【云计算技术】云计算热点问题分析.doc

云计算热点问题分析 摘要： 在云计算的研究和应用中一些热点问题比较突出，如：如何理解计算资源及其虚拟化、云计算与网格计算的差异、云计算中心与高性能计算机的关系、云安全和云标准等。文章对此给出了一些见解：计算资源的虚拟化促使信息服务走向规模化、集约化和专业化；网格计算是“多为一”，而云计算是“一为多”；部署于高性能计算中心的高性能计算机未必适合云计算；云安全已经将传统安全问题发展为服务方和被服务方之间的信任和信任管理问题；在现有标准的基础上，云计算标准将需更加关注服务的互操作等。 关键词： 云计算；虚拟化；网格计 算；云安全；云标 准作为一种基于互联网的大众参与的计算模式，云计算以服务的方式提供计算资源 (包括计算能力、存储能力和交互能力等 )，形成了一种动态可伸缩虚拟化的新型计算资源组织、分配和使用模式。这种模式使得计算资源成为向大众提供服务的社会基础设施，与传统利用桌面计算资源的模式有很大不同，将可能会对信息技术本身及其应用产生深刻影响。软件工程、网络与端设备的资源配置、获取信息与知识的方式等 [1]，无不因云计算的发展而产生重要变化。自从2007年云计算概念被提出以来，经过科研和产业界一段时间的推进，云计算正在逐步从 理想走向实践。但是，也正因为云计算所产生的影响将会非常深刻，其技术手段和实现方法的完善必将会是一个较为长期的发展和演进过程。云计算有一些重要的基本热点问题正在被广泛讨论 [2-7]，涉及云计算的技术基础、服务模式和商业运作等各方面。本文从对计算资源虚拟化的理解、网格计算与云计算的差异、云计算中心与高性能计算机的关系、云安全和云标准等热点入手加以探讨并发表看法。 1 计算资源虚拟化问题 维基百科将虚拟化定义为“对计算资源的抽象 [8]”。从技术的发展历史来看，虚拟化技术早已存在。如操作系统弱化了软件应用环境与硬件平 台之间的依赖，甚至完全隔离；中间件弱化了应用软件对软件运行的依赖，甚至完全隔离；它们都可以说是采用了虚拟化技术。进一步，在由单机向互联网环境转变的背景下，虚拟化技术催生了云计算的雏形。如 Web邮箱通过浏览器收发和管理海量的电子邮件，而邮箱管理系统的结构和实现细节被虚拟化了；搜索引擎服务于个性化搜索请求，但是搜索和匹配的细节被虚拟化了；网络相册用于存储和分享照片，而存储中心的动态管理被虚拟化了；网上开店已成为我们的日常生活，而网上交易、支付被虚拟化了等等。 我们可以将虚拟化的对象 —— 计算资源归纳为 3个主要类别 ：计算能力、存储能力和交互能力，恰好对应于传统的单台计算机的 CPU、存储和输入输出等资源。但是计算资源虚拟化促使我们不能单纯地把计算看作是主体。若把计算看作主体，主体就是计算中心；若把存储看作主体，主体就是存储中心；也可以把交互看作主体，而计算和存储可为其辅助。大众用户可用更加自然的交互方式呈现出个性化服务的强劲需求，无需关心特定应用软件的服务方式，如是否被他人同时租用；无需关心计算平台的操作系统以及软件环境等底层资源的物理配置与管理；无需关心计算中心的地理位置。分别满足于这 3 方面要求的恰为互联网环境下的虚 拟服务：软件即服务 (SaaS)、平台即服务 (PaaS)和基础设施即服务 (IaaS)。由他们实现动态可伸缩的计算资源组织、分配和使用。 互联网资源配置的变迁如图 1 所示。大量服务器的使用促使了服务器托管的出现以减轻各机构自身维护的成本负担，而简单的托管并不能对服务器实施更好的集约化使用，如果能够实现虚拟化服务，将服务器变成“服务”，则服务提供方就可以进一步地整合各类计算资源。 