云计算研究报告.docx

1、云计算研究报告云计算研究报告云计算研究报告云计算的概念正在广为流行，正如Gartner公司的高级分析师Ben Pring评价道：“它正在成为一个大众化的词语。”云计算集成了各类计算资源，并以服务的形式提供资源的使用和繁衍。云计算同时是物联网、“感知中国”和“智慧地球”等前沿理念的技术支撑，代表了信息技术及其基础架构的发展方向，因此受到了社会各界的高度重视。云计算的技术基础为网格计算。在网格计算的演进过程中，逐步分化为两个不同层次的云计算概念，即狭义云计算和广义云计算。狭义云计算是一种IT基础设施的交付和使用的模式，通常是指通过网络以按需和易扩展的方式获得所需的资源（硬件、平台、软件），提供资源

2、的网络被称为“云”。“云”中的资源在使用者看来是可以无限扩展的，并且可以随时获取，按需使用，按使用付费，随时扩展。这种特性经常被称为像水电一样使用IT基础设施和软件服务。广义云计算是服务的交付和使用的模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需的服务。这种服务可以是基于互联网的软件服务、带宽服务、也可以是任意其他的服务。所有这些网络服务我们可以理解为网络资源，众多资源形成所谓“资源池”。这种资源池我们通常称为“云”。1. 云计算的产生与发展1.1 云计算由来在计算机产生后的相当长的一段时间内，计算机网络都还处于探索阶段。但是到了上世纪90年代以后，网络出现了爆炸式发展，随即进入了网络泡沫时代。

3、在21世纪初期，正当互联网泡沫破碎之际，Web2.0的兴起，让网络迎来了一个新的发展高峰期。在这个Web2.0的时代，Flickr、MySpace、YouTube等网站的访问量，已经远远超过传统门户网站。如何有效地为巨大的用户群体服务，让他们参与时能够享受方便、快捷的服务，成为这些网站不得不面对的一个问题。而与此同时，一些有影响力的大公司为了提高自身产品的服务能力和计算能力开发大量新技术，例如，Google凭借其文件系统搭建起了Google服务器群，为Google提供强大的搜索速度与处理能力。于是，如何有效利用已有技术并结合新技术，为更多的企业或个人提供强大的计算能力与多种多样的服务，就成为许

4、多拥有巨大服务器资源的企业考虑的问题。正是因为网络用户的急剧增多并对计算能力的需求逐渐旺盛，而计算机等IT设备公司、软件公司和计算服务提供商能够满足这样的需求，于是云计算便应运而生。1.2 推动云计算发展的动因1.2.1 云计算发展的必然性在云计算领域中许多技术并不是最新的概念，但云计算将他们统整合起来使得许多原先在实验室中的或在某些特定领域内使用的技术逐渐被广泛应用，并显示了其商业价值。在技术层面推动云计算发展的重要因素是分布式应用的不断成熟和大力发展。当前计算机网络应用中，分布式计算越来越普遍，逐渐发展成主流的计算模式而取代集中式的大型计算机，而这也正是云计算所需要的。云计算模式在技术上和

5、应用上比传统集中式的IT模型具有更好的性能价格比。用户不需要花几十万美元就能获得高效能计算。而且多数应用场景本身就是分布式的，如工业企业的应用，他们的管理部门和工业现场可能不在同一个地理区域。这些分散的应用环境和工作模式都使得云计算成为一种广受欢迎的IT服务模型。1.2.2 应用需求方面的前景粗略地计算，目前的个人计算机每个CPU芯片的处理能力是200MIPS，即每秒钟执行两亿次指令。最近Yahoo!公司报道他们已经实现了一万个节点（node）的应用部署，就是一万台计算机连接的分布式系统，总的处理能力是 2,000,000MIPS，最快的芯片也达不到这个速度。从当前科技发展状况来看，在一定面积

