虚拟化与云计算在国内外发展现状以及电子政务中的应用.docx
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虚拟化与云计算在国内外发展现状以及电子政务中的应用
一、云计算国内外发展现状分析
云计算技术是IT产业界的一场技术革命,已经成为了IT行业未来发展的方向。
各国政府纷纷将云计算服务视为国家软件产业发展的新机遇。
美国政府在IT政策和战略中也加入了云计算因素，美国国防信息系统部门（DISA）正在其数据中心内部搭建云环境2009年9月15日，美国总统奥巴马宣布将执行一项影响深远的长期性云计算政策，希望借助应用虚拟化来压缩美国政府支出。
日本内务部和通信监管机构计划建立一个名为“KasumigasekiCloud”的大规模的云计算基础设施，以支持所有政府运作所需的信息系统。
中国政府在“十二五“信息规划的技术背景中特别对云计算技术做了阐述，明确提出云计算技术是我国下一个5年信息化产业发展的重点领域之一。
2009年年末，中国工业和信息化部出台的扶持软件产业发展指导意见中就明确了软件行业的10个发展重点，分别是基础软件、信息安全软件、工业软件、嵌入式软件、行业应用解决方案、系统集成和支持服务、软件服务外包、各类创新型服务、数字内容加工处理与服务以及IC设计服务。
无锡市政府致力于打造中国的“云谷”，北京市政府启动了“祥云工程"。
无论是在政府还是在产业界，都掀起了一场”云“的热潮。
同时，随着信息化程度的提高，IT能耗急剧增加。
美国环境保护局在2010年8月发布了一份研究报告，他们的研究发现，2006年全美国的数据中心和服务器消耗了大约610亿kW‧h的电能,这些企业的IT数据中心的能耗已经占据美国总耗电量的1.5%,相当于580万户普通美国家庭的日常用电,换算过来就是每年45亿美元。
美国环境保护局警告说，这些数字到2011年将几乎翻倍。
据分析机构分析，2007年#，中国PC的社会保有量已超过1亿台，服务器超过200万台，还有数目众多的路由器、交换机等其他IT设备，这些总量惊人的IT设备大约会消耗300亿-500亿度电能，等同于向大气中排放上千万吨的温室气体"。
经济危机与哥本哈根国际气候大会推动了产业升级、调整和低碳经济时代的快速到来，以云计算技术为驱动力的公共效用IT、绿色低碳IT受到我国政府的极大关注及重视。
因此，需求驱动、技术驱动和政策驱动三大驱动力给云计算的发展提供了极大助力。
下文首先给出国内外云计算生态环境的发展现状，包括平台提供商、系统集成商、服务提供商以及应用开发商，给出云计算发展趋势。
1、国外云计算产业发展现状
图1给出了云计算生态环境对于云计算产业各个环节各厂商的核心竞争力各有所长只有价值链各环节强强联合优势互补才可能提供面对用户的完整的端到端的产品解决方案共同培育和发展市场很多厂商具有非常强大的开发和业务提供能力同时具备在该领域传统的技术实力因此能够分别提供多种服务如平台系统集成应用开发等。
（1）、平台提供商
云计算的实现依赖于能够实现虚拟化自动负载平衡随需应变的软硬件平台，在这一领域的提供商主要是传统上领先的软硬件生产商如EMV的VMware、RedHat、Oracle、IBM、惠普Intel等.这些公司的产品主要特点是灵活和稳定兼备的集群方案以及标准化、廉价的硬件产品。
EMC在2009年同英特尔合作开发高能效版本的Atmos云存储系统，AT&T的Synaptic服务建立在该平台基础之上，并提出建设统一云架构。
2003年12月，EMC公司收购VMware公司。
VMware是在虚拟化方面市场的领先者，全球84%所有的虚拟化应用都是应用在VMware上的，其产品VMwareFare为企业提供私有云和公有云平台。
RedHat提供纯软件的云计算解决方案（支持任意工业标准硬件）；提供4层云计算解决方案通过虚拟化实现资源整合、共享、分配；按需在线扩展、按需支付使用资源费用；提供IaaS、PaaS、SaaS，并结合第三方应用扩展SaaS。
