云計(jì)算熱點(diǎn)問題分析作為一種基于互聯(lián)網(wǎng)的大眾參與的計(jì)算模式，云計(jì)算以服務(wù)的方式提供計(jì)算資源包括計(jì)算能力、存儲(chǔ)能力和交互能力等，形成了一種動(dòng)態(tài)可伸縮虛擬化的新型計(jì)算資源組織、分配和使用模式。這種模式使得計(jì)算資源成為向大眾提供服務(wù)的社會(huì)基礎(chǔ)設(shè)施，與傳統(tǒng)利用桌面計(jì)算資源的模式有很大不同，將可能會(huì)對(duì)信息技術(shù)本身及其應(yīng)用產(chǎn)生深刻影響。軟件工程、網(wǎng)絡(luò)與端設(shè)備的資源配置、獲取信息與知識(shí)的方式等1，無不因云計(jì)算的發(fā)展而產(chǎn)生重要變化。自從2007年云計(jì)算概念被提出以來，經(jīng)過科研和產(chǎn)業(yè)界一段時(shí)間的推進(jìn)，云計(jì)算正在逐步從理想走向?qū)嵺`。但是，也正因?yàn)樵朴?jì)算所產(chǎn)生的影響將會(huì)非常深刻，其技術(shù)手段和實(shí)現(xiàn)方法的完善必將會(huì)是一個(gè)較為長(zhǎng)期的發(fā)展和演進(jìn)過程。云計(jì)算有一些重要的基本熱點(diǎn)問題正在被廣泛討論27，涉及云計(jì)算的技術(shù)基礎(chǔ)、服務(wù)模式和商業(yè)運(yùn)作等各方面。本文從對(duì)計(jì)算資源虛擬化的理解、網(wǎng)格計(jì)算與云計(jì)算的差異、云計(jì)算中心與高性能計(jì)算機(jī)的關(guān)系、云安全和云標(biāo)準(zhǔn)等熱點(diǎn)入手加以探討并發(fā)表看法。1計(jì)算資源虛擬化問題維基百科將虛擬化定義為“對(duì)計(jì)算資源的抽象8”。從技術(shù)的發(fā)展歷史來看，虛擬化技術(shù)早已存在。如操作系統(tǒng)弱化了軟件應(yīng)用環(huán)境與硬件平臺(tái)之間的依賴，甚至完全隔離；中間件弱化了應(yīng)用軟件對(duì)軟件運(yùn)行的依賴，甚至完全隔離；它們都可以說是采用了虛擬化技術(shù)。進(jìn)一步，在由單機(jī)向互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境轉(zhuǎn)變的背景下，虛擬化技術(shù)催生了云計(jì)算的雛形。如WEB郵箱通過瀏覽器收發(fā)和管理海量的電子郵件，而郵箱管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)被虛擬化了；搜索引擎服務(wù)于個(gè)性化搜索請(qǐng)求，但是搜索和匹配的細(xì)節(jié)被虛擬化了；網(wǎng)絡(luò)相冊(cè)用于存儲(chǔ)和分享照片，而存儲(chǔ)中心的動(dòng)態(tài)管理被虛擬化了；網(wǎng)上開店已成為我們的日常生活，而網(wǎng)上交易、支付被虛擬化了等等。我們可以將虛擬化的對(duì)象計(jì)算資源歸納為3個(gè)主要類別計(jì)算能力、存儲(chǔ)能力和交互能力，恰好對(duì)應(yīng)于傳統(tǒng)的單臺(tái)計(jì)算機(jī)的CPU、存儲(chǔ)和輸入輸出等資源。但是計(jì)算資源虛擬化促使我們不能單純地把計(jì)算看作是主體。若把計(jì)算看作主體，主體就是計(jì)算中心；若把存儲(chǔ)看作主體，主體就是存儲(chǔ)中心；也可以把交互看作主體，而計(jì)算和存儲(chǔ)可為其輔助。大眾用戶可用更加自然的交互方式呈現(xiàn)出個(gè)性化服務(wù)的強(qiáng)勁需求，無需關(guān)心特定應(yīng)用軟件的服務(wù)方式，如是否被他人同時(shí)租用；無需關(guān)心計(jì)算平臺(tái)的操作系統(tǒng)以及軟件環(huán)境等底層資源的物理配置與管理；無需關(guān)心計(jì)算中心的地理位置。分別滿足于這3方面要求的恰為互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的虛擬服務(wù)軟件即服務(wù)SAAS、平臺(tái)即服務(wù)PAAS和基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)IAAS。