云計算(1)

[編者按]云計算是目前被廣泛討論的互聯網熱點，各大IT巨擘都推出了自己的云計算產品。本講座將分3期對云計算技術進行討論:第一講從云計算服務的使用者角度簡單敘述云計算的由來、基本特點以及當前的典型應用;第二、三講從技術角度探討云內部的具體內容，分析云計算的組成、體系結構、計算模型，比較云計算與其他分布式計算技術的區別，探討云計算的成功案例、云計算商業模式、相關的經濟技術問題、云計算發展趨勢等。

雖然IT業界對云計算趨之若鶩，卻鮮有人能給出云計算的真正含義。多數普通百姓、甚至專業人士也不是很清楚到底什么是云計算。人們最常見的感受就如同流行歌曲里唱的霧里看花，看不清云(Cloud)到底是什么樣子，也不知道云計算能做什么。

1 什么是云計算

云計算是一種IT世界基礎設施的變遷，但是如何準確的定義它呢?事實上，很難用一句話說清楚到底什么才是真正的云計算。2009年1月24日，Jeremy Geelan在云計算雜志上發表一篇文章，題目就是“21位專家定義云計算”，其結果是21位專家給出了21種定義。

到底什么是云計算?從維基百科上幾乎可以查到你所需要的一切。維基百科對云計算的解釋是:云計算，是一種互聯網上的資源利用新方式，可為大眾用戶依托互聯網上異構、自治的服務進行按需即取的計算。由于資源是在互聯網上，而在計算機流程圖中，互聯網常以一個云狀圖案來表示，因此可以形象地類比為云計算，“云”同時也是對底層基礎設施的一種抽象概念。

再看看學院派的學者們是如何定義的?下面是伯克利大學的定義:云計算包含互聯網上的應用服務及在數據中心提供這些服務的軟硬件設施。互聯網上的應用服務一直被稱作軟件即服務(SaaS)，所以我們使用這個術語。而數據中心的軟硬件設施就是我們稱作的“云”。

看了這兩個定義后，我們對云計算有了大概的了解。其實云計算到底是什么，還取決于人們所關注的興趣點。不同的人群看待云計算會有不同的視圖和理解。我們可以把人群分為3類:

●云計算服務的使用者

●云計算系統規劃設計開發者

●云計算服務的提供者

本文將分為3講，從這3類人群的角度來敘述什么是云計算。本期主要側重云計算的用戶視圖，即用戶看到的云計算到底是什么樣子的，它能給我們帶來什么?那么什么是云計算的問題就可以由用戶根據自己的理解來加以定義了。

從用戶的角度來看，云計算可以用圖來形象地表達，如圖1所示。

從圖1看來，云非常簡單。一切的一切都在云里邊，它可以為你提供云計算、云存儲以及各類應用服務。作為云計算的使用者，你不用關心云里邊到底是什么、云里的CPU是什么型號的、硬盤的容量是多少、服務器在哪里、計算機是怎么連接的、應用軟件是誰開發的等等問題。你需要關心的就是隨時隨地可以接入、有無限的存儲可供使用、有無限的計算能力為你提供安全可靠的服務，而你只需要按實際使用情況計量付費。

云計算最典型的應用就是基于Internet的各類業務。云計算成功案例包括:Google的搜索、在線文檔GoogleDocs、基于Web的電子郵件系統Gmail;微軟的MSN、Hotmail和最新推出的必應(Bing)搜索;Amazon的彈性計算云(EC2)和簡單存儲服務(S3)業務等等。

2 為什么需要云計算

為什么會有云計算，或者說為什么需要云計算呢?這得從頭說起。

1946年第一臺電子計算機ENIAC問世，研制該計算機的主要目的是用來計算彈道導彈軌跡。那時候的計算機非常昂貴，不僅速度慢而且還很笨重，普通人根本不法使用，也使用不起。有傳言IBM總裁在1950年代曾預言全世界只需要5臺計算機。但是隨著技術的發展，尤其是PC機的誕生，計算機逐漸進入各行各業甚至尋常百姓家中。與此同時，計算機科學家試圖把不同地方的計算機連接在一起，使得計算機之間能夠通信以實現資源共享。這就是現在Internet的前身ARPAnet。

云計算的概念可以追溯到1961年，當時計算機科學的奠基人John McCarthy就指出:計算機的分時技術使得將來的計算能力甚至特定的應用程序有可能按公共服務的商業模式來銷售，就像自來水和電力一樣。這個概念在現在看來就是云計算。