从虚拟服务的演变过程可以看出，云计算以服务的方式提供计算资源是必然的。这与工业化革命促使传统制造业的大生产向集约化、规模化、专业化转变的 趋势极其相似。今天，信息产业也正在走向信息服务的规模化、集约化和专业化。计算资源的虚拟化有利于资源的合理配置，并可有效提高利用率。据统计，服务器的实际利用率只有 15%，而在服务器集群系统中其利用率则可能提高到 80%以上，这甚至直接促进了节能减排和绿色计算的实现 [9]。 2 云计算与网格计算的差别问题 在云计算的概念被提出之前，网格计算 [10]作为一个热门 研 究 领 域 已 有 10 余 年 历 史 ， 并 得 到 了 广 泛 关注。在云计算刚被提出的一两年间，不少人的印象是：云计算在企业界热，在学术界不热，而网格计算则相反，在学术界热，在企业 界不热。云计算与网络计算的差别在哪里？概括地讲，网格计算是“多为一”多台计算机构成网格，为一个特定的大型计算任务服务；云计算是“一为多”，互联网上一个个集约化、专业化的云计算平台依托网络形成规模化的服务。 网格技术的开创者 Ian Foster 将之定义为“在动态、多机构参与的虚拟组织中协同共享资源和求解问题”。网格计算依托专网或互联网，将处于不同地域、不同领域的多个闲散计算机资源组织起来，通过统一调度来组成一台虚拟的“超级计算机”，共同完成一个较为复杂的任务，如要求大量计算处理周期和大量数据的科学计算问题。可 见，网格计算的基本应用场景就是将跨地域的、不同所有人的计算资源结合起来，以形成更为强大的计算能力。 云计算倾向于利用互联网上某些节点强大的计算资源(包括计算能力、存储能力和交互能力等 )，以服务的方式将这些资源变成可被广大用户使用的动态、可伸缩的虚拟资源。云计算强调用户主导、按需服务、即用即付、服务完即散。云计算的基本应用场景直接面向互联网，通过同一个相对集中的计算资源池，以服务来尽量满足大量的、分散的终端用户的需求。 两者最大的相似点在于“资源共享”和“虚拟计算”，即都强调以某种虚拟化方法对互联网上的资源进 行共享并提供给用户，以获得更合理的资源利用率。关于其差别，可以将其细化为 5 个方面： (1)云计算以集群计算为主，其中的计算节点自主、自治，面向不同服务对象；网格计算以并行计算为主，依托网络将跨地域的计算机组织起来，并通过统一的调度系统将作业分解到不同的计算节点中并行处理。 (2)云计算承认异构，即承认节点在原理、规模和能力上的差异性，用服务的互操作来实现节点之间的资源共享；网格计算需要在更高层屏蔽异构，即用中间件屏蔽异构系统，使用户面向同一环境来共享资源。 (3)云计算面向完成持久性、多样化的服务，互联网上不同的云计算中心通常提供大量多样化的、持久的面向特定领域的服务；网格计算往往用于完成一次性特定任务，且要完成的任务是预先设定的。 (4)云计算采用商业式运营，即向用户提供尽力而为质量的多租赁的服务，用户按租使用、按用付费；网格计算依赖于组织之间的协作式运营，能够提供带宽保证、性能保障，没有明显的商业模式。 (5)云计算更多的是服务于大众用户的需求，大众参与计算与交互，相互沟通交流，需具备语义处理、不确定性处理等能力；网格计算面向科学计算任务，按规定要求和程序输入 /输出，存在确定的交互，人通常不主动参与。 可 见，云计算与网格计算分别适应于不同应用场景，两者有着不同应用目标，在科学计算领域和为大众用户服务两个方向上各自发挥着潜能。 3 云计算中心的计算机性能问题 @