由他們實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)可伸縮的計(jì)算資源組織、分配和使用。互聯(lián)網(wǎng)資源配置的變遷如圖1所示。大量服務(wù)器的使用促使了服務(wù)器托管的出現(xiàn)以減輕各機(jī)構(gòu)自身維護(hù)的成本負(fù)擔(dān)，而簡(jiǎn)單的托管并不能對(duì)服務(wù)器實(shí)施更好的集約化使用，如果能夠?qū)崿F(xiàn)虛擬化服務(wù)，將服務(wù)器變成“服務(wù)”，則服務(wù)提供方就可以進(jìn)一步地整合各類計(jì)算資源。從虛擬服務(wù)的演變過程可以看出，云計(jì)算以服務(wù)的方式提供計(jì)算資源是必然的。這與工業(yè)化革命促使傳統(tǒng)制造業(yè)的大生產(chǎn)向集約化、規(guī)模化、專業(yè)化轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)極其相似。今天，信息產(chǎn)業(yè)也正在走向信息服務(wù)的規(guī)?；?、集約化和專業(yè)化。計(jì)算資源的虛擬化有利于資源的合理配置，并可有效提高利用率。據(jù)統(tǒng)計(jì)，服務(wù)器的實(shí)際利用率只有15，而在服務(wù)器集群系統(tǒng)中其利用率則可能提高到80以上，這甚至直接促進(jìn)了節(jié)能減排和綠色計(jì)算的實(shí)現(xiàn)9。2云計(jì)算與網(wǎng)格計(jì)算的差別問題在云計(jì)算的概念被提出之前，網(wǎng)格計(jì)算10作為一個(gè)熱門研究領(lǐng)域已有10余年歷史，并得到了廣泛關(guān)注。在云計(jì)算剛被提出的一兩年間，不少人的印象是云計(jì)算在企業(yè)界熱，在學(xué)術(shù)界不熱，而網(wǎng)格計(jì)算則相反，在學(xué)術(shù)界熱，在企業(yè)界不熱。云計(jì)算與網(wǎng)絡(luò)計(jì)算的差別在哪里概括地講，網(wǎng)格計(jì)算是“多為一”多臺(tái)計(jì)算機(jī)構(gòu)成網(wǎng)格，為一個(gè)特定的大型計(jì)算任務(wù)服務(wù)；云計(jì)算是“一為多”，互聯(lián)網(wǎng)上一個(gè)個(gè)集約化、專業(yè)化的云計(jì)算平臺(tái)依托網(wǎng)絡(luò)形成規(guī)模化的服務(wù)。網(wǎng)格技術(shù)的開創(chuàng)者IANFOSTER將之定義為“在動(dòng)態(tài)、多機(jī)構(gòu)參與的虛擬組織中協(xié)同共享資源和求解問題”。網(wǎng)格計(jì)算依托專網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)，將處于不同地域、不同領(lǐng)域的多個(gè)閑散計(jì)算機(jī)資源組織起來，通過統(tǒng)一調(diào)度來組成一臺(tái)虛擬的“超級(jí)計(jì)算機(jī)”，共同完成一個(gè)較為復(fù)雜的任務(wù)，如要求大量計(jì)算處理周期和大量數(shù)據(jù)的科學(xué)計(jì)算問題。可見，網(wǎng)格計(jì)算的基本應(yīng)用場(chǎng)景就是將跨地域的、不同所有人的計(jì)算資源結(jié)合起來，以形成更為強(qiáng)大的計(jì)算能力。云計(jì)算傾向于利用互聯(lián)網(wǎng)上某些節(jié)點(diǎn)強(qiáng)大的計(jì)算資源包括計(jì)算能力、存儲(chǔ)能力和交互能力等，以服務(wù)的方式將這些資源變成可被廣大用戶使用的動(dòng)態(tài)、可伸縮的虛擬資源。云計(jì)算強(qiáng)調(diào)用戶主導(dǎo)、按需服務(wù)、即用即付、服務(wù)完即散。云計(jì)算的基本應(yīng)用場(chǎng)景直接面向互聯(lián)網(wǎng)，通過同一個(gè)相對(duì)集中的計(jì)算資源池，以服務(wù)來盡量滿足大量的、分散的終端用戶的需求。兩者最大的相似點(diǎn)在于“資源共享”和“虛擬計(jì)算”，即都強(qiáng)調(diào)以某種虛擬化方法對(duì)互聯(lián)網(wǎng)上的資源進(jìn)行共享并提供給用戶，以獲得更合理的資源利用率。