計算機科學家試圖用網絡連接的計算機來共同完成一些更為復雜的計算任務，即用分布系統來求解計算問題，其中問題被分解成許多小的任務由不同的計算機來完成。這就是所謂的分布式計算。

分布式計算其實是一種泛泛的說法，與之相關的技術詞匯還有:

●并行計算，不同的子任務在不同的計算機上同時運行，以解決復雜問題。

●客戶/服務器計算，集中式的應用和存儲。

●集群計算，以緊耦合方式連接一組計算機以構成更高性能的計算機系統。

●網格計算，以松耦合方式連接互聯網上的計算機以構成更高性能的計算機系統。

●對等計算，在互聯網上實現資源共享。

●云計算，基于互聯網范圍的協作計算。

這些分布式計算技術是隨著各類科學工程問題、企業應用問題對計算機功能、性能的要求越來越高而逐步發展演化的結果。簡單地說，云計算就是最新的一種分布式計算技術，人們的終極目標就是網絡就是計算機，可以像使用PC機一樣方便地使用整個互聯網構成的真正的超級計算能力。

3 云計算與網格計算

類似于云計算，網格計算是幾年前最熱門的IT詞匯。如果讀者對網格計算和云計算有一定了解，那就會知道它們的愿景都提到將來能像使用電力或自來水一樣使用網格或云的計算能力。時至今日，有人認為網格計算已經過時，云計算是一種“革命性的計算模型”;也有人認為云計算是新瓶裝舊酒;還有一種說法是下層是網格計算基礎設施，上層是云計算服務平臺。那么云計算和網格計算是否有什么關系或區別呢?

網格計算是一個很理想的概念。它的出發點是依托專網或互聯網，將部分處于不同地域的自愿參加的計算機組織起來，統一調度，利用閑散的計算資源，組成一臺虛擬的超級計算機，形成超級計算能力。

網格計算在科學計算領域有一些成功的應用，歐洲粒子研究中心(CERN)的數據網格就是一個成功案例(讀者熟知的WWW就是CERN的Tim Berners-Lee創造發明的，其原動力就是要解決如何在相關的科研資料之間架起一座橋梁以方便研究人員獲取所需要的信息)。網格在CERN的應用EGEE是為了解決目前世界上最大功率的粒子加速器大型強子對撞機(LHC)所產生的海量數據的處理。LHC探測器提供的數據流大約是300 Gbit/s，經過濾后有效原始數據約為300 Mbit/s，LHC每年的數據量大約在10~15 Pbit，足以刻錄約170萬張雙層DVD光盤。這是真正的海量數據，平常我們計算中碰到的所謂海量數據和它相比只能算是九牛一毛而已。由于數據量的巨大，LHC所產生的數據的收集、存儲、分發等等必須采用網格計算技術來實現。

云計算也是在先前發展起來的技術基礎上提出的，廣大用戶依托互聯網某些節點強大的信息資源，包括存儲資源、計算資源、軟件資源、數據資源、管理資源為我所用，不對用戶集中控制，用戶不關心服務者在什么地方。

比較一下網格計算和云計算，很難說云計算和網格計算有什么本質的區別，它們的目標都是以互聯網為中心，提供安全、快速、便捷的數據存儲和網絡計算服務。相形之下，網格計算更強調資源共享，強調將工作量轉移到遠程的可用計算資源上。任何人都可以作為請求者使用其他節點的資源，任何人都需要貢獻一定資源給其他節點。而云計算則強調專有，任何人都可以獲取自己的專有資源，這些資源是由少數團體提供的，用戶不需要貢獻自己的資源。網格計算完成特定的任務，云計算則完成多樣化服務。

此外，云計算更強調其運行的商業模式，即用多少付多少費用。表現為需求驅動、用戶主導、按需服務、即用即付、用完即散。如果一定要說哪項技術是云計算專有的，那就是Google提出的支持其互聯網搜索業務的云計算三大法寶:GFS、MapReduce和BigTable了。

4 云計算特點

云究竟能為我們帶來什么樣的好處呢?