6、上设计的芯片的速度存在极限，这个极限不可逾越。当前世界著名的超级计算机-TOP500，达到每秒执行几百万亿次指令的速度，采用分布式设计的，世界第一的IBM BlueGene超级计算机采用了32部机架，每部机架部署有768个PowerPC440 CPU。【补充说明：TOP500大部分是使用Linux操作系统。】现在社会和家庭拥有的个人计算机，最多只有30%的计算能力被利用，而其余70%的实际上是被闲置的。这些闲置的计算机资源和计算能力只有通过分布式系统才能得到有效的利用，这样才可以大大提高一个国家的计算能力，而计算能力是衡量一个国家国力和科学研究能力的重要指标，是一个国家和地区的一种重要的战略资

7、源，不亚于石油和其他战略物资的重要性。云计算是把普通的服务器或者个人计算机连接起来以获得高性能和高可用性计算机的功能。云计算模式必定能大大提高我国科学计算机和商业计算能力，使得我国经济竞争力大大提升。美国和欧洲有许多分布式计算系统，他们动员和使用这些社会计算能力进行人类基因组学（Genomics）的研究、天文学问题研究、数学难题研究以及其他的科学问题研究。按照Andrew S. Tanenbaum（AST）给分布式系统的的定义：“分布式系统是这样的系统，它运行在不具有共享内存的多台机器上，但在用户的眼里却像是一台计算机 ”。（引自现代操作系统，机械工业出版社，1999年中文版）。它的目标是让每

8、个用户感觉联网的计算机是一个分时系统就像使用个人计算机一样 而不是一个由许多计算机联合起来的集体。目前的云计算严格说还没有到达真正的分布式计算的语义学水平。云计算被关注是在因为人们考虑IT业到底需要什么之后，人们需要找到一种办法能够在不增加新的投资，新的人力和新的软件的情况下增加互联网的能力和容量。目前，云计算正处于一个起步的阶段，大大小小的公司提供着各式各样的云计算服务，从软件应用到网络存储再到邮件过滤，这些公司一部分是基础设备提供商，另一部分是像S之类的SAAS（软件即服务）提供商，云计算的聚合和整合正在逐步推进。当今社会，PC依然是我们日常工作生活中的核心工具我们用PC处理文档、存储资料

9、，通过电子邮件或U盘与他人分享信息。如果PC硬盘坏了，我们会因为资料丢失而束手无策。而在“云计算”时代，“云”会替我们做存储和计算的工作。“云”就是计算机群，每一个群包括了几十万台、甚至上百万台计算机。“云 ”的好处还在于，其中的计算机可以随时更新，保证“云”长生不老。Google就有好几个这样的“云”，其他IT巨头，如微软、雅虎、亚马逊（Amazon）也有或正在建设这样的“云”。届时，我们只需要一台能上网的电脑，不需关心存储或计算发生在哪朵“云”上，但一旦有需要，我们可以在任何地点用任何设备，如电脑、手机等，快速地计算和找到这些资料。我们再也不用担心资料丢失。1.3 云计算技术的发展现状云计

10、算是计算能力的整合与分发配给。在云计算的底层架构中，操作系统、数据库管理系统、中间件、办公软件等基础软件占有非常重要的地位，集中反映了云计算的整体发展水平和趋势。21世纪是网络经济的社会，一体化、网络化、服务化、智能化、高可信已成为引导基础软件技术发展最具影响力的因素。一体化：软件的竞争已从产品竞争发展成体系竞争，操作系统、数据库管理系统和中间件软件呈现出相互渗透、一体化发展的趋势，软件开发平台正在日益与软件运行平台相集成，形成统一的基础软件平台。网络化：“以机器为中心”向“以网络为中心” 的转变，使得基础软件技术朝网络化方向发展，网络化的软件运行环境和软件开发环境成为重要研究方向。服务化：随

