云計算熱點問題分析

云計算熱點問題分析摘要:在云計算的研究和應(yīng)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(guān)系、云安全和云標(biāo)準(zhǔn)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(wù)走向規(guī)?；?、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(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:云計算；虛擬化；網(wǎng)格計算；云安全；云標(biāo)準(zhǔn)英文摘要：Inthestudyofcloudcomputinganditsapplications,topicssuchasunderstandingcomputingresourceutilization,differencesbetweengridandcloudcomputing,relationshipbetweenhighperformancecomputersandthecloudcomputingcentre,andsecurityandstandardshaveattractedintenseresearchinterest.ThispaperanalyzesthesetopicsandconcludesthatvirtualizationprovidesInternetuserswithintensive,large-scaleprofessionalservices;gridcomputinginvolvesutilizingmanycomputersforonelarge-scalecomputingtask,whilecloudcomputinginvolvesoneplatformformanyservices.Ahighperformancecomputerinthehighperformancecomputercentermaybeunsuitableforacloudcomputing;securityincloudcomputingfocusesontrustandtrustmanagementbetweenservicesuppliersandconsumers;andbasedonexistingstandardsincloudcomputing,newstandardsshouldbedevelopedtorealizeinteroperabilitybetweenservices.英文關(guān)鍵字:cloudcomputing;virtualization;gridcomputing;securityofcloudcomputing;standardsofcloudcomputing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(wù)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(wù)的社會基礎(chǔ)設(shè)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(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?qū)嵺`。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(shù)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(shù)基礎(chǔ)、服務(wù)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(guān)系、云安全和云標(biāo)準(zhǔn)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(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)。進一步，在由單機向互聯(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)和實現(xiàn)細(xì)節(jié)被虛擬化了；搜索引擎服務(wù)于個性化搜索請求，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一一計算資源歸納為3個主要類別：計算能力、存儲能力和交互能力，恰好對應(yīng)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(wù)的強勁需求，無需關(guān)心特定應(yīng)用軟件的服務(wù)方式，如是否被他人同時租用；無需關(guān)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(guān)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(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)。由他們實現(xiàn)動態(tài)可伸縮的計算資源組織、分配和使用?；ヂ?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)以減輕各機構(gòu)自身維護的成本負(fù)擔(dān)，而簡單的托管并不能對服務(wù)器實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)提供方就可以進一步地整合各類計算資源。▲圖1互聯(lián)網(wǎng)賀源剖直的變遷從虛擬服務(wù)的演變過程可以看出，云計算以服務(wù)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)?；?、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(wù)器的實際利用率只有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(lǐng)域已有10余年歷史，并得到了廣泛關(guān)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(xué)術(shù)界不熱，而網(wǎng)格計算則相反，在學(xué)術(shù)界熱，在企業(yè)界不熱。云計算與網(wǎng)絡(luò)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(gòu)成網(wǎng)格，為一個特定的大型計算任務(wù)服務(wù)；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(luò)形成規(guī)?；姆?wù)。