云计算研究与发展综述

Ｉ Ｂ Ｍ： 云计算一词用来同时描述一种平台和一
特别策划
的各种资源， “ 计算” 则是能力， 包括信息的处理、 存 储、 检索、 交互等； 从技术层面看， 云计算最核心的 技术是虚拟化， 将网络上的硬软件资源整合成网络 服务能力； 从服务层面看， 云计算是一种新的商务 模式， 服务商利用虚拟化技术为用户提供优质价廉 的专业化、 规模化的信息服务； 在应用层面， 云计算 是一种新的应用体验， 用户就像用水电般使用互联 网服务， 像在银行存钱一样在网络上存储自己的信 息。李德毅院士在《 超出图灵机的互联网计算》 一 文中的一句话最能概括云计算， 即云计算是互联网
７ ］ Ｓ ｅ ｒ ｖ ｉ ｃ ｅ ｓ ” 提供接入服务 ［ 。在技术上， 亚马逊研发
给网络服务商、 设备制造商带来新的发展机遇， 也 将对人们的生活和工作方式产生巨大的影响。 １ ． ２ 云计算的判断标准 解放军理工大学刘鹏教授在“ 第二届中国云计 算大会” 上给出了云计算的 ３个判断标准： １ ） 用户 所需的资源不在客户端而来自网络。这是云计算 的根本理念所在， 即通过网络提供用户所需的计算 ） 服务能 力、 存储空间、 软件功能和信息服务等。２ 力具有分钟级或秒级的伸缩能力。即能够根据服 务需求自动迅速地调整网络资源， 既能够调集足够 的资源来应对网络的尖峰流量， 又能使服务节点的 数量再随着流量的减少而减少。３ ） 具有较之传统 模式 ５倍以上的性能价格比优势。 １ ． ３ 云计算发展现状 云计算的愿景一直是人们对网络的梦想， 分布 式计算、 网格计算多少都体现了目前云计算的思 想， 即要将分布在网络上的计算资源整合起来， 提 供强大的计算能力。在科学研究领域， 分布式计算 和网格计算有许多成功的案例。从技术层面讲， 云 计算与分布式计算和网格计算并无本质上的区别。 不过云计算在商务模式上的创新， 使之得到了产业 界的广 泛 支 持， 并 得 以 迅 速 发 展。云 计 算 领 域 有 Ｇ ｏ ｏ ｇ ｌ ｅ ， Ａ ｍ ａ ｚ ｏ ｎ ， Ｉ Ｂ Ｍ， Ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ ｓ ｏ ｆ ｔ 和Ｙ ａ ｈ ｏ ｏ 等大公司活 跃 的 身 影， 也包括 Ｖ Ｍ ｗ ａ ｒ ｅ ， Ｓ ａ ｌ ｅ ｓ ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ ， Ｆ ａ ｃ ｅ ｂ ｏ ｏ ｋ ， Ｙ ｏ ｕ Ｔ ｕ ｂ ｅ ， Ｍ ｙ Ｓ ｐ ａ ｃ ｅ 等新兴力量。我国的许多企业， 如中国移动、 中国电信、 中国联通、 华为、 中兴、 联想 等知名企业也已介入， 成立了中国云计算技术与产 业联盟。 Ｇ ｏ ｏ ｇ ｌ ｅ 是云计算的始作俑者。２ ０ ０ ６年， Ｇ ｏ ｏ ｇ ｌ ｅ 启动了“ Ｇ ｏ ｏ ｇ ｌ ｅ １ ０ １ ” 计划， 引导大学生们进行“ 云” — ２ ４—
１ 概 述