11、着“软件即服务”概念的深入人心，如何更好地支持这种新型的软件开发、部署、运行、管理和应用模式，对基础软件提出了新的挑战。智能化：基础软件功能越来越丰富，对应用系统功能与质量的影响愈发重要。如何智能地适应复杂多变的计算环境和应用需求，实现软件的自配置、自修复、自优化、自保护等能力，成为基础软件技术发展的重要趋势之一。高可信：社会对软件的依赖程度日益增长，国防和经济支撑系统关键软件一旦被破坏或失效，将会导致灾难性的后果。以信息系统的安全性、可用性和服务质量保证（QoS）为核心内容的高可信技术将是未来基础软件的重点研究内容。1.4 云计算产业的发展现状由于云计算是多种技术混合演进的结果，其成熟度较高

12、，又有大公司推动，发展极为迅速。Amazon、Google、IBM、微软和Yahoo等大公司是云计算的先行者。云计算领域的众多成功公司还包括 Salesforce、Facebook、Youtube、Myspace等。Amazon使用弹性计算云（EC2）和简单存储服务（S3）为企业提供计算和存储服务。收费的服务项目包括存储服务器、带宽、CPU资源以及月租费。月租费与电话月租费类似，存储服务器、带宽按容量收费，CPU根据时长(小时)运算量收费。 Amazon把云计算做成一个大生意没有花太长的时间：不到两年时间，Amazon上的注册开发人员达44万人，还有为数众多的企业级用户。据第三方统计机构提供的

13、数据显示，Amazon与云计算相关的业务收入已达1亿美元。云计算是Amazon增长最快的业务之一。Google当数最大的云计算的使用者。Google搜索引擎建立在分布于200多个地点、超过100万台服务器的支撑之上，这些设施的数量正在迅猛增长。Google地球、地图、Gmail、Docs等也同样使用了这些基础设施。采用 Google Docs之类的应用，用户数据会保存在互联网上的某个位置，用户可以通过任何一个与互联网相连的系统十分便利地访问这些数据。目前，Google已经允许第三方在Google的云计算中通过Google App Engine运行大型并行应用程序。Google值得称颂的是它不保

14、守，它早已以发表学术论文的形式公开其云计算三大法宝：GFS、MapReduce和 BigTable，并在美国、中国等高校开设如何进行云计算编程的课程。IBM在2007年11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。“蓝云”计算平台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。IBM正在与17个欧洲组织合作开展云计算项目。欧盟提供了1.7亿欧元做为部分资金。该计划名为RESERVOIR，以“无障碍的资源和服务虚拟化”为口号。2008年8月， IBM宣布将投资约4亿美元用于其设在

15、北卡罗来纳州和日本东京的云计算数据中心改造。IBM计划在2009年在10个国家投资3亿美元建13个云计算中心。微软紧跟云计算步伐，于2008年10月推出了Windows Azure操作系统。Azure(译为“蓝天”)是继Windows取代DOS之后，微软的又一次颠覆性转型通过在互联网架构上打造新云计算平台，让 Windows真正由PC延伸到“蓝天”上。微软拥有全世界数以亿计的Windows用户桌面和浏览器，现在它将它们连接到“蓝天”上。Azure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。云计算的新颖之处在于它几乎可以提供无限的廉价存储和计算能力。纽约一家名为Animoto的

16、创业企业已证明云计算的强大能力（此案例引自和讯网维维编译纽约时报2008年5月25日报道）。 Animoto允许用户上传图片和音乐，自动生成基于网络的视频演讲稿，并且能够与好友分享。该网站目前向注册用户提供免费服务。2008年年初，网站每天用户数约为5000人。4月中旬， Facebook由于用户开始使用Animoto服务，该网站在三天内的用户数大幅上升至75万人。Animoto联合创始人Stevie Clifton表示，为了满足用户需求的上升，该公司需要将服务器能力提高100倍，但是该网站既没有资金，也没有能力建立规模如此巨大的计算能力。因此，该网站与云计算服务公司RightScale合作，

