(jì)算基礎(chǔ)服務(wù)設(shè)施構(gòu)想一致，透明服務(wù)器不排斥任何一種可能的服務(wù)提供方式，既可通過當(dāng)前流行的PC服務(wù)器集群方式來構(gòu)建透明服務(wù)器集群，也可使用大型服務(wù)器等。當(dāng)前透明計(jì)算平臺(tái)已經(jīng)達(dá)到了平臺(tái)異構(gòu)的目的，能夠支持Linux以及Windows操作系統(tǒng)的運(yùn)行，但還存在服務(wù)模式的轉(zhuǎn)變、各種操作系統(tǒng)的和諧共處和普遍訪問、技術(shù)的開放性、技術(shù)的透明性和安全性等問題，這也是普適計(jì)算和云計(jì)算平臺(tái)構(gòu)建中要解決的問題。

2.5 云快線科技的CloudEX云計(jì)算服務(wù)平臺(tái)

云快線科技是國內(nèi)最早專業(yè)從事云計(jì)算技術(shù)研發(fā)與商業(yè)應(yīng)用的公司之一。依托覆蓋全國的綠色數(shù)據(jù)中心資源、出色的技術(shù)研發(fā)能力和高品質(zhì)的服務(wù)保障體系，云快線科技向各類型企業(yè)及機(jī)構(gòu)提供方便、易用、節(jié)能、高效的彈性IT基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)及企業(yè)私有云應(yīng)用解決方案［22］。它提出的云計(jì)算解決方案通過云主機(jī)、云托管、云備份、云快線CDN加速為企業(yè)提供省心、省力、省錢的靈活定制化服務(wù)，其中的“CloudEx彈性云計(jì)算平臺(tái)”是云快線科技于2009年成功推出的國內(nèi)首個(gè)商用云計(jì)算服務(wù)平臺(tái)，旨在幫助用戶在線輕松獲取IT基礎(chǔ)設(shè)施資源。CloudEx是一個(gè)解決方案，它可以幫助運(yùn)營商快速構(gòu)建運(yùn)營績(jī)效服務(wù)中心，通過數(shù)據(jù)中心進(jìn)行整合；在技術(shù)方面主要采用了硬件虛擬化 （主要集中在系統(tǒng)級(jí)虛擬化上，即將物理主機(jī)的內(nèi)存、I/O設(shè)備、存儲(chǔ)和CPU管理起來成為一個(gè)虛擬的資源池，可按照用戶需求在一個(gè)物理主機(jī)上進(jìn)行虛擬機(jī)的劃分），以實(shí)現(xiàn)跨資源中心的統(tǒng)一部署，統(tǒng)一分配，為運(yùn)營商提供快速的增值服務(wù)和云計(jì)算服務(wù)。具體而言，該平臺(tái)具有以下特點(diǎn)：全面虛擬化，大大提高資源利用率和降低能耗；集中統(tǒng)一管理和整合各區(qū)域數(shù)據(jù)中心資源；內(nèi)置GSLB，全局負(fù)載均衡和流量的高可控性；計(jì)算和存儲(chǔ)資源的即時(shí)供應(yīng)，按需滿足客戶業(yè)務(wù)負(fù)載變化的需要，即按需擴(kuò)展能力；針對(duì)視頻等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)優(yōu)化的海量存儲(chǔ)能力；操作系統(tǒng)、節(jié)點(diǎn)機(jī)和應(yīng)用的一鍵部署能力；高可用和自愈能力；面向應(yīng)用的產(chǎn)品和服務(wù)整合能力。目前，CloudEx已推出涵蓋云主機(jī)、云托管、云備份、云存儲(chǔ)、CDN加速等商業(yè)應(yīng)用服務(wù)，并已成功地為全國范圍內(nèi)100多家包括門戶、視頻、網(wǎng)絡(luò)游戲、應(yīng)用軟件開發(fā)、物流平臺(tái)應(yīng)用、行業(yè)網(wǎng)站應(yīng)用在內(nèi)的客戶提供了云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)，且已與多家國內(nèi)外領(lǐng)先IT企業(yè)建立了穩(wěn)定的合作關(guān)系，共同推進(jìn)云計(jì)算在國內(nèi)的普遍應(yīng)用。