１ １ 什么是云计算 云计算是人们长久以来把计算作为基础设施 这一梦想 的 新 称 谓， 它在最近正快速变为商业现 实。这种新的网络商务服务模式将计算任务分布 在由大量计算机构成的资源池上， 使用户能够按需 获取计算力、 存储空间和信息服务。云计算最基本 的特征是在互联网上将 Ｉ Ｔ资源当做服务来提供， 包 括应用程序、 计算能力、 存储容量、 联网、 编程工具， 甚至于通信服务和协作工具等。不过， 目前云计算 还没有统一的定义， 产业界和学术界的定义主要有： 维基百科： 云计算是一种基于互联网的计算新 方式， 通过互联网上异构、 自治的服务为个人和企 业用户提供按需即取的计算。由于资源是在互联 网上， 而在电脑流程图中， 互联网常以一个云状图 案来表示， 因此可以形象地类比为云， “ 云” 同时也 是对底层基础设施的一种抽象概念
［ １ ］
美国加州大学伯克利分校： 云计算包含了 ２个 方面， 即互联网上提供的应用服务和网络数据中心 内提供这些服务的硬件设施和软件系统。互联网 上的服务本身一直被称作软件即服务（ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗ ａ ｒ ｅａ ｓ ａ ， Ｓ ａ ａ Ｓ ） ， 所以我们使用这个术语， 而数据中心 ｓ ｅ ｒ ｖ ｉ ｃ ｅ
３ ］ 。 的软硬件则是我们所称作的云 ［
中国电子学会云计算专辑委员会： 云计算是一 种基于互联网的、 大众参与的计算模式， 其计算资 源（ 包括计算能力、 存储能力、 交互能力等） 是动态、
４ ］ 。 可伸缩、 被虚拟化的， 且以服务的方式提供 ［
。
虽然上述各种定义略有不同， 但我们可以从各 种层面来理解。从字面上看， “ 云” 即互联网及网上 — ２ ３—
［ ８ ］ Ｃ ｉ ｒ ｒ ｕ ｓ ， 鼓励开展云计算、 服务和数据中心管理等
领域中各方面的研究。其合作伙伴还有美国国家 基金会、 新加坡资讯通信发展管理局、 德国卡尔斯 鲁厄大学、 美国伊利诺伊大学、 美国卡内基梅隆大 学、 俄罗斯科学院系统程序研究所等。 ２ ０ １ ０年初， 云安全联盟（ Ｃ Ｓ Ａ ） 和Ｎ ｏ ｖ ｅ ｌ ｌ 共同宣 ｔ ｒ ｕ ｓ ｔ ｅ ｄｃ ｌ ｏ ｕ ｄｉ ｎ ｉ ｔ ｉ ａ 布了一项名为 “ 可信任云协议 （ ｔ ｉ ｖ ｅ ） ” 的计划， 帮助云服务提供商开发被业界认可 的安全和可互操作身份识别、 访问和一致性管理的
Ｄ Ｉ Ｇ Ｉ Ｔ Ａ ＬＣ Ｏ ＭＭＵ Ｎ Ｉ Ｃ Ａ Ｔ Ｉ Ｏ Ｎ／ ２ ０ １ ０ ６
了弹性计算云 Ｅ Ｃ ２和简单存储服务， 为企业提供计 算和存储服务。 Ｉ Ｔ界的另一巨头微软自然不甘落后。２ ０ ０ ８年 １ ０月， 微软推出了 Ｗｉ ｎ ｄ ｏ ｗ ｓ Ａ ｚ ｕ ｒ ｅ （ 译为“ 蓝天” ） 操 作系统， 通过在互联网架构上打造云计算平台， 让 Ｗｉ ｎ ｄ ｏ ｗ ｓ 真正由 Ｐ Ｃ延伸到 “ 蓝天” 上。 Ａ ｚ ｕ ｒ ｅ的底 层是微软全球基础服务系统， 由遍布全球的第四代 数据中心构成。 ２ ０ ０ ８年 ７月， 雅虎、 惠普和英特尔联合宣布将 建立全球性的开源云计算研究测试床， 称为 Ｏ ｐ ｅ ｎ
５ ］ 。可以预见， 云计算的发展会 资源利用的新模式 ［
０ ０ ７年 １ ０月， Ｇ ｏ ｏ ｇ ｌ ｅ 与Ｉ Ｂ Ｍ联 系统的编程开发。２ 合宣布， 将把全球多所大学纳入类似 Ｇ ｏ ｏ ｇ ｌ ｅ 的“ 云
６ ］ 计算” 平台之中 ［ 。
