云计算的挑战与机遇

1、云计算的挑战与机遇关键词：云计算什么是云计算关于云计算有N种说法。学术界对云计算尚无统一定义，权威机构对云计算的定义也不尽相同。造成对云计算有不同理解的原因有：（1）从事云计算研究的人员具有不同背景（互联网服务、网格计算、软件工程、数据库等），他们从不同角度（业务、应用、技术、平台等）来看待云计算；（2）支撑云计算的使能技术（enabling technology）是多种多样的，并且这些技术仍在不断发展变化；（3）云计算的应用规模还小，其概念并不是人人皆知；（4）媒体对云计算铺天盖地地宣传模糊了其本质；（5）每家企业和机构对云计算及前景的解析或多或少地结合了企业自身的业务方向和现实利益。这些形

2、成了云计算“一个概念，多种表述”的局面。云计算本质上是一种新的提供资源按需租用的服务模式，是一种新型的互联网数据中心（Internet Data Center，IDC）业务。它与传统IDC业务有相似之处，例如（1）业务运营模式相似，均提供IT基础设施资源的租用，盈利模式也以收取租用费为主；（2）目标客户相似，主要目标客户均是ICP大量无法自行建立数据中心的中小企业客户；（3）业务运营需要的基础条件相似，都需要建设一定规模的数据中心。但二者的差别在于：（1）租用资源范围不同。云计算业务中，提供租用资源的范围广泛延伸，不仅是服务器、带宽，还可以包括存储系统、系统软件平台、应用软件和服务等；（2）服

3、务能力不同。云计算业务提供“弹性”的按需扩郑纬民清华大学展的资源租用服务；（3）资源透明性不同。在云计算业务中，用户并不需要了解资源的物理信息。云计算业务具有五项特征：基础资源租用 云计算业务提供对计算、存储、网络、软件等多种IT基础设施资源租用的服务。云计算业务的用户不需要自己拥有和维护这些资源。按需弹性使用 云计算业务的用户能够按需获得和使用资源，也能够按需撤销和缩减资源。云计算平台可以按用户的需求快速部署和提供资源。云计算业务的付费服务按资源的使用量计费。透明资源访问 云计算业务的用户不需要了解所使用资源的物理位置和配置等信息。自助业务部署 云计算业务的用户利用业务提供商提供的接口，通过

4、网络将自己的数据和应用程序部署于云计算平台的后端数据中心，而无需服务商的人工配合 。开放公众服务 云计算业务用户所部署的数据和应用可以通过互联网发布给其他用户共享使用，即提供公众服务。有了云计算，广大用户无需自购软、硬件，甚至无需知道是谁提供的服务，可只关注自己真正需要什么样的资源或者得到什么样的服务。这就是云计算。三种形式的“云”按照服务的不同层次，可以将“云”分为三种形式：基础设施云、平台云和应用云。这三种“云”对应于：基础设施即服务（IaaS）用户将部署处理器、存储系统、网络及其他基本的计算资源，并按自己的意志运行操作系统和应用程序等软件。软件即服务（Saas）一切皆服务（Xaas）平台

5、即服务（Paas）云计算化基础设施服务（laas）平台即服务（PaaS） 用户采用提供商支持的编程语言和工具编写好应用程序，然后放到云计算平台上运行。云计算基础软件供应商（Enablers）硬件基础设施（HW）软件即服务（SaaS） 提供商在云计算设施上运行程序，用户通过各种客户端设备的瘦客户界面（如网页浏览器、基于网页的电子邮件）使用这些应用程序。的访问权限，包括针对此虚拟机的管理员用户权限。IBM在2007年11月15日推出的蓝云计算平台也属此类。蓝云计算平台中部署、监控、应用服务器、数据库等采用了IBM自己的产品，关键功能则全部由开源软件实现，如大规模数据处理和存储使用Hadoop（开源

6、的Map/Reduce实现系统），虚拟化使用开源软件Xen等。图1 云计算对应关系基础设施云云计算的基础架构一般设在拥有大规模计算和存储的数据中心。基础设施云以授权服务形式提供计算和存储能力，核心是将某一个或多个数据中心的计算/存储资源虚拟化，以灵活划分资源。中小企业部门也能够利用原来大型企业才具备的信息基础设施，多个应用共享基础设施还会降低运营成本。基础设施云基础架构平台按功能分为四层：物理设施、虚拟化、资源管理和服务提供。虚拟化物理设施可生成一个高效灵活的资源池；管理层部署、管理、监控物理资源和资源池；服务提供层组合管理层的功能提供某种形式的服务。亚马逊（Amazon）的弹性计算云平台就是