上述幾個(gè)云計(jì)算商用平臺(tái)在很多方面都體現(xiàn)了云計(jì)算系統(tǒng)的特性，如高度可擴(kuò)展性、靈活性、高可用性、經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)點(diǎn)，但其在系統(tǒng)的目標(biāo)顧客、系統(tǒng)開放性、支持程序設(shè)計(jì)、與傳統(tǒng)軟件兼容性等方面還存在差異。如在系統(tǒng)的目標(biāo)客戶群體方面，亞馬遜EC2和IBM藍(lán)云計(jì)劃的目標(biāo)客戶只針對(duì)系統(tǒng)開發(fā)商，清華大學(xué)的透明計(jì)算平臺(tái)直接向終端用戶提供服務(wù)，用戶可通過透明客戶端直接獲得服務(wù)；而Google的云計(jì)算平臺(tái)不僅直接向終端用戶提供服務(wù)，還通過GoogleApp Engine專為開發(fā)者設(shè)計(jì)，開發(fā)者也可將自己編寫的在線應(yīng)用運(yùn)行于Google的資源上；云快線科技的CloudEX云計(jì)算服務(wù)平臺(tái)則面向大中型互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用特別是有具備典型分布式部署需求的客戶（如在線游戲運(yùn)營商、有自建 CDN或全國多點(diǎn)部署需求的客戶等）。在系統(tǒng)的開放性方面，Amazon的彈性計(jì)算云是托管式的云計(jì)算平臺(tái)，用戶可以通過遠(yuǎn)端的操作界面直接操作使用，看不到實(shí)際的物理節(jié)點(diǎn)；Google的云計(jì)算平臺(tái)環(huán)境是私有的環(huán)境，除了開放有限的應(yīng)用程序接口外 （如GWT、Google App Engine、Google Map API），并沒有將云計(jì)算的內(nèi)部基礎(chǔ)設(shè)施共享給外部的用戶使用；IBM的“藍(lán)云”計(jì)算平臺(tái)則是可供銷售的軟、硬件集合，用戶基于這些軟、硬件產(chǎn)品構(gòu)建自己的云計(jì)算應(yīng)用；透明計(jì)算平臺(tái)為用戶同時(shí)提供了用戶實(shí)際接觸的客戶端節(jié)點(diǎn)以及無法接觸的遠(yuǎn)程虛擬存儲(chǔ)服務(wù)器，因此是一個(gè)半公開的環(huán)境。此外，在支持程序設(shè)計(jì)與對(duì)傳統(tǒng)軟件的兼容性方面，各個(gè)系統(tǒng)也存在較大差異，如亞馬遜EC2需要通過其提供的各種Web服務(wù)接口來啟動(dòng)、停止和監(jiān)控AMI實(shí)例的運(yùn)行，其運(yùn)行系統(tǒng)是虛擬化提供的，且可兼容傳統(tǒng)的軟件；Google的云計(jì)算平臺(tái)需要特定的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序編程接口，其運(yùn)行系統(tǒng)為新設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)且只提供了Python一種編程語言的支持，因此目前的軟件不兼容傳統(tǒng)軟件；IBM的“藍(lán)云”計(jì)算平臺(tái)是虛擬化提供的，使用本地分布式應(yīng)用程序編程接口，可以兼容傳統(tǒng)軟件以及新的云計(jì)算應(yīng)用編程接口，因此其兼容性和可拓展性較好；清華大學(xué)的透明計(jì)算平臺(tái)則無須任何編程接口，其設(shè)計(jì)是基于透明的管理技術(shù)，目前的系統(tǒng)和軟件可以運(yùn)行在透明計(jì)算平臺(tái)直接頂部，不排斥任何一種可能的服務(wù)提供方式，既可通過當(dāng)前流行的PC服務(wù)器集群方式來構(gòu)建透明服務(wù)器集群，也可使用大型服務(wù)器等，因此完全兼容傳統(tǒng)軟件與現(xiàn)有軟件；而世紀(jì)互聯(lián)已向獨(dú)立軟件開發(fā)商推出了基于“云計(jì)算構(gòu)件”模式的合作計(jì)劃，即為軟件開發(fā)商提供云計(jì)算平臺(tái)，預(yù)先將其核心產(chǎn)品預(yù)裝到企業(yè)級(jí)服務(wù)器上，經(jīng)過開發(fā)方嚴(yán)格的兼容測(cè)試和系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化后，面向終端用戶提供兼顧網(wǎng)絡(luò)接入和用戶訪問體驗(yàn)驗(yàn)證的整合方案；因此，CloudEX對(duì)軟件也具有較好的兼容性。通過上述幾個(gè)比較成功的云計(jì)算商業(yè)平臺(tái)可以看出，云計(jì)算應(yīng)用系統(tǒng)取得了很好的應(yīng)用效果，其商業(yè)潛能巨大，且給云計(jì)算用戶和開發(fā)人員帶來了 不 同 的 體 驗(yàn) 。 此 外 ，Mosso、FlexiScale、GogGrid、Coghead、Sales force等也正在構(gòu)建能夠滿足客戶不同需求的云計(jì)算應(yīng)用平臺(tái)。因此，如何構(gòu)建新型的云計(jì)算應(yīng)用程序以滿足客戶的不同需求并提供更加豐富的用戶體驗(yàn)，如何基于云計(jì)算進(jìn)一步挖掘其商業(yè)價(jià)值，成為云計(jì)算今后發(fā)展的主要趨勢(shì)。