RedHat已为Amazon提供云计算平台，并联VerizonBusiness部署云计算服务方案。
IBM在2007年11月15日推出蓝云计算平台为客户带来即买即用的云计算平台。
惠普最新的基础设施解决方案惠普刀片系统矩阵（HPBladeSystemMatrix）为云计算提供基础平台，降低基础设施的整体成本和数据中心的复杂性。
英特尔2010年推出数据中心策略，提出开放式数据中心构想，包括CloudBuilder软件计划等。
（2）、系统集成商
系统集成商帮助用户搭建云计算的软硬件平台，尤其是企业私有云。
代表厂商包括Oracle、Google、Amazon、IBM、HP、Sun。
这部分公司普遍具有强大的研发能力和足够的技术团队，能够提供全面的云计算产品。
Oracle2005年以58亿美元收购Siebel公司一举进入了云计算领域。
Oracle支持数据中心按需提供服务，开发的“POD”架构。
Oracle收购Sun之后，开发了使用Sun服务器作为硬件、使用Java作为基础架构之间的编程工具。
（3）、服务提供商和电信运营商
这一部分涵盖了为企业和个人用户提供计算和存储资源的IaaS公司,如提供新型数据中心服务的Amazon、GoGrid，电信运营商AT&T、Verizon等，以及为应用开发者提供开发平台的PaaS公司如微软Azure、GoogleApp以及F等。
这部分是云计算的核心领域之一，今后绝大多数的计算处理以及应用开发都将在这些服务中展开。
（4）、应用开发商
即SaaS应用服务提供商包括传统软件厂商如微软的Live服务互联网巨头Google的gmailGoogleEarth苹果的MobileMe、黑莓企业方案等以及新兴的在线CRM解决方案提供商Salesforce等。
（5）、试验床
发展试验床是为了消除资金和后勤方面的障碍,促进行业/科研机构和政府部门间的开放协作,对互联网范围的数据密集型计算进行研究。
目前比较有影响力的试验床项目有OpenCirrus云计算试验床，该试验床成立于2008年7月，正在进行50多个研究项目，模拟了一个真实的、全球性的、互联网范围的环境，并赋予了研究人员前所未有的能力，来测试应用和测量基础设施及服务的性能，以建立大规模的云系统。
惠普、英特尔和雅虎以及多家研究机构加入其中。
NSF的GENI（globalenvironmentfornetworkinginnovations）计划2010年启动DiCloud（data-intensivecloudcontrolforGENI）项目。
该项目扩展了GENI/ViSEsensornetwork（sensornet）试验床为研究人员提供一个进行深度数据试验的环境，包括跨越sensornet节点、数据中心节点，特别是基于云的数据存储节点，获得数据片段；部署公众云计算编程模式，提供简单但是强大分布式数据处理能力；验证试验流程能够明确地控制数据流和资源分配情况。
2、国内云计算产业发展现状
当前中国的云计算的发展正进入成长期，预期在2015年之后，中国云计算产业将真正进入成熟期，云计算服务模式将被广大用户接受。
埃森哲2010年云计算研究报告给出，未来两年内更多的中国大企业将开始使用云计算如图2所示。
但由于对安全的担心和其他顾虑，云计算的使用率仍将低于其他国家。
目前，国内更倾向于创建私有云，而不是使用公有云服务，如图3所示。
根据计世资讯统计2009年中国云计算市场规模已达到403.5亿元，增长率为28%，其中SaaS为354.2亿元，PaaS为47.8亿元，IaaS为1.5亿元，SaaS市场中，网络游戏和搜索占据绝大份额，以工业计算等垂直细分领域为代
表的SaaS市场目前尚处于起步阶段。
但是，市场研究公司对中国云支出走势的预测存在较大差异。