現今科技發展不再以技術為驅動，而更多是需求驅動了。一種新技術要能吸引人們來使用就必須具備吸引人的特點。雖然云計算的專家們指出了許多云計算所具有的特點，但是作為用戶所關注的特點主要有以下幾點:

(1)降低資本投資。隨著企業的業務創新發展，賴以支持企業業務的計算任務也越來越復雜。為此，企業的傳統做法是投資購買最先進的計算設施以支持企業應用。但是這種貴重設備的利用率通常都很低，也造成了大量投資的浪費。而采用云計算方式，則企業不必進行大量先期設備投資，只是在需要時將企業的計算任務提交到能夠提供強大計算能力的云計算平臺上或調用其上的云服務即可，從而可以節省企業投資。

(2)云服務商業模式。云平臺是同時為大量用戶提供各類計算服務的，每個用戶只需要對云平臺為自己的計算任務所作的計算支付費用，這就是所謂的pay-per-use商業模式。就像大家使用電力一樣，用戶用多少度電就支付多少度電的電費。這就降低了企業使用云的門檻，同時大大降低了其計算成本。

(3)強大的計算和存儲能力。聚集了互聯網上成百上千萬臺計算機的云自然可以提供超強的計算能力和無限的存儲空間。還有許多云計算服務提供者開發的各類互聯網應用，你可以在云中選擇云計算服務商為你提供更專業的企業計算服務。

(4)安全可靠。相信多數讀者都有過數據丟失的體驗。若某人的筆記本電腦不幸丟失或被盜，比起電腦本身，當事人往往更關注電腦中的數據丟失問題，這就說明了數據具有更高的價值。如果把數據存放到云平臺上，由最先進的數據中心幫助保存數據，由專業的團隊幫助管理信息，同時，嚴格的權限管理策略幫助用戶放心地與指定的人共享數據，數據就會更安全可靠些。為什么要把最敏感的數據交給別人管理?究竟是把資料存在自己的電腦上安全還是放在云上安全?這是一個復雜的問題。然而，大家可以想象一下，把錢放在有嚴格安全制度的銀行安全還是放在枕頭底下更安全呢?

因此，云計算能帶給用戶最大的好處應該在于它能提供靈活、個性化、多樣化、簡單的應用和服務。有了云計算，廣大用戶不再需要不斷自購或升級軟硬件;對大量中小企業，無需一開始就花費大量的投資來購買部署計算機軟硬件設備、建設機房和聘用維護人員，不必因為高估自身業務受歡迎的程度，而過度部署造成資源浪費，也不會再因對廣受歡迎的業務部署不足而痛失潛在的客戶。

5 云計算在業界的典型應用

網格計算的發展可以用“學術界熱，企業界不熱”來形容，而云計算則在企業界大熱。自從2006年Google CEO埃里克#8226;施密特(Eric Schmidt)首次提出云計算一詞以來，業界迅速卷入云端，各大IT巨頭紛紛宣布了自己的云計算計劃，競相標榜自己的云計算服務。IT大公司如此一致的行動在IT產業的歷史上很難得一見。

5.1 Google

Google是云計算的始作俑者，也是最大的贏家。Google為了建立其搜索領域的老大地位，其搜索引擎分布在200多個地點、超過100萬臺服務器的支撐之上，且這些設施的數量還在迅猛增長。正是為了解決這些服務器群之間的通信和協作，Google才提出GFS、MapReduce和BigTable技術。這些技術使Google可以讓幾十萬臺甚至上百萬臺計算機一起形成“云”，組成強大的數據中心，因而被后人稱為云計算三大法寶。Google中國前CEO李開復曾說過，Google真正的競爭力就在于擁有這些“云”，他們讓Google有了無與倫比的存儲和計算全球數據的能力。

基于Google的云計算基礎設施，Google還提供了基于Web的傳統辦公軟件服務，包括:Gmail、Google日歷、Google Talk、Google Docs以及Google地球和地圖應用。采用Google Docs，數據會保存在互聯網上的某個位置，用戶可以通過任何一個與互聯網相連的系統方便地訪問這些數據。目前，Google已經允許第3方在Google的云計算中通過Google App Engine運行大型并行應用程序。Google值得稱頌的是它不保守，它早已以發表學術論文的形式公開了其云計算三大法寶，在高校和研究機構受到熱捧，成為搭建云計算平臺和云計算編程的工具。

5.2 IBM

IBM在2007年11月推出了“改變游戲規則”的“藍云”計算平臺，為客戶帶來即買即用的云計算平臺。它包括一系列的自動化、自我管理和自我修復的虛擬化云計算軟件，使來自全球的應用可以訪問分布式的大型服務器池，使得數據中心在類似于互聯網的環境下運行計算任務。

目前，IBM正在與17個歐洲組織合作開展云計算項目。歐盟提供了1.7億歐元作為部分資金。該計劃名為RESERVOIR，以“無障礙的資源和服務虛擬化”為口號。2008年8月，IBM宣布將投資約4億美元用于其設在北卡羅來納州和日本東京的云計算數據中心改造，并計劃2009年在10個國家投資3億美元建設13個云計算中心。