3 云計(jì)算帶來的變革及展望

中國工程院院士、工業(yè)和信息化部部長(zhǎng)李毅中指出，下一個(gè)時(shí)代將是云計(jì)算的時(shí)代。云計(jì)算將帶動(dòng)整個(gè)商業(yè)模式的轉(zhuǎn)變，延伸出新的商業(yè)體系，并給云計(jì)算用戶、產(chǎn)業(yè)界及各國政府帶來深遠(yuǎn)影響與變革。對(duì)個(gè)人用戶而言，云計(jì)算將在互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用、產(chǎn)品應(yīng)用模式、IT產(chǎn)品開發(fā)方向等方面影響和滲透著人們的學(xué)習(xí)、工作和生活，其提供的服務(wù)具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。因此，消費(fèi)級(jí)個(gè)人用戶易接受云計(jì)算服務(wù)，并在未來可能通過手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備完成計(jì)算機(jī)能完成的一切，包括超大型計(jì)算任務(wù)、存儲(chǔ)任務(wù)等。對(duì)產(chǎn)業(yè)界而言，云計(jì)算促使企業(yè)統(tǒng)一管理IT基礎(chǔ)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)對(duì)IT資源的有效掌控，快速響應(yīng)企業(yè)對(duì)IT資源的需求，提高企業(yè)管理效率與服務(wù)水平，降低運(yùn)行維護(hù)成本與運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)，并實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)虛擬環(huán)境上的最大化資源共享和協(xié)同工作，提高資源利用率等；此外，云計(jì)算還可以擴(kuò)大軟硬件應(yīng)用的外延并改變軟硬件產(chǎn)品的應(yīng)用模式，即將軟件銷售轉(zhuǎn)變?yōu)榉?wù)銷售，最終推動(dòng)IT產(chǎn)業(yè)的大規(guī)模變革。因此，面臨云計(jì)算的這樣一個(gè)重要拐點(diǎn)，企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者如何在以服務(wù)為中心的新經(jīng)濟(jì)環(huán)境下進(jìn)行徹底的企業(yè)革新、選擇新一代云并努力推出全新的解決方案為客戶提供價(jià)值，成為產(chǎn)業(yè)界面臨的主要問題。作為增加政府透明度的有力工具，云計(jì)算正逐步成為政府參與國際化競(jìng)爭(zhēng)的戰(zhàn)略制高點(diǎn)，如奧巴馬政府將云計(jì)算、虛擬化和開源列為節(jié)約政府IT支出的三項(xiàng)重要手段之一，并將云計(jì)算作為一項(xiàng)長(zhǎng)期性的政策以解決安全性、性能和成本等方面的問題［23］；日本政府也提出建立一個(gè)大規(guī)模的云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施——“霞關(guān)云計(jì)算”以集成和整合硬件，建立信息共享平臺(tái)。與之相比，我國面對(duì)的云計(jì)算建設(shè)與云應(yīng)用還處在雛形階段，隨著我國對(duì)云計(jì)算重要作用認(rèn)識(shí)的不斷提高，云計(jì)算研究和應(yīng)用的投入力度將進(jìn)一步加大，云計(jì)算的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也在不斷加快，政府部門正在積極采取行動(dòng)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)制定工作并協(xié)調(diào)云計(jì)算產(chǎn)業(yè)鏈上、下游各個(gè)企業(yè)的關(guān)系，以促進(jìn)云計(jì)算產(chǎn)生后互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的良性健康發(fā)展。

