云计算研究综述及未来发展_董晓霞

第12卷第5期
2010年10月北京邮电大学学报(社会科学版)Journal o f Be iji ng U n i versity o f P osts and T eleco mm un i ca tions (Soc i a l Sc i ences Ed ition)V ol 112,N o 15O ct 12010
收稿日期:2010-07-15
作者简介:董晓霞(1972)),女,河北博野人,北京邮电大学图书馆高级工程师,博士研究生,研究方向为图书馆联
盟、数字图书馆、管理工程。

云计算研究综述及未来发展
董晓霞1,2,吕廷杰2
(11北京邮电大学图书馆,北京 100876;21北京邮电大学经济管理学院,北京 100876)
摘 要:作为一种新型的计算范式,云计算已经成为近两年研究的热点,其目标是为用户动态地提供可靠的、可定制的、服务质量(Q oS)保证的IT 计算环境服务。

研究综述从定义、服务层次、计费方式及未来发展等方面对云计算进行了分析,旨在为科学地评估云计算的运营和使用提供一定的参考。

关键词:云计算;效用计算;规模经济;服务层次;计费方式
中图分类号:T P39314 文献标识码:A 文章编号:1008-7729(2010)05-0076-06
早在50年前,John M cCart h y 就提出了/或许有一天计算可以成为公共服务0的设想[1]。

计算技术
和网络技术的发展,尤其是近两年出现的云计算的技术和理念,正逐步将John M c C arthy 的设想演变为现实。

作为按需付费的一种新型的商业模式,云计算将基础设施、平台以及软件作为服务通过I nter net 提供给用户;用户使用云计算服务时,不必配置昂贵的基础设施和复杂的软件系统,也不需要关心数据存储的位置。

尽管目前学术界以及工业界普遍认为云计算具有变革互联网服务的潜在能力,但是工商界对于云计算的接受程度还远在人们的预期之外。

例如,将传统的I T 管理模式过渡到基于云计算的管理模式,对于一个企业来说依然是一个很大的挑战。

本文对云计算的定义、服务层次、计费方式及其面临的机遇和挑战等几个方面的问题进行了分析,希望能够明晰云计算的认识,为科学地评估云计算服务的运营和使用提供一定的参考。

一、云计算的定义
自2007年I B M 正式提出云计算的概念以来,许多专家、研究组织以及相关厂家从不同的研究视角给出了云计算的定义,目前关于云计算的定义已有上百种。

维基百科的定义:云计算是通过I nter net 提供动态的、易扩展的、虚拟化的计算资源的一种计算方式,用户不需了解/云0中基础设施的细节,不必具有相应的专业知识,也无需进行直接地控制。

[2]伯克利云计算白皮书的定义:云计算包括互联网上各种服务形式的应用以及应用所依托的数据中心的软硬件设施。

应用服务即SaaS(so ft w are as a serv i c e ,软件即服务),而数据中心的软硬件设施即所谓的云。

通过量入为出的方式提供给公众的云称为公共云,如Am azon S3(si m p le storage ser v ice)、
Google App Engine 和M icr osoftA zure 等,而不对公众开放的组织内部数据中心的云称为私有云。

[3]Foster et al [4]对云计算的定义:规模经济驱动的大型的分布式计算范式,通过I nter net 向外部用户提供抽象的、虚拟的、动态可扩展的以及可管理的计算能力服务、存储服务以及平台服务。

Buyyaa et al [5]认为:云是包括大量互相联系的虚拟机的并行分布系统,基于服务水平协议(SL A,service leve l ag ree m ent),一个或者多个虚拟机可作为统一的计算资源动态地提供和展示。

Lu is et a l [6]认为:云是一个易于利用和访问的大型的虚拟资源池,可根据变化的负载规模对资源池
中的资源进行动态地配置,资源以按次计费的方式被使用,基础设备提供商通过SL A 保证其服务质量。

刘鹏[7]认为:云计算是一种商业计算模型,它将计算任务分布在大量的计算机构成的资源池上,用户能够按需获取计算力、存储空间和信息服务。

这种资源池称为云,是一些可以自我维护和管理的虚拟计算资源,通常是一些大型的服务器集群,包括计算服务器、存储服务器和宽带资源等。

陈康等[8]认为:云计算一词用来同时描述一个系统平台或者一种类型的应用程序。

云计算平台可按需进行动态地部署、配置以及取消服务等。

在云计算平台中的服务器可以是物理的,也可以是虚拟的。

云计算应用是一种可以通过I nter net 访问的可扩展的应用程序,云应用使用大规模的数据中心以及功能强大的服务器来运行网络应用程序和网络服务。

任何一个用户通过核实的互联网接入设备以及一个标准的浏览器都能够访问一个云计算应用程序。

L i n et al [9]认为:云计算对于应用和I T 用户来说,即/I T 即服务0,计算能力、存储以及应用等服
务通过I nternet 从数据中心传递给用户;对于Internet 应用开发者来说,即基于Internet 的软件开发平台;对于基础设施提供商和管理者来说,即通过I P 网络连接的分布式数据中心的基础设施。