17、设计能够在亚马逊的网云中使用的应用程序。通过这一举措，该网站大大提高了计算能力，而费用只有每服务器每小时10美分。这样的方式也加强创业企业的灵活性。当需求下降时，Animoto只需减少所使用的服务器数量就可以降低服务器支出。在我国，云计算发展非常迅猛。2008年5月10日，IBM在中国无锡太湖新城科教产业园建立的中国第一个云计算中心投入运营。2008年6月24日，IBM在北京IBM中国创新中心成立了第二家中国的云计算中心IBM大中华区云计算中心；2008年11 月28日，广东电子工业研究院与东莞松山湖科技产业园管委会签约，广东电子工业研究院将在东莞松山湖投资2亿元建立云计算平台；2008年12

18、月30日，阿里巴巴集团旗下子公司阿里软件与江苏省南京市政府正式签订了2009年战略合作框架协议，计划于2009年初在南京建立国内首个“电子商务云计算中心 ”，首期投资额将达上亿元人民币；世纪互联推出了CloudEx产品线，包括完整的互联网主机服务CloudEx Computing Service, 基于在线存储虚拟化的CloudEx Storage Service，供个人及企业进行互联网云端备份的数据保全服务等等系列互联网云计算服务；中国移动研究院做云计算的探索起步较早，已经完成了云计算中心试验。中移动董事长兼CEO王建宙认为云计算和互联网的移动化是未来发展方向。我国企业创造的“云安全”概念，

19、在国际云计算领域独树一帜。云安全通过网状的大量客户端对网络中软件行为的异常监测，获取互联网中木马、恶意程序的最新信息，推送到服务端进行自动分析和处理，再把病毒和木马的解决方案分发到每一个客户端。云安全的策略构想是：使用者越多，每个使用者就越安全，因为如此庞大的用户群，足以覆盖互联网的每个角落，只要某个网站被挂马或某个新木马病毒出现，就会立刻被截获。云安全的发展像一阵风，瑞星、趋势、卡巴斯基、MCAFEE、SYMANTEC、江民科技、PANDA、金山、360安全卫士、卡卡上网安全助手等都推出了云安全解决方案。瑞星基于云安全策略开发的2009新品，每天拦截数百万次木马攻击，其中1月8日更是达到了7

20、65万余次。趋势科技云安全已经在全球建立了5大数据中心，几万部在线服务器。据悉，云安全可以支持平均每天55亿条点击查询，每天收集分析2.5亿个样本，资料库第一次命中率就可以达到 99%。借助云安全，趋势科技现在每天阻断的病毒感染最高达1000万次。值得一提的是，云安全的核心思想，与2003年就提出的反垃圾邮件网格非常接近。当时有人认为，垃圾邮件泛滥而无法用技术手段很好地自动过滤，是因为所依赖的人工智能方法不是成熟技术。垃圾邮件的最大的特征是：它会将相同的内容发送给数以百万计的接收者。为此，可以建立一个分布式统计和学习平台，以大规模用户的协同计算来过滤垃圾邮件：首先，用户安装客户端，为收到的每一

21、封邮件计算出一个唯一的“指纹”，通过比对“指纹”可以统计相似邮件的副本数，当副本数达到一定数量，就可以判定邮件是垃圾邮件；其次，由于互联网上多台计算机比一台计算机掌握的信息更多，因而可以采用分布式贝叶斯学习算法，在成百上千的客户端机器上实现协同学习过程，收集、分析并共享最新的信息。反垃圾邮件网格体现了真正的网格思想，每个加入系统的用户既是服务的对象，也是完成分布式统计功能的一个信息节点，随着系统规模的不断扩大，系统过滤垃圾邮件的准确性也会随之提高。用大规模统计方法来过滤垃圾邮件的做法比用人工智能的方法更成熟，不容易出现误判假阳性的情况，实用性很强。反垃圾邮件网格就是利用分布互联网里的千百万台主

