云計(jì)算熱點(diǎn)問題分析

摘要:在云計(jì)算的研究和應(yīng)用中一些熱點(diǎn)問題比較突出，如：如何理解計(jì)算資源及其虛擬化、云計(jì)算與網(wǎng)格計(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。文章對此給出了一些見解：計(jì)算資源的虛擬化促使信息服務(wù)走向規(guī)�；�、集約化和專業(yè)化；網(wǎng)格計(jì)算是“多為一”，而云計(jì)算是“一為多”；部署于高性能計(jì)算中心的高性能計(jì)算機(jī)未必適合云計(jì)算；云安全已經(jīng)將傳統(tǒng)安全問題發(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；在現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，云計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)將需更加關(guān)注服務(wù)的互操作等。

關(guān)鍵字:云計(jì)算；虛擬化；網(wǎng)格計(jì)算；云安全；云標(biāo)準(zhǔn)

英文摘要:In the study of cloud computing and its applications, topics such as understanding computing resource utilization, differences between grid and cloud computing, relationship between high performance computers and the cloud computing centre, and security and standards have attracted intense research interest. This paper analyzes these topics and concludes that virtualization provides Internet users with intensive, large-scale professional services; grid computing involves utilizing many computers for one large-scale computing task, while cloud computing involves one platform for many services. A high performance computer in the high performance computer center may be unsuitable for a cloud computing; security in cloud computing focuses on trust and trust management between service suppliers and consumers; and based on existing standards in cloud computing, new standards should be developed to realize interoperability between services.

英文關(guān)鍵字:cloud computing; virtualization; grid computing; security of cloud computing; standards of cloud computing

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，將可能會對信息技術(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)生的影響將會非常深刻，其技術(shù)手段和實(shí)現(xiàn)方法的完善必將會是一個(gè)較為長期的發(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[2-7]，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)境與硬件平臺之間的依賴，甚至完全隔離；中間件弱化了應(yīng)用軟件對軟件運(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)性化搜索請求，但是搜索和匹配的細(xì)節(jié)被虛擬化了；網(wǎng)絡(luò)相冊用于存儲和分享照片，而存儲中心的動(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象——計(jì)算資源歸納為3個(gè)主要類別：計(jì)算能力、存儲能力和交互能力，恰好對應(yīng)于傳統(tǒng)的單臺計(jì)算機(jī)的CPU、存儲和輸入輸出等資源。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；若把存儲看作主體，主體就是存儲中心；也可以把交互看作主體，而計(jì)算和存儲可為其輔助。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)，而簡單的托管并不能對服務(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)�；�、專業(yè)化轉(zhuǎn)變的趨勢極其相似。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)算平臺依托網(wǎng)絡(luò)形成規(guī)�；�的服務(wù)。

網(wǎng)格技術(shù)的開創(chuàng)者Ian Foster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)度來組成一臺虛擬的“超級計(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)用場景直接面向互聯(lián)網(wǎng)，通過同一個(gè)相對集中的計(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，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，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。

可見，云計(jì)算與網(wǎng)格計(jì)算分別適應(yīng)于不同應(yīng)用場景，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。