调研机构SpringboardResearch预计，截至2010年底中国云市场将增长56%，达到1.71亿美元（11.6亿元人民币），还不到IDC预测的2009年全球云计算支出（174亿美元）的1%。
CCWResearch估计中国SaaS市场2008年市值高得多，为198.4亿元人民币，并将在未来两年内保持24.5%的年增长幅度，到2013年底达到613亿元人民币。
3、趋势分析
目前云计算技术总体趋势向开放、互通、融合（安全）方向发展，存储逐步向SAN+NAS一体化发展，服务器向X86机群方向发展，目前小型机厂商HP逐渐加强PC服务器的发展，未来的网络向扁平化、自组织、虚拟路由方向发展，移动互联网的带宽迅速增长，移动互联网的实时性、交互性、低成本、个性化和位置感知能力，形成移动用户迅速增长的服务需求。
云计算将向公共计算网发展，对大规模的协同计算技术提出新的要求，虚拟机的互操作，资源的统一调度，需要更加开放的标准，目前云标准已经引起行业的高度重视，并得到较快的发展。
业务方面，目前的电信业务趋势向专业化、集约化、规模化方向发展，随着社会信息化和行业信息化的普及、提高，信息正呈现出爆炸式增长趋势，公众对计算、通信和网络的服务的要求越来越高。
通信技术正逐步趋向于计算技术与应用发展，计算技术与应用正朝向网络与服务提供方向发展，通信技术和计算技术正在真正走向融合。
电信运营商纷纷提出成为综合信息服务提供商的战略，对于云计算技术的应用，不仅需要利用其促进通信网络技术和业务平台、支撑系统的升级换代，更需要应用其构建提供综合信息服务运营基础设施及支撑能力。
二、基于虚拟化技术的云计算在电子政务中的应用
1、应用背景
为了减少政府在信息化建设中的投入成本和提高信息技术在国民经济发展中的推动作用,一种“IT（InformationTechnology）厂商提供云计算技术支撑,政府定期釆购云服务的合作模式”开始在某些城市试点发展起来。
IT厂商通过自己积累的云计算技术优势,在政府相关政策的扶持下,搭建面向社会公众服务的统一云平台,向政府的各个部门提供信息化技术支撑,助力政府信息化进程,通过这种新型的商业合作模式,IT厂商可以面向政府机构提供政务云服务,面向中小企业提供私有云服务,并利用云计算数据中心的闲散计算资源和庞大的数据处理能力,面向社会提供服务民生的免费公共计算。
随着提供的信息服务越来越多,IT厂商的云计算数据中心变得愈发的庞大与难以掌控,这对数据中心的日常数据管理与基础设备的维护是巨大的挑战。
例如:
数据中心拥有大量的高性能服务器,但由于服务器的配置需求是按照服务的峰值要求进行采购配置的,这就造成了正常情况下服务器的利用效率低下,造成了计算资源的大量浪费;云计算数据中心服务器的种类繁多,由于采用的架构不同,使得很多服务器在应用程序的部署方面缺乏良好的平台兼容性和互操作性,不利于物理设备的统一管理与维护;随着应用服务数量的增多,由于缺少有效的服务器热备份方案,可能会造成服务器的宕机,进而引起关键应用服务的中断,给政府和企业带来经济上的损失;同时服务器数量激增,造成了数据中心系统管理人员的人力资源成本的提升和电力能源消耗的直线增加。
因此,如何进行高效的云计算数据中心管理,减少能源电力消耗,提供一种稳定的、自动化的数据信息云服务成为云计算数据中心所要解决的一个重要问题。
另外,随着服务器使用年限的增加和服务器性能的下降,这部分服务器已经不能满足大型应用的配置需求,如何处理这部分计算资源也成为云计算中心需要解决的一个问题。
近年来,随着云计算技术的发展与日益成熟,以及国家大力推进从管理型政府到服务型政府职能的转变,如何将云计算应用在电子政务建设中成为政府和IT厂商关注的一个热点问题,本文旨在从云计算数据中心的角度出发,提出一套基于基础架构服务的云计算方案,解决云计算中心面临的问题和进行电子政务向云端迁移的尝试性工作。
2、应用目的和意义