22、机的协同工作，来构建一道拦截垃圾邮件的“天网”。反垃圾邮件网格思想提出后，被IEEE Cluster 2003国际会议选为杰出网格项目在香港作了现场演示，在2004年网格计算国际研讨会上作了专题报告和现场演示，引起较为广泛的关注，受到了中国最大邮件服务提供商网易公司创办人丁磊等的重视。既然垃圾邮件可以如此处理，病毒、木马等亦然，这与云安全的思想就相去不远了。1.5 日韩云计算的发展现状1.5.1 日本云计算发展现状日本OSS推进联盟专门成立了云计算战略研究小组（Cloud Strategy Research Team），研究云计算发展，领导开展相关云计算项目。图1：日本OSS推进联盟云计算战略

23、研究组结构图其中，中长期战略组负责社会云评估，短期战略组负责私有云开源软件栈评估，并且其分小组已于7月向IPA提交了技术问题，IPA在本年度特别资助了5个云计算研究项目，包括：1）编制私有云OSS目录2）KVM性能/可靠性评估3）OpenJDK可靠性评估4）OSS云系统管理可靠性评估：Eucalyptus, OpenLDAP, OpenSSO,系统管理软件5）研究VM控制界面规范目前，日本云计算发展可分为三个主要趋势：超高可靠性与高可靠性，面对中小型企业和大型企业，高成本和低成本。如图2所示，OSS云计算的发展方向趋向于面向中小型企业的高可靠性和低成本趋势；使用商业软件的企业云计算解决方案也主

24、要面向中小型企业，具有超高可靠性，但需要高成本；而云计算服务商提供的云计算服务主要面向大型企业，可靠性与成本居中。图2：短期战略组分小组目标范围 在日本，OSS栈可为私有云的发展提供如下软件支持：虚拟化方面: Xen, KVM虚拟管理工具方面: virt-managerLinux方面: CentOS Distrbuted DBMS, Distributed FS方面: Hadoop（DFS, MapReduce), HBase 中间件方面: Apache, Tomcat, JBoss, MySQL, PostgreSQL JavaVM方面: OpenJDK 系统管理工具和集群方面: Zabbi

25、x, Nagios, GroundWork, Heartbeat鉴定方面: OpenLDAP, OpenSSO 云计算管理工具方面: Eucalyptus1.5.2 韩国云计算发展现状2008年，韩国举办了“The Clouds 2008”大会，注册公司350多家，注册人员1000余人，这标志着云计算在韩国正式开始发展。其中“The Clouds”是指以云计算为基础的各种应用及其基础设施建设。韩国云计算标准化工作由 “云计算标准论坛” （“Cloud Computing Standardization Forum”）领导，与韩国通信委员会（Korea Communications Commis

26、sion）和知识经济部（Ministry of Knowledge Economy ）展开合作，同时由通信技术协会（Telecommunication Technology Association）和韩国技术与标准机构（Korean Agency for Technology and Standards）共同赞助下展开的。参加该工作的还包括：KCSA, ITSA, ANCI, KISA, TTA, ETRI, KISTI。云计算是韩国绿色发展战略（Green Growth Strategy）的一部分，也是IT未来战略（IT Future Strategy ）(20092013)的一部分，其中I

27、T未来战略涵盖5个领域，即IT 融合, S/W, IT建设, 广播电信, 互联网。 为发展云计算，韩国政府成立了联合计划组（Combinatory Planning Group），包括：名 称职 责韩国通信委员会KCC互联网政策、私有信息安全政策、电信政策、联合服务、电子广播政策知识经济部MKEU计算研发计划（U-Computing R&D Plan）、电子工商业政策（e-Commercial industrial policy）公共管理与安全部MOPAS电子政务、国家档案服务绿色发展委员会云计算是其绿色IT的核心项目韩国的第一个云计算研发项目是数字化广播的云计算环境（Cloud Comput