網(wǎng)格技術(shù)的開創(chuàng)者IanFoster將之定義為“在動態(tài)、多機構(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)域的多個閑散計算機資源組織起來，通過統(tǒng)一調(diào)度來組成一臺虛擬的“超級計算機”，共同完成一個較為復(fù)雜的任務(wù)，如要求大量計算處理周期和大量數(shù)據(jù)的科學(xué)計算問題。可見，網(wǎng)格計算的基本應(yīng)用場景就是將跨地域的、不同所有人的計算資源結(jié)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(wù)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(diào)用戶主導(dǎo)、按需服務(wù)、即用即付、服務(wù)完即散。云計算的基本應(yīng)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(wù)來盡量滿足大量的、分散的終端用戶的需求。兩者最大的相似點在于"資源共享”和"虛擬計算”，即都強調(diào)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(guān)于其差別，可以將其細(xì)化為5個方面：⑴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(wù)對象；網(wǎng)格計算以并行計算為主，依托網(wǎng)絡(luò)將跨地域的計算機組織起來，并通過統(tǒng)一的調(diào)度系統(tǒng)將作業(yè)分解到不同的計算節(jié)點中并行處理。云計算承認(rèn)異構(gòu)，即承認(rèn)節(jié)點在原理、規(guī)模和能力上的差異性，用服務(wù)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(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。云計算面向完成持久性、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。云計算采用商業(yè)式運營，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；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。云計算更多的是服務(wù)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(xué)計算任務(wù)，按規(guī)定要求和程序輸入/輸出，存在確定的交互，人通常不主動參與。可見，云計算與網(wǎng)格計算分別適應(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)計算領(lǐng)域和為大眾用戶服務(wù)兩個方向上各自發(fā)揮著潛能。3云計算中心的計算機性能問題云計算中心以集群計算為主，其中大量的節(jié)點通過互操作形成面向用戶的虛擬服務(wù)器。但是，目前很多機構(gòu)已經(jīng)購置高性能計算機、搭建起高性能計算中心。那么，高性能計算機是否可應(yīng)用于云計算中心？云計算中心是不是高性能計算中心？高性能計算機和云計算中心的虛擬服務(wù)器之間是什么關(guān)系？從目前流行的規(guī)模化、集約化、專業(yè)化的云計算中心，如Google、Amazon與Salesforce等來看，并沒有使用全球Top10的高性能計算機構(gòu)成服務(wù)器集群。據(jù)分析，Google計算中心的服務(wù)器集群可能是由至少分布在25個地方、超過45萬臺的普通計算機組成的，而Amazon和Salesforce的計算中心則可能分別運行著由約10萬臺和千余臺普通計算機組成的集群系統(tǒng)［11-12］。正因為云計算服務(wù)于大眾用戶相對獨立的需求，服務(wù)器集群用于響應(yīng)不同用戶請求的任務(wù)的依賴性、交叉性也大為降低，這種松耦合的任務(wù)甚至使得云計算中心可以“使用尼龍拉鏈將計算機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)”的一個搜索任務(wù)而言，通常仍然可以在零點幾秒內(nèi)即可完成。高性能計算機的服務(wù)對象是各個科學(xué)計算領(lǐng)域，應(yīng)用領(lǐng)域集中在能源、制造、天氣預(yù)報、核爆、流體力學(xué)和天文計算等［14］。目前排名第一的XT5(Jaguar)高性能計算機部署在OakRidgeNationalLaboratory，在Linpack測試中獲得了1.75PFlops的性能分?jǐn)?shù)，采用了近25萬個計算核心，理論峰值計算速度可達2.3PFlops。。高性能計算機重要的追求目標(biāo)是提高計算處理的速度，在Linpack測試中取得更高的性能參數(shù)。云計算中心的服務(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)存儲和網(wǎng)絡(luò)商務(wù)等，其應(yīng)該更多地具備為數(shù)以千萬計的不同種類應(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。與超級計算中心相比，云計算完成了從傳統(tǒng)的、面向任務(wù)的單一計算模式向現(xiàn)代的、面向服務(wù)的規(guī)?；?、專業(yè)化計算模式的轉(zhuǎn)變?？梢?，部署于高性能計算中心的計算機，適合解決要求高并發(fā)計算的科學(xué)問題，但是未必就適合云計算模式。4云安全問題資源共享的云計算，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)的計算模式，云計算在提供服務(wù)的同時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)將會繼續(xù)應(yīng)用在云計算中心本身的安全管理上，而云計算本身的信息安全技術(shù)手段也在不斷發(fā)展中。但是，云計算中虛擬服務(wù)的規(guī)?；⒓s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。云計算中心可實現(xiàn)集約化和專業(yè)化的安全服務(wù)，改變當(dāng)前人人都在打補丁、個個都在殺病毒的狀況；還可以將備份作為一種服務(wù)形式，實現(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)注的云安全焦點將會進一步地轉(zhuǎn)移到信任管理上來，傳統(tǒng)的信息安全將會進一步發(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，實際上更多的是云計算中的信任管理。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富了，大家更多的是與銀行簽訂服務(wù)契約，把財富存在銀行里，由銀行來專門負(fù)責(zé)自己的財富安全。