云計算熱點問題分析

摘要:在云計算的研究和應用中一些熱點問題比較突出，如：如何理解計算資源及其虛擬化、云計算與網(wǎng)格計算的差異、云計算中心與高性能計算機的關系、云安全和云標準等。文章對此給出了一些見解：計算資源的虛擬化促使信息服務走向規(guī)模化、集約化和專業(yè)化；網(wǎng)格計算是“多為一”，而云計算是“一為多”；部署于高性能計算中心的高性能計算機未必適合云計算；云安全已經(jīng)將傳統(tǒng)安全問題發(fā)展為服務方和被服務方之間的信任和信任管理問題；在現(xiàn)有標準的基礎上，云計算標準將需更加關注服務的互操作等。

關鍵字:云計算；虛擬化；網(wǎng)格計算；云安全；云標準

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)的大眾參與的計算模式，云計算以服務的方式提供計算資源(包括計算能力、存儲能力和交互能力等)，形成了一種動態(tài)可伸縮虛擬化的新型計算資源組織、分配和使用模式。這種模式使得計算資源成為向大眾提供服務的社會基礎設施，與傳統(tǒng)利用桌面計算資源的模式有很大不同，將可能會對信息技術本身及其應用產(chǎn)生深刻影響。軟件工程、網(wǎng)絡與端設備的資源配置、獲取信息與知識的方式等[1]，無不因云計算的發(fā)展而產(chǎn)生重要變化。自從2007年云計算概念被提出以來，經(jīng)過科研和產(chǎn)業(yè)界一段時間的推進，云計算正在逐步從理想走向實踐。但是，也正因為云計算所產(chǎn)生的影響將會非常深刻，其技術手段和實現(xiàn)方法的完善必將會是一個較為長期的發(fā)展和演進過程。云計算有一些重要的基本熱點問題正在被廣泛討論[2-7]，涉及云計算的技術基礎、服務模式和商業(yè)運作等各方面。本文從對計算資源虛擬化的理解、網(wǎng)格計算與云計算的差異、云計算中心與高性能計算機的關系、云安全和云標準等熱點入手加以探討并發(fā)表看法。

1 計算資源虛擬化問題

維基百科將虛擬化定義為“對計算資源的抽象[8]”。從技術的發(fā)展歷史來看，虛擬化技術早已存在。如操作系統(tǒng)弱化了軟件應用環(huán)境與硬件平臺之間的依賴，甚至完全隔離；中間件弱化了應用軟件對軟件運行的依賴，甚至完全隔離；它們都可以說是采用了虛擬化技術。進一步，在由單機向互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境轉變的背景下，虛擬化技術催生了云計算的雛形。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)的結構和實現(xiàn)細節(jié)被虛擬化了；搜索引擎服務于個性化搜索請求，但是搜索和匹配的細節(jié)被虛擬化了；網(wǎng)絡相冊用于存儲和分享照片，而存儲中心的動態(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——計算資源歸納為3個主要類別：計算能力、存儲能力和交互能力，恰好對應于傳統(tǒng)的單臺計算機的CPU、存儲和輸入輸出等資源。但是計算資源虛擬化促使我們不能單純地把計算看作是主體。若把計算看作主體，主體就是計算中心；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)出個性化服務的強勁需求，無需關心特定應用軟件的服務方式，如是否被他人同時租用；無需關心計算平臺的操作系統(tǒng)以及軟件環(huán)境等底層資源的物理配置與管理；無需關心計算中心的地理位置。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：軟件即服務(SaaS)、平臺即服務(PaaS)和基礎設施即服務(IaaS)。由他們實現(xiàn)動態(tài)可伸縮的計算資源組織、分配和使用。

互聯(lián)網(wǎng)資源配置的變遷如圖1所示。大量服務器的使用促使了服務器托管的出現(xiàn)以減輕各機構自身維護的成本負擔，而簡單的托管并不能對服務器實施更好的集約化使用，如果能夠實現(xiàn)虛擬化服務，將服務器變成“服務”，則服務提供方就可以進一步地整合各類計算資源。