28、ing Environment for Digital Broadcasting ）。此外，韩国云服务协会（Korea Cloud Services Association）是韩国云计算领域的重要组织之一。该协会分为政策部、云技术部、云服务部、云安全部和云试验平台预研（Cloud TestBed TF）：名 称职 责政策部云政策研究、政府计划、Billing & SLA合同研究云技术部讨论云技术：虚拟、平台栈、IaaS栈、内容交付网络，全球loadbalance，分布式系统监控和管理，网格中间件云服务部云服务模式、web2.0、SLA、政策研究、政府计划、Billing & SLA合同研究云试

29、验平台预研KT, SKT, SUN, IBM, Digital Henge, RedHat, Citrix, Clunet, InnoGrid, KISTI2. 云计算的发展趋势2.1 基于跨行业的开放标准云计算的发展必须坚持跨行业的开放标准，互联网的成功就是因为它坚持了开放的标准。不可能只有一朵云，肯定有很多云结合在一起。如果要实现在任何地方都能够访问云计算中应用程序的能力，采用开放的标准对于云计算来说是非常重要的。任何厂商都应该能够在云计算中提供服务。就像你用手机给任何地方的任何人打电话都不受GSM网络或者CDMA网络、900MHz或者1800MHz频率、以及世界上的任何服务提供商的影响一

30、样，不管是Airtel、AT&T、Reliance、Orange、T-Mobile、DoCoMo还是沃达丰，都没有影响。云计算要发挥作用就需要像移动通讯一样无缝的传输。这就像许多支流将汇聚为一条大河一样。大多数努力现在就像这些支流一样，没有统一的标准，汇聚起来是很难的。为了解决这个问题，IBM发起了开放云计算宣言，要求制定云计算标准。IBM印度软件实验室首席技术官NatarajNagaratnam说，这个宣言指出了云计算应该如何发展和需要标准。虽然有170家公司签署了这个云计算宣言，但是，谷歌、微软和亚马逊等大企业没有加入。谷歌工程经理SamSchillace说，云计算实际上是Web的下一个阶

31、段。我们需要的云计算是开放的，而不是支持云计算宣言。厂商表示，云计算的需求正在增长（经济衰退加快了这种需求的增长），因此，他们没有理会这个标准的问题。这种鸵鸟式的立场促使厂商用节省昂贵的硬件和软件开支为由吸引用户，没有考虑由于缺乏标准而产生的长期的风险。缺少标准可能会导致云计算成为一种可望而不可及的工具，没有任何实际的好处。即使标准问题或者缺少标准的问题解决了，在印度仍然有一种能把云计算吹跑的风，这个风就是低带宽!2.2 公共服务平台的建设现阶段云的概念和应用是各个云计算提供商按照自己的产品理念和技术方案来加以推广的，很多企业建立了自己的云计算应用，但很难实现资源共享和服务与基础设施的分离，而

32、在一些行业由于巨大的资金投入也阻碍了云计算在这些领域的应用推广。另一方面，正如我们在前文所述现阶段云计算的局限性中讨论的，安全性的困扰也妨碍了云计算的应用，特别是在一些诸如政府、军工或其它安全敏感的行业，很难想象这样一个重要的信息基础平台掌握在某个公司甚至是外国公司的手中。那么在一些领域由第三方或企业联合建设云计算的公共平台成为我们解决这一问题的有效途径。这一点对中国发展云计算，推动中小企业的信息化建设尤为重要。作为中国信息产业当前关注的热点问题，我们将就云计算中的公共服务平台的概念和应用做专门的介绍。3. 当前云计算的优势与局限性3.1 云计算在终端用户领域的优势3.1.1 云计算对用户端的设备要求低，使用与维护方便大家都有维护个人电脑上种类繁多的应用软件的经历。为了使用某个最新的操作系统，或使用某个软件的最新版本，我们必须不断升级自己的电脑硬件。为了打开朋友发来的某种格式的文档，我们不得不疯狂寻找并下载某个应