以上对于云计算的定义各有侧重,从根本上说,云计算是以虚拟技术为核心技术,以规模经济为驱动,以I nternet 为载体,以由大量的计算资源组成的I T 资源池为支撑,按照用户需求动态地提供虚拟化的、可伸缩的I T 服务。

在云计算模式下,不同种类的I T 服务按照用户的需求规模和要求动态地构建、运营和维护,用户一般以量入为出的方式支付其利用资源的费用。

所以,云计算的使能因素主要包括三个方面的内容:¹技术因素是云计算的技术使能支撑,例如虚拟化技术、WEB210技术、编程模式、全球化的分布式存储系统、网络服务以及面向服务的体系架构[10]、计费管理等;º经济因素是云计算商业化使能的支撑,例如合理的商业模式、清晰的产业结构等;»政策因素是保证云计算服务质量和合法性的社会使能支撑,例如政府的支持政策以及各种健全的监管制度。

二、云计算的服务层次
云计算的服务层次可分为基础设施层、平台层以及软件层,市场进入条件也从高到低。

目前越来越多厂商可以提供不同层次的云计算服务,部分厂商还可以同时提供设备、平台、软件等多层次的云计算服务,例如Google 既可提供云计算平台服务,又可提供云计算软件服务,如图1
所示。

图1 云计算的服务层次董晓霞等:云计算研究综述及未来发展
北京邮电大学学报(社会科学版)2010年第5期
软件服务层)))SaaS。

SaaS的兴起要早于云计算,它是一种软件布局模型,其应用专为网络交付而设计,便于用户通过I nter net托管、部署及接入,即厂商将应用软件统一部署在自己的服务器上,客户可以根据实际需求,通过互联网向厂商定购所需的应用软件服务。

SaaS应用软件的价格通常为/全包0费用,即将通常的应用软件许可证费、软件维护费以及技术支持费统一为用户的月度租用费。

SaaS是企业利用先进技术实施信息化的最好途径,尤其有利于中小企业。

但是SaaS的发展并不尽如人意,主要原因之一是SaaS供应商更专注于软件的开发,对网络资源管理能力不足,往往会造成浪费大量资金以购买服务器和带宽等基础设施,但提供的用户负载却依然有限。

而云计算供了一种简单而高效的网络资源管理机制,可以帮助SaaS厂商为海量用户提供不可想象的巨大资源,SaaS供应商不需要再在服务器和带宽等基础设施上浪费自己的资源,专注于具体的软件开发和应用,所以在云计算的模式下,SaaS的市场进入条件相对较低。

平台服务层)))PaaS(p latfor m as a serv ice,平台即服务)。

Paas是在云基础设施之上提供抽象层次的服务,即系统运行的软件平台,例如开发平台、商业部署和应用平台等,PaaS获取硬件资源的方式对于用户来说是透明的。

PPs(platfor m prov i d ers,平台服务提供商)提供硬件、软件、操作系统、软件升级、安全以及其他应用程序托管等服务内容[11],大多数提供商限定于某种语言和集成开发环境(I D E),例如谷歌的A pp Eng i n e支持python以及相应的I D E。

由于云计算的平台服务对于用户来说屏蔽了操作系统、硬件以及存储的复杂性,所以要求提供商具备良好的开发能力和一定的资源管理能力,导致了PPs的市场进入条件比较高。

随着技术的发展、客户的积累以及客户需求的增多,部分SaaS服务提供商也逐渐开始基于SaaS提供PaaS服务,例如Sales Force的Force1co m就是基于SalesForce1Co m 的软件服务引擎,提供构建商业化应用、移动应用以及网页站点应用的开发平台。

基础设施服务层)))IaaS(infrastructure as a serv ice,基础设施即服务)。

I Ps(i n frastr ucture prov i d-ers,基础设施提供商)管理了大量的计算资源,例如存储和计算能力。

I Ps利用虚拟化技术实现了分割、动态调整资源的功能,能够为用户或者服务提供商提供指定规模的系统。

为了保证服务的可靠性, I Ps需要部署相应的软件以管理这些服务。

由于IaaS是建立在由大量的计算资源组成的I T资源池基础之上,需要大量的前期投资,所以IaaS的市场进入条件相对于PaaS来说要高。

目前大部分I Ps都已有大量计算资源的历史积累,例如Rackspace,作为全球领先的托管服务提供商,自1998年至今在全球已拥有9个数据中心,管理超过5万台服务器。