5.3 Amazon

Amazon兩年前就進軍新興的云計算市場，為嘗試進入該領域的企業開創了良好的開端。

Amazon網絡服務(簡稱AWS)使得用戶可以通過簡單的Web服務接口，租用彈性計算云(EC2)的計算機來運行自己的程序，并使用簡單存儲服務(S3)無限的存儲空間。Amazon計費模式主要包括:虛擬機按小時計費、數據傳輸按數據量計費。Amazon把云計算做成一個大生意只用了不到兩年時間?，F在，在Amazon上的注冊開發人員達44萬人，還有為數眾多的企業級用戶。有第三方統計機構提供的數據顯示，Amazon與云計算相關的業務收入已達1億美元。云計算是Amazon增長最快的業務之一。

5.4 Microsoft

微軟于2008年10月推出了Windows Azure(藍天)云計算操作系統，Azure服務平臺是一個云應用平臺，并提供一組服務:Live服務、Azure數據服務、NET服務、SharePoint服務和Dynamics CRM服務，以便在云上開發、管理和進行應用程序的托管。Azure的底層是微軟全球基礎服務系統，由遍布全球的數據中心構成。微軟擁有全世界數以億計的Windows用戶桌面和瀏覽器，現在它將它們連接到“藍天”上。

微軟的在線服務云計算產品還包括:MSN、Hotmail、Bing和Product Service Support。

5.5 Salesforce

Salesforce是軟件即服務(SaaS)廠商的先驅，它提供的是可通過網絡訪問的自動化應用軟件。在該公司的帶動下，其他SaaS廠商已如雨后春筍般蓬勃而起。

Salesforce的下一目標是:平臺即服務(PaaS)。Salesforce正在建造自己的網絡應用軟件平臺Force.com，這一平臺可作為其他企業構建自己的軟件服務的基礎。Force.com包括關系數據庫、用戶界面選項、企業邏輯以及一個名為Apex的集成開發環境。

5.6 Oracle

Oracle一直是推動企業網格應用的先驅之一，其產品包括真正的應用集群(RAC)、自動存儲管理(ASM)和存儲網格(Storage Grid)。

Oracle CEO拉里#8226;埃里森(Larry Ellison)在2008年9月26日表示，“我們已經重新定義了云計算，它將囊括我們所做的一切。最近發布的一切新產品新服務都是云計算?！監racle還和Amazon合作，基于AWS提供了下列產品和服務:

●在云中部署Oracle軟件;

●在云中備份Oracle數據庫。

5.7 中國云計算進展

中國云計算的發展也非常迅猛。2008年11月25日，中國電子學會專門成立了云計算專家委員會，2009年5月22日，中國電子學會在北京中國大飯店隆重舉辦了第一屆中國云計算大會。

2008年5月10日，IBM在中國無錫太湖新城科教產業園建立的中國第一個云計算中心投入運營。2008年6月24日，IBM在北京IBM中國創新中心成立了第二家中國的云計算中心——IBM大中華區云計算中心。

2008年12月30日，阿里巴巴集團旗下子公司阿里軟件與江蘇省南京市政府正式簽訂了2009年戰略合作框架協議，于2009年初在南京建立國內首個電子商務云計算中心。

中國移動研究院云計算的探索起步較早，已經完成了云計算中心試驗。中國移動董事長兼CEO王建宙認為云計算和互聯網的移動化是未來發展方向。

中國企業創造的“云安全”概念，在國際云計算領域算是獨樹一幟。云安全通過互聯網上大量客戶端對軟件的異常行為進行監測，獲取木馬、惡意程序的最新信息，發送到云安全端進行自動分析和處理，之后把相應的解決方案分發到每一個客戶端。云安全的發展像一陣風，瑞星、趨勢、卡巴斯基、MCAFEE、SYMANTEC等都推出了云安全解決方案。瑞星基于云安全策略開發的2009新品每天可攔截數百萬次木馬攻擊。借助云安全，趨勢科技每天阻斷的病毒感染最高達1 000萬次。 (待續)

收稿日期:2009-11-06

王柏，北京郵電大學計算機學院教授、副院長，主要研究方向為下一代電信運營支撐系統、分布計算技術、復雜網絡可視化分析等，已發表論文60余篇、專著3部。

徐六通，北京郵電大學計算機學院教授，主要研究方向為數據挖掘、網格計算與分布式系統及其在電信領域的應用研究，已發表論文20余篇。