7、这样一类基础设施云，由一组被称为Amazon AWS服务来实现。Amazon AWS服务包括：EC2虚拟服务器、S3存储服务（Simple Storage Service，S3）、SQS主机之间的消息队列服务、SimpleDB数据库。弹性计算云平台为用户或者开发人员提供了一个虚拟的集群环境。而弹性计算云中的实例是一些真正在运行中的虚拟机服务器，每一个实例代表一个运行中的虚拟机。对于提供给某一个用户的虚拟机，该用户具有完整平台云平台屏蔽了部署、发布等应用开发细节，可以让开发者不再关心后台大规模服务器的工作，并且提供了一些支持应用开发的高层接口以及开发工具，给开发者提供一个透明安全、功能强大的运行

8、环境和开发环境。Google App Engine就是平台云的典型应用，提供用户在Google的基础架构上设计、发布应用程序的功能。每个免费账户都可使用500MB 存储空间，以及每月约500万页面浏览量的CPU和宽带。应用云应用云直接面向最终软件用户，常以SaaS形式出现。软件系统各个模块可以由用户自己定制、配置、组装和测试，最终得到满足客户需要的软件系统，从而降低软件系统使用、维护、运行和支持成本。Salesforce是一家客户关系管理软件服务提供商。顾客通过订购Salesforce服务，直接通过浏览器登录就可以使用所有功能。Google Apps是谷歌推出的中小企业套装软件，包括电子邮箱、

9、网站（放置在谷歌的服务器上，采用所见即所得的傻瓜式编辑方式）、可以合作编辑的在线Offices（涵盖常用的Word/powerpoint/excel等应用）、日历、即时聊天（Gtalk）等。Google Apps所有应用程序后台均运行在谷歌的基础信息架构上。十几位老师，每个人分配200GB硬盘空间，他们可以共享这200GB的空间，放进去的文件可以让所有老师一起改，一起写。清华跳水队也是社区用户，队员可以共享跳水动作录像等多媒体资料。云存储系统还为全部的用户提供共享存储服务。大家可以共享每门课的课件，只要在网上能看到清华大学这朵存储云，就可以把自己的PPT下载到本地使用了。虽然现在Corsair

10、规模增长很快，平均2个多月会增加20TB容量，5万元人民币的费用就足够了。然而要保证数据不丢失，还要保证数据不被偷走，这个事情做起来比较费劲。数据中心的相关技术提供了解决方案。清华云计算平台近年来，清华大学也采用云计算平台技术开发了许多应用，包括云存储系统Corsair、云计算系统NOVA、云计算客户端可迁移个性化软件运行环境和手机访问云端。云计算NOVA虚拟化集群 为用户提供各种按需定制的云计算计算设施，通过浏览器使用，可以不改变用户的使用习惯，实现一键式定制使用。虚拟化集群系统解决应用相关环境设置问题，比如天气预报系统，要运行在大型集群系统的特定操作系统中，如果更换操作系统内核或其他环境变

11、量，就可能无法正常运行了。这对于用户来说非常不便，不能在集群系统中使用其他软件或版本。现在虚拟化集群系统里面有各种各样的操作系统，在操作系统的最上层结构做镜像，形成不同的环境配置，可以直接拿过来使用。比如，如果需要另外一个Apache软件云存储系统Corsair 实现文件数据的存储和共享，提供本地资源和网络资源的统一文件管理视图。Corsair存储系统有100TB容量，分别放在清华大学中三个不同的地方。它可以为个人用户提供共享存储服务，为每个云用户提供2GB4GB的硬盘空间，清华大学有1万6千人，每个人都有一朵云上的空间。另外还有社区用户，比如清华大学教务处有应用层服务层适配层分布式异构存储资

12、源层版本，就可以拿来相应的操作系统和软件，满足用户的不同需求。云计算的客户端可迁移个性化软件运行环境 这是一种新的端到云解决方案，用户无需本地安装软件，就能够直接在客户端上运行存储于云端的现有软件（如现有的Office应用、多媒体播放、网络应用等桌面软件）。ext2node1ntfsnode2ext3node3nfsnode4zettanode5移动云计算平台通过手机访问云计算平台 移动互联网是未来网络计算的核图2 清华大学云存储系统Corsair系统架构心，预计到2015年，全球将会有近40亿用户使用手机作为移动互联网终端，是现有PC机数量的10倍。许多用户将把手机作为其访问互联网的主要设备