[12]
三、云计算计费方式
通常情况下,云计算采用量入为出的计费方式,即根据用户使用云计算服务的情况收费,类似于水、电、气的弹性收费方式。

这种计费方式依赖于规模经济,可以在降低价格的同时为提供商带来丰厚的利润[13];还可以使云计算用户节省前期投资,避免出现资源不足或闲置的情况。

当前,云计算主要采取按次和包月/年的计费方式,少量云计算服务是免费的。

按次计费是从用户每次开始使用云计算服务开始计费,直到用户退出本次服务停止计费,一般情况下会根据用户的使用情况给出其消费的清单。

例如Am azon的S3、谷歌的A pp Eng i n e、Salesforce1co m 的Fo rce1co m以及Sun的Ne t w ork1co m的基础设施服务等。

包月/年的计费方式是用户采取预付费或者后付费的方式购买一个时间段的云计算服务,适用于有长期稳定业务需求的客户。

例如Smug mug以年付费的方式提供照片存储和共享服务。

作为Iaa S,Am azon的EC2(Am azon elastic co m pute c l o ud)为用户按需提供计算能力,它根据不同的实例类型设置了按次和包年的计费方式。

例如其点播实例和现场实例采用的是按次计费方式,而其预定实例则采用了包年计费方式。

Am azon的EC2点播实例不需要用户有长期的承诺或者预付费,用户根据需求选取相应计算规模的实例,以/实例小时0为计费单元开始计费。

现场实例类似于点播实例,但是其计费价格不是固定的,而是根据实例的需求情况以拍卖的方式现场获取的价格。

预定实例是客户一次性对所需计算规模的实例预付一年或者三年的费用,平均的费用比点播实例低。

除此之外,
Am azon 的EC2还根据流量大小以及实例运行所在的地区对网络流量单独收费
[14]。

图2是本文试用Am-
azon EC2
点播实例的一个账单示例。

图2 EC2账单示例
图2中,Am azon EC2r unningW i n do w s 表单列出了租用的所有实例的运行情况;Am azon EC2EBS 表单记录了使用存储和I /O 资源的收费情况;Am azon C l o ud W atch 表单列出了使用监控进程的收费情况。

四、云计算的未来发展
目前,云计算既让人们看到了I T 服务成为公共服务的曙光,但同时也面临着一些亟待解决的问题。

11云计算的优势分析
云计算服务提供商、云计算用户及潜在用户都意识到了云计算的使用价值及其带来的商机。

对于云计算用户来说:¹云计算的量入为出的弹性计费模式降低了用户的I T 投入成本。

用户通过I nterne t 即可按需定制并获取I T 基础设备、平台以及软件等I T 服务,避免出现计算能力空闲或不足的问题。

这尤其有利于中小企业的发展,由于资金和技术人员配置有限,中小企业在I T 建设和规划上存在一定的限制,云计算不仅使中小企业可以根据其自身情况定制计算能力,而且还可以规避云计算服务/背后0的I T 设备和系统维护的问题。

º云计算促进了用户之间的资源共享和合作,I nternet 的应用和普及使得信息资源的共享和合作突破了地域和时间的限制,而云计算的出现又进一步推动了资源的共享和合作。

例如Flickr 、Sa lesf o rce 、W i k i p edia 以及Y ouTube 等云计算服务不仅共享了资源,而且还进一步提高了群体的沟通合作能力。

»云计算服务具备QoS 保证。

由于云计算服务一般是商业行为,所以在性能和质量上应有QoS 保证。

目前,云计算的Q oS 一般是通过SLA 来保证的,即云计算服务提供商和用户在云计算的服务性能、能力以及违反协议的处罚措施等方面达成协定
[10],部分云计算服务
提供商利用技术的手段保证了云计算服务的SLA 约束[5]。

对于云计算服务提供商来说,云计算为其提供了一个广阔的发展平台,部分云计算服务提供商也是云计算服务的用户,例如Youtube 是基于Am azon 的云计算基础设施提供云计算服务。

云计算服务提供商采用技术、商业等手段按需提供泛在的云计算服务将催生云计算的规模经济。

以中小企业为例,众多中小企业对I T 资源和服务的需求是一个潜力可观的巨大长尾市场,这将给云计算服务提供商带来巨大的商机和利润。

21云计算面临的挑战分析
在研究和发展云计算时,应该注意以下四个方面的问题。

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(1)客户端计算
在重视和发展云计算时,不能忽略客户端计算的发展。

Foster et al[4]提出了Interne t计算的三角模型,即I nternet计算将主要集中在数据、云计算以及客户端计算;即随着数据密集型的应用的增加,数据管理对于云计算和客户端计算同样重要,云计算和客户端计算将并存并共同发展。