旨在提出一种通过基于虚拟化技术的云计算平台解决方案,提高数据中心的资源管理配置效率,在保证数据服务稳定的前提下,整合固有物理服务器资源,提高服务器的使用效率,降低电力能源消耗,降低云计算中心的运营成本,以一种绿色、环保、低成本的形式提供安全、可靠、高效的云服务,同时实现电子政务应用从传统IT架构部署到云计算架构部署的转变,为未来全面推进云政务系统进行技术性的探索与尝试。
总之,虚拟化技术带来的好处有以下几个方面:
（1）在保证现有服务器数量不变的前提下,提升云计算数据中心的数据计算能力,充分发挥服务器的计算效率;
（2）通过将硬件资源抽象化为统一的资源池,简化了服务器的部署和配置工作,提升了应用服务的迁移能力,提高了业务的敏捷性;
（3）在保证面向客户服务水平不变的前提下,有效的降低电力能源消耗和空间资源需求,减少云计算数据中心的运营成本;
（4）支持异构服务器架构的融合,使得数据中心能够做到真正的统一数据管理,方便计算资源的调度和分配;
（5）通过提供实时迁移、髙可用性、容错等高级管理功能,使得数据中心能够提供稳定的无中断的云服务体验;
（6）通过统一的应用系统平台,减少了政府在信息化建设中重复釆购带来的资源浪费;
（7）数据的统一管理,解决了政府各部门由于数据格式不统一以及信息壁垒造成的部门间信息孤岛问题;
3、电子政务概述
电子政务是指公共管理部门运用信息技术,将职能管理与服务通过网络技术进行集成,实现组织机构与业务流程的标准化与信息化,解决各个职能部门以及与社会公众之间的信息障碍,向社会公众提供优质、高效、透明的公共服务。
电子政务是信息技术与政府改革结合的产物,是为了满足互联网时代对政府职能变革诉求的响应。
伴随着经济全球化的加深以及信息技术的迅猛发展,电子政务成为政府进行管理创新的源动力,越来越多的信息技术成为政府日常管理活动中不可分割的一部分,使得政府的管理职能能够更加便捷地参与到社会公众服务中,如今社会化信息程度的高低已经成为衡量一个国家综合实力的重要标准。
按照服务对象的不同,电子政务可以分为三类:
（1）政府对政府的电子政务（G2G,GovernmenttoGovernment）.
G2G是上下级政府之间、不同地方政府之间、不同政府部门之间的电子政务,提髙了政府间的协同合作的效率。
例如:
电子办公系统、电子档案系统等。
（2）政府对企业的电子政务（G2B,GovernmenttoBusiness）。
G2B是指政府通过信息化技术精简面向企业的管理业务流程的电子政务,通过信息技术收集企业数据,提高了政府对企业的业务处理效率。
例如:
电子报税系统、电子釆购系统等。
（3）政府对公民的电子政务（G2C,GovernmenttoCitizen）。
G2C是指政府通过互联网为广大公民提供的信息服务,方便了用户的日常信息查询与使用,有利于提高公民的信息化意识。
例如:
电子证件服务、电子医疗服务等。
电子政务建设的目的并不仅仅是实现政府的信息化,而是在信息化建设的过程中,规范政府的管理行为,提高政府的管理效率和决策水平,以一种开放的姿态接受公众的日常监管,从与公民的有效沟通中,提炼公民的需求,以此为诉求点创新管理职能优化政府组织机构建设。
4、电子政务的管理现状
随着信息技术的迅猛发展与普及,以及公民日益高涨的参与社会公共事务讨论与管理的热情,我国电子政务正面临着从传统管理型政府向服务型职能政府转变的过程,政府管理角色的转变也带动着构建电子政务的信息技术的改变。
如何将信息技术的持续发展与创新纳入到推动政府管理职能创新的轨道上,成为人们关注的一个话题。
目前,我国电子政务的发展主要面临以下几个问题:
（1）、硬件资源的设备利用率低。
在传统的电子政务建设中,政府管理者注重基础硬件资源的建设,硬件资源的投入成本在电子政务系统建设中占有很高的比例,硬件设备的采购通常是按照应用服务的峰值访问量和防止突发事件带来的爆炸式访问量造成应用服务器疾而进行配置的,这就造成了在日常的政务管理事务中硬件设备的利用率低,带来了计算资源的极大浪费。