随即， Ｉ Ｂ Ｍ在 ２ ０ ０ ７年 １ １月推出了“ 蓝云” 计算 平台， 为客户带来即买即用的云计算平台。它包括 一系列的自动化、 自我管理和自我修复的虚拟化云 计算软件， 使来自全球的应用可以访问分布式的大 型服务器池， 使得数据中心在类似于互联网的环境 下运行计算。 亚马逊（ Ａ ｍ ａ ｚ ｏ ｎ ）在云计算的发展中也起了重 要的作用。该公司是著名的网络在线零售商， 拥有 众多的服务器， 但利用率不到 １ ０ ％ 。新的云体系架 ０ ０ ６年， 亚马 构为大幅提高企业效益提供了机遇。２ Ａ ｍ ａ ｚ ｏ ｎＷｅ ｂ 逊就开始在效用计算的基础上通 过 “
特别策划
云计算研究与发展综述
唐 红 ａ 徐光侠 ｂ
重庆邮电大学 ａ ． 网络与计算研究中心； ｂ ． 软件学院 重庆 ４ ０ ０ ０ ６ ５ 类应用。一 个 云 计 算 平 台 可 按 需 进 行 动 态 部 署 ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ ） 、 配置（ ｃ ｏ ｎ ｆ ｉ ｇ ｕ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ） 、 重新配置（ ｒ ｅ ｃ ｏ ｎ （ ） 以及取消服务（ ｄ ｅ ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ ） 。云计算平台中 ｆ ｉ ｇ ｕ ｒ ｅ 的服务器既可以是物理的， 也可是虚拟的。高级的 “ 云” 通常还包括其他一些计算资源， 如存储局域网 （ Ｓ Ａ Ｎ ｓ ） 、 网络设备、 防火墙及其他安全设备等。云 计算还描述了可以通过互联网进行访问的扩展应 用。“ 云应用” 采用大规模数据中心和功能强大的 ｂ应用和 Ｗｅ ｂ服务。任何一个用 服务器来提供 Ｗｅ 户可以通过合适的互联网接入设备和标准的浏览 器来实现云计算应用。在这里， “ 云” 是一个虚拟化 的计算机资源池。它可以： １ ） 托管多种不同的工作 负载， 包括成批的后端作业和面向用户的交互式应 用程序； ２ ） 通过快速提供虚拟机器或物理机器， 迅 速部署和增加工作负载； ３ ） 支持冗余、 自我恢复且 具有高可扩展性的编程模型， 使工作负载能够从各 种不可避免的硬件 ／ 软件故障中恢复； ４ ） 实时监控
图２ 云计算技术体系结构 图１ 云计算平台逻辑层次
最底层是包括服务器、 网络和存储等在内的资源层。
２ ． ２ 云计算的技术体系结构 按图 １所示逻辑层次， 可用如图 ２所示技术体
１ １ ］ 系结构来构建云计算平台 ［ 。
如图 ２所示， 云计算技术体系结构分为 ４层： 物 Ｏ Ａ构建层。 理资源层、 资源池层、 管理中间件层和 Ｓ 物理资源层包括计算机、 存储器、 网络设施、 数据库 和软件等。资源池层是将大量相同类型的资源构 成同构或接近同构的资源池， 如计算资源池、 数据 资源池等。构建资源池更多是物理资源的集成和 管理工作， 例如， 研究在一个标准集装箱的空间如 何装下 ２０ ０ ０个服务器， 解决散热和故障节点替换 的问题并降低能耗。管理中间件负责资源管理、 任 务管理、 用户管理和安全管理等工作。资源管理负 责均衡地使用云资源节点， 检测节点的故障并试图 恢复或屏 蔽 之， 并对资源的使用情况进行监视统 计。任务管理负责执行用户提交的任务， 包括完成 用户任务的部署和管理、 任务调度、 任务执行、 任务 生命期管理等。用户管理是实现云计算商业模式 的一个必不可少的环节， 包括提供用户交互接口、 — ２ ５—
特别策划