綜上所述，在計(jì)算機(jī)處理器技術(shù)、通信技術(shù)、存儲(chǔ)計(jì)算高速發(fā)展，虛擬化技術(shù)普及，用戶體驗(yàn)需求不斷增長(zhǎng)，軟件向服務(wù)轉(zhuǎn)變的大背景下，劃時(shí)代的“云計(jì)算”技術(shù)初露端倪并展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景和無限商機(jī)。云計(jì)算的出現(xiàn)將延續(xù)互聯(lián)網(wǎng)革命，成為新的商業(yè)平臺(tái)并改變商業(yè)游戲規(guī)則，將導(dǎo)致新的價(jià)值發(fā)現(xiàn)與組合創(chuàng)新，具有不可限量的商業(yè)潛能。而在當(dāng)今互聯(lián)網(wǎng)促進(jìn)全球化趨勢(shì)的背景下，IT產(chǎn)業(yè)正在經(jīng)歷一場(chǎng)聲勢(shì)浩大的“云計(jì)算”浪潮，云計(jì)算和商務(wù)移動(dòng)化成為互聯(lián)網(wǎng)的兩大發(fā)展趨勢(shì)。云計(jì)算這一“破壞式創(chuàng)新”的出現(xiàn)為移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展注入了新的活力，極大地推動(dòng)了移動(dòng)通信與因特網(wǎng)的融合以及移動(dòng)通信與商務(wù)的結(jié)合，產(chǎn)生了巨大的價(jià)值空間，兩者也呈現(xiàn)出進(jìn)一步融合的趨勢(shì)。移動(dòng)商務(wù)運(yùn)營商正在加快轉(zhuǎn)型的步伐，在已有基礎(chǔ)上不斷進(jìn)行價(jià)值延伸，力求在3G時(shí)代加速移動(dòng)通信與互聯(lián)網(wǎng)的融合進(jìn)程，以借助云計(jì)算占據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主導(dǎo)優(yōu)勢(shì)，如中國移動(dòng)大云、中國電信e云、中國聯(lián)通“互聯(lián)云”的出現(xiàn)等。因此，云計(jì)算與下一代通信技術(shù)尤其是移動(dòng)商務(wù)技術(shù)的融合這一科學(xué)命題將成為其下一步發(fā)展的一大趨勢(shì)和研究熱點(diǎn)。但是，關(guān)于云系統(tǒng)的安全性、自治性、大型云間的交互協(xié)同、CRM在云中的應(yīng)用等方面的研究仍顯不足，還難以為云計(jì)算在商業(yè)中的普及化提供足夠支撐，因此還需要進(jìn)一步深入的研究。

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（責(zé)任編輯 劉傳忠）

The Development of Cloud Computing——based on the Aspect of Technology and Business Value

Zhang Yaming,Liu Haiou
（School of Economics and Management， Yanshan University， Qinhuangdao 066004， China）

G304

A

河北省科技廳“基于并行計(jì)算的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)物流智能預(yù)測(cè)系統(tǒng)的研究”課題資助（07213529）。

2010-05-28

張亞明（1962-），男，山東萊州人，管理學(xué)博士，教授，博士生導(dǎo)師；研究方向：信息系統(tǒng)與電子商務(wù)。