13、。这种情形很快就会变为现实。移动互联网终端应用的推广，面临着三个基本限制：（1）网络终端的安全性和可管理性问题，比如设备更换和丢失频繁，用户不具备计算机使用经验等；（2）设备电池容量有限，使移动终端本身的功能和性能受到限制，无法直接运行PC上的传统应用程序；（3）网络不稳定带来的连接断续和带宽震荡问题等。因而移动互联网更加需要云计算的支持。对于网络终端的安全性和可管理性问题，可将数据存储在云上，使数据的存放、搜索与读取更加可靠，利用云计算技术保证了系统的安全性与管理性；将计算放到云上执行，扩展了移动终端的能力，同时也降低功耗。移动云计算平台对客户端的数据、操作系统与应用程序进行网络化存储与管理

14、，增强了安全性与管理性；应用程序的云化可以充分利用云端的计算能力；离线支持降低了对网络的依赖性；减少不必要的通信从而降低了功耗。我认为目前主流的移动应用仍然是本地应用程序，Web应用正在快速发展，远程执行应用可以作为以上两种模式有益的补充。未来5年将是本地应用程序与万维网应用共存的阶段。移动云计算平台必须同时有效支持以上几类应用模式。现有移动云计算平台中，Google ChromeOS支持HTML5和 JavaScript的Web应用，主要用于上网本，由于不需要安装应用程序，操作系统和浏览器可设为只读，系统具有较好的安全性和管理性。Android采用改进的Java虚拟机提供应用的移植性，内置G

15、mail， GoogleMap客户端等，主要用于手机。Apple iPhone OS主要用于iPhone和iPad，支持原生应用，速度较快。iPad采用Apple自主研制的A4芯片，软硬件协同设计，性能与功耗指标较好。Palm WebOS开发语言采用HTML + JavaScript，用于Palm手机。清华大学与中国移动卓望公司合作开发了TNOS 4.0透明计算的操作系统，实现在互联网终端上基于有线和无线网络，对实例操作系统、应用程序和数据的网络化进行管理，保证了系统具有较好的安全性和管理性，可用于上网本和手机。然而，Android、iPhoneOS、WebOS等所有应用程序仍然完全在本地下载

16、安装，对本机存储空间要求高，经常出现本机无法装载应用程序的问题，如Google G1手机可安装程序的空间仅有128MB。应用程序的安全性、升级、版权管理机制复杂，例如无法提供很好的试用、购买体验。ChromeOS采用浏览器作为惟一的应用程序运行平台，对大量现存的本地原生应用程序无法有效支持，离线体验差。TNOS 4.0主要在MetaOS层次对系统进行网络化管理，使用现有的实例操作系统如Windows、Linux。而某些实例操作系统如Windows的应用程序安装需要注册表等复杂的全局操作，使得系统安全性和用户使用的灵活性很难同时保证。理想的移动云计算平台应对操作系统本身、各种应用和用户数据均能进

17、行透明的网络化管理，对用户来说，无需知道自己正在运行那一类应用程序，都可有效支持；无需知道该程序的数据和代码存放的位置；无需关心程序的执行地点；无需关心操作系统和程序的安装、升级、杀毒、卸载等；离线和网络带宽较低时仍能提供部分服务。云计算的影响软件快速向服务模式转型目前，软件行业正由产品销售向“软件即服务” 模式发展，SaaS将成为未来软件行业的主流模式。云计算使得信息服务的社会化成为可能，改变了大众需求，催生了新的市场和新的服务业。软件产业结构也发生变化，基于内容的信息服务业所占比重越来越大。单机的系统软件和中间件所占比重逐渐减小，软件依附于应用。嵌入式软件更加个性化、柔性化。接入端设备多元

18、化个性化更多的数字终端都可接入云计算服务，例如：台式机、笔机本、上网本、手机、电视机、冰箱等都是接入设备。虚拟化和并行计算将广泛应用通过并行计算，可以最大程度实现运算资源的集中；而利用虚拟化技术，可将集中化的计算资源用于不同的计算任务，并极大地提高现有计算资源的利用效率。电力供应可以作一个类比。一个发电机可以为多个用户供电，也可以多台发电机为一个用户供电。用户不需要了解发电机的情况即可使用电力。大学课程清华大学开设了两门课程：虚拟化技术和海量数据处理。其中，海量数据处理是清华大学计算机系在本科生大三结束之后的暑假开设的。为了提高学生的实践能力，特别设置了专业实践暑期课程，这门课为期五周，主要是实践。分布式系统展开详细地讨论，使学生能够获得初步的分布式系统的设计概念。在课程设计中，有很强的实践环节，学生通过对真正的分布式系统进行编程获得实践经验。学生提交的内容包括：作业（论文读后感，思考题等）（占总成绩20%）；3个实验报告（占总成绩30%）；大项目