（2）、同质化管理信息系统的重复开发,成本代价高。
电子政务建设的核心在于服务政务管理的信息系统的建设,管理者将纳税人的资金投入到信息系统的建设中,发出了大量的基于本政府部门管理事务工作流程的信息系统。
但由于政府各部门管理职能本身具有的交叉性,造成了各政府部门的信息系统的架构、数据、功能等方面具有很大的相似性,造成了资金的重复投入。
例如:
交通部门的信息系统开发需要了解地理位置等信息数据,而地理信息系统的开发也需要详细的地理位置信息数据,在系统发的调研过程中,两套系统都需要调研同样的数据,重复的信息系统调研和系统开发造成了资金和人力资源的大量浪费。
（3）、政府各部门间的“信息孤岛”问题。
由于缺乏统一的电子政务建设规范,政府的各部门间的电子政务系统建设从底层基础硬件资源的架构兼容性,到操作系统的平台互操作性,以及管理信息系统的数据互访问性都缺乏有效的标准约束,使得各部门间不能及时做到资源和数据信息的共享,使得电子政务并没有从根本上解决信息障碍和信息不对称的问题,无法有效地发挥电子政务所倡导的信息共享、协作协同的管理理念。
（4）、电子政务数据安全性缺乏保障。
电子政务的数据安全是关系到城市建设以及居民日常生活的重要因素,一旦电子
政务数据发生流失,将会使得政府和公民的信息得到泄露,政府的日常管理活动和居民的个人生活将会受到潜在的威胁。
在现有的电子政务建设体系中,由于部分政府部门的资金缺乏和信息化建设安全认识不足等因素,数据的安全性并没有得到应有的重视,管理人员的非专业型、管理技术的滞后性、缺乏有效的数据灾备手段都成为了数据安全的隐患,给电子政务系统带来了极大地安全挑战。
5、云计算概述
随着信息社会和互联网技术的高速发展,以及政府部门与企业对海量数据和复杂计算的日益要求,数据的计算模式从并行计算、分布式计算和网格计算发展到云计算模式云计算是一种通过高速互联网进行信息服务交付的新型商业计算模式,通过集中式的信息资源部署,将数据的处理过程交由云端的数据中心完成,终端用户通过互联网按需获取计算、存储、网络和信息应用等资源和服务,通过实现计算、网络和存储资源的共享,提高了数据处理速率和服务交付的效率。
通过这种数据计算模式,用户无需在本地计算机上安装任何应用服务程序,只需通过浏览器便可获得需要的信息服务。
云计算使得企业和政府部门的数据中心构建摆脱了传统数据中心的系统规划、系统开发、硬件釆购、系统实施与后期维护的构建模式,只需按照企业和政府部门的管理要求,提出数据中心的信息需求,通过高速互联网的数据传输,便可快捷的获取云服务,使得企业和政府部门能够更加专注于自己的核心业务和管理职能。
云计算的
核心是新一代数据中心处理技术,包括绿色IT、高性能（网格）计算、分布式计算以及数据中心虚拟化等技术。
云计算的实现原理在于,通过分布在异地的大量分布式计算机完成计算需求,而非传统的本地计算机或远程服务器完成计算需求,使得数据服务交付模式通过互联网完成。
云计算提供的主要服务内容为计算能力、存储、网络和软件服务,这些服务内容通过互联网提供给用户,并可以根据客户需求随时变更服务内容,满足了客户柔性IT变更的需求,避免了客户频繁变更IT架构带来的重复资源投入。
按照云计算提供的服务类型不同,可以将云计算的实现分为三类:
（1）基础架构即服务（Infrastructureasaservice,laaS）。
通过虚拟化、分布式处理等技术将物理资源整合成一个大的计算资源池,根据用户的需要,向用户提供底层硬件等基础资源,如:
虚拟机、存储、网络等,用户在这些基础资源上自主安装操作系统和部署需要的应用服务,用户负责操作系统和应用程序的维护与升级工作。
（2）平台即服务（Platformasaservice,PaaS）。
为用户提供置于硬件资源之上的计算平台,如:
操作系统、数据库和网络服务器等,用户可以在其中进行应用程序的设计、开发与调试,而平台的维护工作则由该服务提供商负责。