關(guān)于其差別，可以將其細(xì)化為5個(gè)方面1云計(jì)算以集群計(jì)算為主，其中的計(jì)算節(jié)點(diǎn)自主、自治，面向不同服務(wù)對(duì)象；網(wǎng)格計(jì)算以并行計(jì)算為主，依托網(wǎng)絡(luò)將跨地域的計(jì)算機(jī)組織起來，并通過統(tǒng)一的調(diào)度系統(tǒng)將作業(yè)分解到不同的計(jì)算節(jié)點(diǎn)中并行處理。2云計(jì)算承認(rèn)異構(gòu)，即承認(rèn)節(jié)點(diǎn)在原理、規(guī)模和能力上的差異性，用服務(wù)的互操作來實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)之間的資源共享；網(wǎng)格計(jì)算需要在更高層屏蔽異構(gòu)，即用中間件屏蔽異構(gòu)系統(tǒng)，使用戶面向同一環(huán)境來共享資源。3云計(jì)算面向完成持久性、多樣化的服務(wù)，互聯(lián)網(wǎng)上不同的云計(jì)算中心通常提供大量多樣化的、持久的面向特定領(lǐng)域的服務(wù)；網(wǎng)格計(jì)算往往用于完成一次性特定任務(wù)，且要完成的任務(wù)是預(yù)先設(shè)定的。4云計(jì)算采用商業(yè)式運(yùn)營(yíng)，即向用戶提供盡力而為質(zhì)量的多租賃的服務(wù)，用戶按租使用、按用付費(fèi)；網(wǎng)格計(jì)算依賴于組織之間的協(xié)作式運(yùn)營(yíng)，能夠提供帶寬保證、性能保障，沒有明顯的商業(yè)模式。5云計(jì)算更多的是服務(wù)于大眾用戶的需求，大眾參與計(jì)算與交互，相互溝通交流，需具備語(yǔ)義處理、不確定性處理等能力；網(wǎng)格計(jì)算面向科學(xué)計(jì)算任務(wù)，按規(guī)定要求和程序輸入/輸出，存在確定的交互，人通常不主動(dòng)參與?？梢姡朴?jì)算與網(wǎng)格計(jì)算分別適應(yīng)于不同應(yīng)用場(chǎng)景，兩者有著不同應(yīng)用目標(biāo)，在科學(xué)計(jì)算領(lǐng)域和為大眾用戶服務(wù)兩個(gè)方向上各自發(fā)揮著潛能。3云計(jì)算中心的計(jì)算機(jī)性能問題云計(jì)算中心以集群計(jì)算為主，其中大量的節(jié)點(diǎn)通過互操作形成面向用戶的虛擬服務(wù)器。但是，目前很多機(jī)構(gòu)已經(jīng)購(gòu)置高性能計(jì)算機(jī)、搭建起高性能計(jì)算中心。那么，高性能計(jì)算機(jī)是否可應(yīng)用于云計(jì)算中心云計(jì)算中心是不是高性能計(jì)算中心高性能計(jì)算機(jī)和云計(jì)算中心的虛擬服務(wù)器之間是什么關(guān)系從目前流行的規(guī)?；⒓s化、專業(yè)化的云計(jì)算中心，如GOOGLE、AMAZON與SALESFORCE等來看，并沒有使用全球TOP10的高性能計(jì)算機(jī)構(gòu)成服務(wù)器集群。據(jù)分析，GOOGLE計(jì)算中心的服務(wù)器集群可能是由至少分布在25個(gè)地方、超過45萬(wàn)臺(tái)的普通計(jì)算機(jī)組成的，而AMAZON和SALESFORCE的計(jì)算中心則可能分別運(yùn)行著由約10萬(wàn)臺(tái)和千余臺(tái)普通計(jì)算機(jī)組成的集群系統(tǒng)1112。正因?yàn)樵朴?jì)算服務(wù)于大眾用戶相對(duì)獨(dú)立的需求，服務(wù)器集群用于響應(yīng)不同用戶請(qǐng)求的任務(wù)的依賴性、交叉性也大為降低，這種松耦合的任務(wù)甚至使得云計(jì)算中心可以“使用尼龍拉鏈將計(jì)算機(jī)固定在高高的金屬架上，這樣一旦出現(xiàn)故障便于更換”13。但是，通過集群之間的協(xié)作，對(duì)于涉及到“微處理器工作幾十億次”和閱讀“幾百兆字節(jié)數(shù)據(jù)”的一個(gè)搜索任務(wù)而言，通常仍然可以在零點(diǎn)幾秒內(nèi)即可完成。高性能計(jì)算機(jī)的服務(wù)對(duì)象是各個(gè)科學(xué)計(jì)算領(lǐng)域，應(yīng)用領(lǐng)域集中在能源、制造、天氣預(yù)報(bào)、核爆、流體力學(xué)和天文計(jì)算等14。