已经配置了 ２ ２ ０个集装箱式数据中心， 包括 ４ ４万台 服务器。 在我国， 云计算发展十分迅速。２ ０ ０ ８年， Ｉ Ｂ Ｍ 先后在无锡和北京建立了 ２个云计算中心。中国移 动研究院已经建立了 １ ０ ２ ４个 Ｃ Ｐ Ｕ的云计算试验中 ａ ｓ ｓ Ｃ ｌ ｏ ｕ ｄ 。 心。解放军理工大学研制了云存储系统 Ｍ ２ ０ ０ ８年 １ １月 ２ ５日， 中国电子学会专门成立了云计 ０ ０ ９年和 ２ ０ １ ０年分别先后隆 算专家委员会， 并在 ２ 重举办了中国云计算大会。在第二届中国云计算 大会上， 中国移动公布了在开源软件基础上开发的 Ｂ Ｃ １ ． ０ ） ， 该平台包括五 云计算系统， 称为大云平台（ 部分： 并行数据挖掘工具、 分布式海量数据仓库、 弹 性计算系统、 云存储系统和 Ｍ ａ ｐ Ｒ ｅ ｄ ｕ ｃ ｅ 并行计算执 Ｔ支撑 行环境。“ 大云” 计划的目标是为满足移动 Ｉ Ｔ计算和 系统高性能、 低成本、 可扩展、 高可靠性的 Ｉ 存储需要， 同时， 也为满足中国移动提供互联网业 务和服务的需要。中国电信推出了“ ｅ 云” 个人移动 ３ Ｇ ” 紧密地捆绑在一起， 增值服务， 将“ 云计算” 和“ 手机及宽带用户将可以实现与互联网上类似的各 种云计算业务。 除了大公司在积极推动云计算发展外， 许多中 ａ ｌ ｅ ｓ ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ是云 小企业的云计算服务也颇具特色。 Ｓ 计算的积极倡导者之一， 亦是软件即服务（ Ｓ ａ ａ Ｓ ） 厂 商的先驱， 故它在云计算领域的成功是自然而然 的。它提供的是可通过网络访问的自动化应用软 ａ ｌ ｅ ｓ ｆ ｏ ｒ ｃ ｅＣ Ｒ Ｍ 客 户 关 系 管 理 软 件， 以 件， 主要是 Ｓ Ｓ ａ ａ Ｓ 模式通过 Ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｎ ｅ ｔ 提供业务。Ｓ ａ ｌ ｅ ｓ ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ 正在建 造自己的网络应用软件平台 Ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ ． ｃ ｏ ｍ 。目前， Ｉ Ｔ 产业界和学术界的机构和个人纷纷加入云计算研 发队伍， 不断扩展其应用领域， 可以说， 云计算已经 进入了高速发展期。
２ ］ 资源使用情况， 在需要时重新平衡资源分配 ［ 。
０ 引 言
近来， “ 云计算” 一词成为互联网产业界和学术 界讨论的热点， 受到国内外的广泛关注。今年 ５月， 在北京召开了第二届中国云计算大会， 参会的代表众 多， 盛况空前。媒体和网络上关于云计算的报道、 文章如雨后春笋般不断出现。本文从云计算概念、 发展历程、 计算模型、 体系结构、 解决方案、 关键技 术等方面进行归纳和分析， 研究其现状， 并探讨其 发展趋势。
９ ］ 配Leabharlann Baidu系统 ［ 。
这些国际知名大公司在全世界建造了庞大的 ｏ ｏ ｇ ｌ ｅ 的搜索引擎有分布于 ２ ０ ０多个 云计算中心。Ｇ ０ ０万台服务器的支撑， 而且设施数量正 站点、 超过 １ ０ ０ ８年， Ｉ Ｂ Ｍ 宣布投资 ４亿美元用于 在迅猛增长。２ 其设在美国和日本的云计算数据中心改造， 并在 １ ０ 个国家投资 ３亿美元建设 １ ３个云计算中心。微软