其主要原因是:¹出于安全的考虑,有的用户不愿意将敏感性数据放入云中处理。

º由于云计算服务基于网络,所以一旦出现故障或带宽紧张的情况,则会影响云计算服务的质量和效率。

所以在服务质量有严格要求或网络质量无法保证的情况下,客户端计算无疑是一个较好的解决方案。

»随着计算机技术的发展,终端执行计算的能力会越来越强大[4]。

(2)数据和应用的安全性
虚拟化技术使云计算的资源和应用的管理透明于用户,但是这同样会带来一定的问题:¹多个客户可能在没有意识到的情况下共享一个物理资源[14],在云计算安全性技术不成熟的情况,这可能会带来一定的安全隐患。

例如H adoop最新的版本才支持用户层面的集群访问控制和鉴权的功能,而这个问题曾经一直是H adoope的安全隐患[15]。

º云计算的分布式存储策略可能会突破本地政府的监管范围,一些敏感数据的遗失或者外泄可能会成为经济、政治、技术等多个层面的安全隐患,所以国家应该建立统一的监管政策,保证云计算安全、有效地发展和应用。

(3)互操作性和标准化
目前,云计算服务呈多元化发展的趋势,服务提供商之间提供的云计算服务缺乏兼容性和互操作性。

尼古拉斯#卡尔在5I T不再重要6一书中提出信息技术与电力一样,先天具有能够满足集中生产供应的特性,而目前建设信息/公共电网0已经成为可能。

所谓的信息公共电网的服务方式就是云计算,如果云计算能够像电力技术一样普及应用,必须建立技术、管理、经济等层面的标准。

目前,云计算的标准研究正处在起步阶段,一些云计算的组织或厂商正试图定义云计算的相关标准。

例如, Open Gr i d For um成立了开放云计算接口工作组,负责研究和定义远程管理云计算基础设备的APIs。

[16] Open C l o ud Consorti u m正研究解决云计算互操作性的云计算框架的标准[17],部分厂商在发展云计算服务时也考虑到了互操作性的问题。

例如Eucalyptus可以提供与Am azon的AW S兼容的云计算服务接口,即用户可以像在Am azon上使用EC2或者S3服务一样使用Euca l y ptus的云计算服务,并且很容易地将服务在Euca l y pt u s和Am azon AW S之间切换[18]。

2010年初,国际电信联盟(I T U)成立了/云计算专项工作组0,工作组将评估当前的各项标准,根据情况制定云计算通用标准,以期改变当前云计算没有标准可依的局面。

[19]
(4)政策监管
云计算的虚拟性以及国际性特点会催生出许多法律以及监管层面的问题,而云计算监管政策的制定应该主要考虑以下三个方面的因素:¹云计算服务提供商资质。

由于云计算主要应用的范围是对用户的数据进行应用和托管,因此面临/如何保证用户信息和隐私的安全性0的问题,这要求对云计算服务提供商有相应的监管机制。

目前,国内部分专家提出了应该从政府角度上设置准入政策,对云计算服务提供商进行相应的审查,以保证数据的安全性和服务的质量。

º数据和应用的边界性。

云计算使得数据存储可能突破本地政府的监管范围,或者可能出现和数据存储的当地政策不相容的情况。

这需要通过技术、法律等监管措施对云计算数据和应用的边界性进行合法有效的管理。

»云计算的商业投入情况。

例如税收、保险、人力资源、市场环境等情况[20]。

总之,云计算的/云0不能像天上的云一样自由地飘来飘去,由于政治、法律、经济的原因,云计算的/云0应该有边界的,这个边界是由一系列的监管政策来划分的。

五、结束语
根据Gartner的技术成熟度曲线(Gart n ers.H ype Cyc le),一项新的I T技术从产生到成熟应用大致经过萌芽期、过热器、幻想破灭期、复苏期以及成熟期5个阶段,Gart n er2009年的统计数据显示,云计算目前正在处于过热期,大家都在谈论它,都认为它是一个良好的技术发展方向;但是它是什么,它对现有资源配置、消费、政策等方面有何影响以及未来能够带来什么样的效益,对于大多数人来说
董晓霞等:云计算研究综述及未来发展
都是不甚明确的。

云计算从过热阶段尽快过渡到成熟阶段不仅需要技术方面的支持,而且还需要政治、经济、法律层面相关制度的建设。

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Be ijing100876,Ch i n a)
Abst ract:A s a ne w co mpu ti n g parad i g m,cloud co mpu ti n g has beco m e a research hotspot i n recent years1Its goa l is to dyna m ica lly prov ide re li a b le,custo m izable,qua lity of serv ice(Q oS)guaranteed I T co m puti n g env-i ronm en t serv ices for users1D iscussi n g this ne w paradig m fro m its defi n ition,service levels,prici n g m odel and its future deve l o p m entw ill help to m ake a scientific ana l y sis o f how to use and operate cloud co m puti n g1
K ey w ords:cloud co m puting;u tility co m puti n g;sca l e econo m y;serv i c e leve ls;pricing m odel。