目前排名第一的XT5JAGUAR高性能計(jì)算機(jī)部署在OAKRIDGENATIONALLABORATORY，在LINPACK測(cè)試中獲得了175PFLOPS的性能分?jǐn)?shù)，采用了近25萬(wàn)個(gè)計(jì)算核心，理論峰值計(jì)算速度可達(dá)23PFLOPS0。高性能計(jì)算機(jī)重要的追求目標(biāo)是提高計(jì)算處理的速度，在LINPACK測(cè)試中取得更高的性能參數(shù)。云計(jì)算中心的服務(wù)往往需要面向大眾用戶的多樣化應(yīng)用，包括大規(guī)模搜索、網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)商務(wù)等，其應(yīng)該更多地具備為數(shù)以千萬(wàn)計(jì)的不同種類應(yīng)用提供高質(zhì)量服務(wù)環(huán)境的能力，并且能有效地適應(yīng)用戶需求和業(yè)務(wù)創(chuàng)新。與超級(jí)計(jì)算中心相比，云計(jì)算完成了從傳統(tǒng)的、面向任務(wù)的單一計(jì)算模式向現(xiàn)代的、面向服務(wù)的規(guī)?；I(yè)化計(jì)算模式的轉(zhuǎn)變?？梢?，部署于高性能計(jì)算中心的計(jì)算機(jī)，適合解決要求高并發(fā)計(jì)算的科學(xué)問題，但是未必就適合云計(jì)算模式。4云安全問題資源共享的云計(jì)算，促使人們尤其關(guān)心云安全我的信息放在你那里安全嗎首先云計(jì)算不是為了解決安全問題的新式武器。作為一種基于互聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算模式，云計(jì)算在提供服務(wù)的同時(shí)也將不可避免地出現(xiàn)諸如安全漏洞、病毒侵害、惡意攻擊及信息泄露等既有信息系統(tǒng)中普遍存在的共性安全問題。因此，傳統(tǒng)的信息安全技術(shù)將會(huì)繼續(xù)應(yīng)用在云計(jì)算中心本身的安全管理上，而云計(jì)算本身的信息安全技術(shù)手段也在不斷發(fā)展中。但是，云計(jì)算中虛擬服務(wù)的規(guī)?；?、集約化和專業(yè)化改變了信息資源大量分散于端設(shè)備的格局，云計(jì)算本身可以通過安全作為服務(wù)SECAAS的形式為改善互聯(lián)網(wǎng)安全作出貢獻(xiàn)。云計(jì)算中心可實(shí)現(xiàn)集約化和專業(yè)化的安全服務(wù)，改變當(dāng)前人人都在打補(bǔ)丁、個(gè)個(gè)都在殺病毒的狀況；還可以將備份作為一種服務(wù)形式，實(shí)現(xiàn)專門的云備份服務(wù)等。因此，大眾用戶在使用云服務(wù)的過程中所關(guān)注的云安全焦點(diǎn)將會(huì)進(jìn)一步地轉(zhuǎn)移到信任管理上來，傳統(tǒng)的信息安全將會(huì)進(jìn)一步發(fā)展為服務(wù)方和被服務(wù)方之間的信任和信任管理問題。可以說，人們普遍關(guān)心的云安全，實(shí)際上更多的是云計(jì)算中的信任管理。如何理解云服務(wù)中心與大眾用戶之間的信任關(guān)系在從傳統(tǒng)的、自有的數(shù)據(jù)中心轉(zhuǎn)向云計(jì)算中心的過程中，用戶所面臨的信任問題，可以用銀行存款的發(fā)展過程來打一個(gè)通俗的比方。過去的人可能認(rèn)為把銀元放在自家的某些隱蔽處最安全、最放心。但隨著銀行服務(wù)的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)很少有人自己來保藏大量的財(cái)富了，大家更多的是與銀行簽訂服務(wù)契約，把財(cái)富存在銀行里，由銀行來專門負(fù)責(zé)自己的財(cái)富安全。個(gè)人或者企業(yè)的敏感信息也具有某種相似性。為什么可把最敏感的數(shù)據(jù)交給云服務(wù)中心去管理在缺乏信任管理、機(jī)制和技術(shù)保障的單機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)前期，恐怕大多數(shù)人都不放心。因?yàn)橐乐箶?shù)據(jù)的意外泄露，隱私被掌控，獲取、傳輸和交流困難等，所以此時(shí)數(shù)據(jù)還是放在自有的信息系統(tǒng)中，用戶自己來負(fù)責(zé)安全，如安裝防火墻、殺毒軟件、數(shù)據(jù)備份等。