（3）软件即服务（Softwareasaservice,SaaS）。
为终端用户提供软件服务,如:
云存储、云杀毒等。
用户只需根据自己的需求定制相应的软件服务,而硬件资源、平台的维护和软件的开发部署等工作则由服务提供商负责。
云计算具有以下四个特点:
（1）、云计算的平台架构对于终端用户是透明的。
用户不需要知道资源的组织形式以及管理策略,只需通过云计算数据中心开放的端口,便可通过互联网获取计算资源,终端用户只需负责对得到的这部分计算资源进行管理和配置即可。
（2）、按需获取计算资源与按需付费。
云计算平台将计算资源当做服务进行交付,终端用户可以根据自己的需求随时变更计算资源的使用量,并根据资源使用量提供该部分的费用,当企业不需要计算资源时,将此部分资源交由云计算平台即可以。
（3）、终端用户客户端要求低。
云计算使得数据处理从本地转移到云端,数据的复杂操作都由云计算平台的数据中心来完成,这就对本地服务器的性能并没有过高的要求,理论上来说只要可以提供Web访问的终端设备都可以作为客户端来使用。
（4）、云计算平台具有较高的扩展性和强大的计算能力。
云计算通过将大量的计算资源进行统一部署,实现了计算资源的集约化管理,可以高效的完成大数据的计算任务,而中心位置的配置策略使得云计算平台的计算能力的扩容变得易于操作与管理。
6、虚拟化概述
随着计算机硬件技术的发展,计算机性能得到了大幅的提升,而且硬件成本也急剧降低,使得虚拟化技术得到了快速的发展。
所谓虚拟化,是指计算元件在虚拟的资源上进行计算,而非真实的物理资源上进行计算,即通过对计算机物理资源的抽象模拟,在原有物理资源基础上抽象出多份计算资源,计算资源之间在相互独立的内存空间运行,具有高度的隔离性。
比如一台物理服务器,可以虚拟出两台甚至多台虚拟服务器,每台虚拟服务器都共同使用同一个物理服务器的硬件资源,每个虚拟的服务器上都运行不同的操作系统和应用程序,但是各个虚拟的服务器之间互不影响。
虚拟化通过在底层资源之上抽象一个虚拟化层,实现物理资源映射下逻辑结构的资源管理与分配。
通过虚拟化技术,可以显著提高物理设备的使用效率、减少电力能源消耗并方便进行资源的统一管理与配置。
虚拟化的工作原理在于将一个虚拟层置于计算机硬件或者操作系统上面,通过虚拟层的监视器动态、透明的分配硬件资源,使得在单台计算机上运行的虚拟机可以共享这一硬件资源,虚拟化使得复杂的资源配置和资源访问变得简单,而物理资源和虚拟资源的交互则通过放的标准化接口进行访问,在虚拟化的环境中,资源的动态变化一般并不会影响到最终用户的使用体验。
按照虚拟资源的不同,虚拟化技术可以分为三类：
（1）基础设施虚拟化。
云计算平台的数据中心由网络、文件系统和存储三部分共同支撑,因此基础设施虚拟化包括了存储虚拟化和网络虚拟化。
存储虚拟化是指将物理上分散的存储设备通过存储介质或者网络提供一个存储逻辑视图,通过逻辑视图实现存储资源的集中管理,用户通过统一的接口访问存储设备中的数据,方便了存储文件的管理。
例如:
基于存储介质的磁盘阵列技术（RAID,RedundantArrayOfIndependentDisks）和基于网络的存储区域网络（SAN,StorageAreaNetworking）和网络附加存储（NAS,NetworkAttachedStorage）。
网络虚拟化是指通过将网络设备资源和软件技术的整合向用户提供虚拟网络连接的技术。
例如:
虚拟专用网络（VPN,VirtualPrivateNetwork）和虚拟局域网（VLAN,S%tualLocalAreaNetwork）。
（2）系统虚拟化。
系统虚拟化是指通过虚拟化软件在一台物理服务器上,抽象出多台相互隔离、使用同一硬件资源的具有完整计算逻辑单元的虚拟服务器,系统虚拟化实现了物理服务器与
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