個人或者企業(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、機制和技術(shù)保障的單機和互聯(lián)網(wǎng)前期，恐怕大多數(shù)人都不放心。因為要防止數(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算服務(wù)所需要的信任的社會關(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。事實上，信任不是一次性測試出來的，也不是依靠一套固定指標(biāo)測出來的，它是云計算運作過程中累積出來的品質(zhì)，是消除一個個不可信要素的過程。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。云計算中信任的建立、維持和管理可以通過社會與技術(shù)手段相結(jié)合的方式來推動。5云計算的標(biāo)準(zhǔn)化問題云計算的本質(zhì)是為用戶提供各種類型和可變粒度的虛擬化服務(wù)，而實現(xiàn)一個開放云計算平臺的關(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?；ヂ?lián)、互通、互操作是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在整個發(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)議讓計算設(shè)備互通，傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)間協(xié)議(TCP/IP)實現(xiàn)了網(wǎng)際互聯(lián)。在萬維網(wǎng)時代，超文本傳輸協(xié)議(HTTP)和超文本鏈接標(biāo)記語言(HTML)等實現(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)計算的大門。云計算下任何可用的計算資源都以服務(wù)的形態(tài)存在。目前，許多商業(yè)企業(yè)或組織已經(jīng)為云計算構(gòu)建了自己的平臺，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)在語法和語義上的差異依然阻礙了它們之間有效的信息共享和交換。云計算的出現(xiàn)并不會顛覆現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)，例如Web服務(wù)的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)：簡單對象訪問協(xié)議(SOAP)、Web服務(wù)描述語言(WSDL)與服務(wù)注冊與發(fā)現(xiàn)協(xié)議(UDDI)等。但是，在現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，云計算更加強調(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)范來實現(xiàn)云(服務(wù))-端(用戶)及云-云間的互操作十分重要。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO/IECJTC1SC32制訂了ISO/IEC19763系列標(biāo)準(zhǔn)一一互操作性元模型框架(MFI)，從模型注冊、本體注冊、模型映射等角度對注冊信息資源的基本管理提供了參考，能夠促進軟件服務(wù)之間的互操作。其中，中國參與制訂的ISO/IEC19763-3本體注冊元模型已正式發(fā)布。2009年ISO/IECJTC1SC7與ISO/IECJTC1SC38還分別設(shè)立了兩個云計算研究組，其主要任務(wù)是制訂云計算的相關(guān)術(shù)語、起草云計算的標(biāo)準(zhǔn)化研究報告。此外，云安全聯(lián)盟[15]、開放云計算聯(lián)盟[16]、云計算互操作性論壇[17]等行業(yè)組織也積極致力于建立相關(guān)云計算標(biāo)準(zhǔn)，包括虛擬機鏡像分發(fā)、虛擬機部署和控制、云內(nèi)部虛擬機之間的交流、持久化存儲、安全的虛擬機配置等。這些行業(yè)組織建立云計算標(biāo)準(zhǔn)的步伐超前于國際標(biāo)準(zhǔn)化組織，中國云計算產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟亦要在標(biāo)準(zhǔn)化方面早做貢獻。6參考文獻李德毅，張海粟.超出圖靈機的云計算[J].中國計算機學(xué)會通訊,2009(12).ARMBRUSTM,FOXA,GRIFFITHR,etal.AbovetheClouds:ABerkeleyViewofCloudComputing[R].Berkeley,CA.USA:DistributedSystemsLab,UniversityofCalifornia,2009.FOSTERI,ZHAOYong,RAICUI,etal.CloudComputingandGridComputing360-degreeCompared[C]//ProceedingsoftheIEEEGridComputingEnvironmentsWorkshop(GCE’08),Nov12-16,2008,Austin,TX,USA.Piscataway,NJ,USA:IEEE,2008:10p.⑷GERMAIN-RENAUDC,RANAOF.TheConvergenceofClouds,Grids,andAutonomies[J].IEEEInternetComputing,2009,13(6):9.ERICKSONJS,SPENCES,RHODESM,etal.Content-CenteredCollaborationSpacesintheCloud[J].IEEEInternetComputing2009,13(5):34-42.LEIBAB.HavingOne’sHeadintheCloud[J].IEEEInternetComputing,2009,13(5)46.JENSENM,SCHWENKJ,GRUSCHKAN,etal.OnTechnicalSecurityIssuesinCloudComputing[C]//Proceedingsofthe2009IEEEInternationalConferenceonCloudComputing(CLOUD’09),Sep21-25,2009,Bangalore,India.LosAlamitos,CA,USA:IEEEComputerSociety,2009:109-116.CloudComputing[EB/OL].[2009-05-23]./wiki/Cloudcomputing.祁金華.國內(nèi)虛擬化案例剖析[N].網(wǎng)絡(luò)世界,2007-07-02.FOSTERI,KESSELMANC.Thegrid:BlueprintforaNewComputingInfrastructure[M