但是，隨著云計(jì)算的快速發(fā)展，就不見得還一定要把敏感信息放在自己身邊。云計(jì)算的核心模式是服務(wù)，服務(wù)的前提是用戶和服務(wù)提供方建立信任。建立這種用戶使用云計(jì)算服務(wù)所需要的信任的社會(huì)關(guān)系，最基本、最重要的保證在于互聯(lián)網(wǎng)的民主性所形成的由下而上的力量。事實(shí)上，信任不是一次性測(cè)試出來的，也不是依靠一套固定指標(biāo)測(cè)出來的，它是云計(jì)算運(yùn)作過程中累積出來的品質(zhì)，是消除一個(gè)個(gè)不可信要素的過程。如何更好地抽象、應(yīng)用這種應(yīng)用演化中所涌現(xiàn)出來的信任，是云安全中信任管理的關(guān)鍵問題之一。云計(jì)算中信任的建立、維持和管理可以通過社會(huì)與技術(shù)手段相結(jié)合的方式來推動(dòng)。5云計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)化問題云計(jì)算的本質(zhì)是為用戶提供各種類型和可變粒度的虛擬化服務(wù)，而實(shí)現(xiàn)一個(gè)開放云計(jì)算平臺(tái)的關(guān)鍵性技術(shù)基礎(chǔ)則是服務(wù)間的互聯(lián)、互通和互操作。互聯(lián)、互通、互操作是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在整個(gè)發(fā)展過程中所必須具備的基本特性。各種局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)協(xié)議讓計(jì)算設(shè)備互通，傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)間協(xié)議TCP/IP實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)際互聯(lián)。在萬(wàn)維網(wǎng)時(shí)代，超文本傳輸協(xié)議HTTP和超文本鏈接標(biāo)記語(yǔ)言HTML等實(shí)現(xiàn)了終端與WEB網(wǎng)站間的互操作，使得任何遵從這些協(xié)議的WEB瀏覽器都能自由無縫地訪問萬(wàn)維網(wǎng)，WEB服務(wù)與面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)SOA開啟了服務(wù)計(jì)算的大門。云計(jì)算下任何可用的計(jì)算資源都以服務(wù)的形態(tài)存在。目前，許多商業(yè)企業(yè)或組織已經(jīng)為云計(jì)算構(gòu)建了自己的平臺(tái)，并提供了大量的內(nèi)部數(shù)據(jù)和服務(wù)，但這些數(shù)據(jù)和服務(wù)在語(yǔ)法和語(yǔ)義上的差異依然阻礙了它們之間有效的信息共享和交換。云計(jì)算的出現(xiàn)并不會(huì)顛覆現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)，例如WEB服務(wù)的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)單對(duì)象訪問協(xié)議SOAP、WEB服務(wù)描述語(yǔ)言WSDL與服務(wù)注冊(cè)與發(fā)現(xiàn)協(xié)議UDDI等。但是，在現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，云計(jì)算更加強(qiáng)調(diào)服務(wù)的互操作。如何制訂更高層次的開放與互操作性協(xié)議和規(guī)范來實(shí)現(xiàn)云服務(wù)端用戶及云云間的互操作十分重要。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO/IECJTC1SC32制訂了ISO/IEC19763系列標(biāo)準(zhǔn)互操作性元模型框架MFI，從模型注冊(cè)、本體注冊(cè)、模型映射等角度對(duì)注冊(cè)信息資源的基本管理提供了參考，能夠促進(jìn)軟件服務(wù)之間的