從虛擬服務的演變過程可以看出，云計算以服務的方式提供計算資源是必然的。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的規(guī)�；�、集約化和專業(yè)化。計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，服務器的實際利用率只有15%，而在服務器集群系統(tǒng)中其利用率則可能提高到80%以上，這甚至直接促進了節(jié)能減排和綠色計算的實現(xiàn)[9]。

2 云計算與網(wǎng)格計算的差別問題

在云計算的概念被提出之前，網(wǎng)格計算[10]作為一個熱門研究領域已有10余年歷史，并得到了廣泛關注。在云計算剛被提出的一兩年間，不少人的印象是：云計算在企業(yè)界熱，在學術界不熱，而網(wǎng)格計算則相反，在學術界熱，在企業(yè)界不熱。云計算與網(wǎng)絡計算的差別在哪里？概括地講，網(wǎng)格計算是“多為一”多臺計算機構成網(wǎng)格，為一個特定的大型計算任務服務；云計算是“一為多”，互聯(lián)網(wǎng)上一個個集約化、專業(yè)化的云計算平臺依托網(wǎng)絡形成規(guī)�；�的服務。

網(wǎng)格技術的開創(chuàng)者Ian Foster將之定義為“在動態(tài)、多機構參與的虛擬組織中協(xié)同共享資源和求解問題”。網(wǎng)格計算依托專網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)，將處于不同地域、不同領域的多個閑散計算機資源組織起來，通過統(tǒng)一調度來組成一臺虛擬的“超級計算機”，共同完成一個較為復雜的任務，如要求大量計算處理周期和大量數(shù)據(jù)的科學計算問題�？梢�，網(wǎng)格計算的基本應用場景就是將跨地域的、不同所有人的計算資源結合起來，以形成更為強大的計算能力。

云計算傾向于利用互聯(lián)網(wǎng)上某些節(jié)點強大的計算資源(包括計算能力、存儲能力和交互能力等)，以服務的方式將這些資源變成可被廣大用戶使用的動態(tài)、可伸縮的虛擬資源。云計算強調用戶主導、按需服務、即用即付、服務完即散。云計算的基本應用場景直接面向互聯(lián)網(wǎng)，通過同一個相對集中的計算資源池，以服務來盡量滿足大量的、分散的終端用戶的需求。

兩者最大的相似點在于“資源共享”和“虛擬計算”，即都強調以某種虛擬化方法對互聯(lián)網(wǎng)上的資源進行共享并提供給用戶，以獲得更合理的資源利用率。關于其差別，可以將其細化為5個方面：

(1)云計算以集群計算為主，其中的計算節(jié)點自主、自治，面向不同服務對象；網(wǎng)格計算以并行計算為主，依托網(wǎng)絡將跨地域的計算機組織起來，并通過統(tǒng)一的調度系統(tǒng)將作業(yè)分解到不同的計算節(jié)點中并行處理。

(2)云計算承認異構，即承認節(jié)點在原理、規(guī)模和能力上的差異性，用服務的互操作來實現(xiàn)節(jié)點之間的資源共享；網(wǎng)格計算需要在更高層屏蔽異構，即用中間件屏蔽異構系統(tǒng)，使用戶面向同一環(huán)境來共享資源。

(3)云計算面向完成持久性、多樣化的服務，互聯(lián)網(wǎng)上不同的云計算中心通常提供大量多樣化的、持久的面向特定領域的服務；網(wǎng)格計算往往用于完成一次性特定任務，且要完成的任務是預先設定的。

(4)云計算采用商業(yè)式運營，即向用戶提供盡力而為質量的多租賃的服務，用戶按租使用、按用付費；網(wǎng)格計算依賴于組織之間的協(xié)作式運營，能夠提供帶寬保證、性能保障，沒有明顯的商業(yè)模式。

(5)云計算更多的是服務于大眾用戶的需求，大眾參與計算與交互，相互溝通交流，需具備語義處理、不確定性處理等能力；網(wǎng)格計算面向科學計算任務，按規(guī)定要求和程序輸入/輸出，存在確定的交互，人通常不主動參與。

可見，云計算與網(wǎng)格計算分別適應于不同應用場景，兩者有著不同應用目標，在科學計算領域和為大眾用戶服務兩個方向上各自發(fā)揮著潛能。