云计算关键技术应用及发展

曹媛媛

(西安邮电学院经济与管理学院，陕西西安 710061)

云计算被认为是继个人电脑、互联网之后电子信息技术领域又一次重大变革，其通过虚拟化有效地聚合各类资源、通过网络化按需供给资源、通过专业化提供丰富的应用服务，这种新型的计算资源组织、分配和使用模式，有利于合理配置计算资源并提高其利用率、降低成本、促进节能减排，实现绿色计算。云计算发展的技术基础主要包括互联网、网格计算、虚拟化技术、服务计算，以及按需付费机制。其目标是为用户提供基于虚拟化技术的按需服务，提供形式主要分为基础设施即服务(IaaS)，平台即服务(PaaS)和软件即服务(SaaS)。依据底层基础设施提供者与使用者的所属关系，云计算平台可以分为公共云、私有云和混合云。

各国政府都十分关注云计算并推出一系列措施推动云计算的研发和应用;全球电子信息领域的主要厂商都在围绕云计算重新布局;主要互联网公司纷纷通过开放平台对外提供云计算服务，构建生态链，形成新的竞争焦点;各个行业也意识到云计算的优势和价值，纷纷推出云计算相关应用。

1 国内外云计算发展

1.1 国外发展

美国政府在IT政策和战略中加入了云计算因素，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，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，利用云计算技术建立联邦政府网站，公开了大量政府数据，部署了医疗卫生、税收跟踪、创新教育等应用服务，试图通过云计算技术降低政府信息技术运行成本，压缩美国政府支出。美国国家标准技术研究所成立了专门的研究团队，对云计算定义形成了一个专门文档，并开始了一个利用开源技术建设云计算平台的项目。

日本内务部和通信监管机构计划建立一个名为Kasumigaseki Cloud的大规模云计算基础设施，以支持所有政府运作所需的信息系统。

英国政府计划从简化桌面、标准化网络、合理化数据中心建设、推广开源软件、建立绿色IT、保障信息安全等方面入手，建立国家级云计算平台。目前，英国政府云平台已开始运行，超过2/3的英国企业开始使用云计算服务。

新加坡、印度政府也纷纷开始实施其云计算发展战略。国际知名IT企业把云计算作为引领下一轮信息技术创新的重要产业机遇，纷纷投入巨资进行前沿技术研发和标准研究，希望在云计算领域占据主导地位。Google、IBM、微软、雅虎和亚马逊等企业利用弹性资源分配、绿色节能、海量数据处理等技术建立公共云平台，为用户提供灵活快捷高校的云计算服务。

Google公司有一套专属的云计算平台，这个平台先是为Google最重要的搜索应用提供服务，现在已经扩展到其它应用程序。IBM的蓝云计算平台是一套软、硬件平台，将Internet上使用的技术扩展到企业平台上，使得数据中心使用类似于互联网的计算环境。亚马逊弹性计算云用户使用客户端通过SOAP over HTTPS协议与亚马逊弹性计算云内部的实例进行交互，这样弹性计算云平台为用户或者开发人员提供了一个虚拟的集群环境。微软推出了面向PaaS的Windows Azure操作系统。雅虎则开发并应用了MapReduce的开源版本Hadoop。

1.2 国内的发展

我国政府高度重视云计算及其发展趋势，将云计算视为下一代信息技术的重要内容，促进云计算的研发和示范应用。2010年10月18日，国家发改委、工信部联合发文通知，要求加强我国云计算创新发展顶层设计和科学布局，并确定在北京、上海、深圳、杭州、无锡等五个城市先行开展云计算服务创新发展试点示范工作。各地也纷纷展开自己的云计划。2008年，IBM在中国无锡建立第一个云计算中心，2009年，阿里巴巴在南京建立云计算中心。2010年，黑龙江省在哈尔滨启动中国云谷建设项目，即云计算技术产业链，发展高端服务业，形成未来3年百亿规模的新兴产业。北京市祥云工程列入十二五产业规划，力争到2015年，形成500亿元产业规模，成为世界级的云计算产业基地。上海发布云海计划，拟打造亚太地区的云计算中心。今年，广东省推出珠三角联云计划，还将在东莞、惠州布局云计算，欲打造百亿产业基地。在西部地区，成都市政府与曙光公司签署合作协议，由曙光公司投资3.5个亿建设成都云计算中心，目前已完成一期工程建设。重庆市在主城区商务之窗的北部新区将创立西部首个集软件、硬件、网络等服务为一体的云计算公共信息平台。

与此同时，我国电子信息领域的先导研究机构和企业在云计算核心技术研发、应用解决方案以及服务模式创新方面也展开了相关的研究，并取得了一系列重要进展。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;百度公司提出了框计算的服务模式，为用户提供即搜即得、即搜即用简单可依赖的信息需求服务模式及服务平台;腾讯公司提出虚拟物品销售和管理模式，构建新的一站式在线生活互联网服务模式;中国移动研究院在云计算的探索起步较早，已经完成了云计算中心试验;广东电子工业研究院与东莞松山湖科技产业园管委会将在东莞松山湖投资2亿元建立云计算平台;瑞星、金山、360等国内网络安全领域的知名企业都纷纷推出了云安全解决方案。2010年11月29日，由赛迪顾问推出的中国首个《中国云计算产业发展白皮书》正式发布，预测到2012年，中国云计算市场规模将达到606亿元。

2 云计算产业发展趋势

2.1 信息产业快速发展的着力点

云计算市场将保持高速增长态势。一方面，中国拥有世界上数量最多的中小企业，对于这些处在成长期的中小企业而言，自己投资建立数据中心的投资回报率较低，并且很难与业务的快速成长匹配，而云计算的租用模式正好为这些中小企业提供了合适的解决方案;另一方面，众多的服务器、存储硬件厂商以及软件与服务厂商都希望通过云计算平台将自己的产品与解决方案推广到政府和企业用户中，以便未来能获得更多的市场机会。随着云计算生态链构建的逐步成熟，相关产业链主体将努力在这一轮IT浪潮中寻找自身的优势位置，加速自身业务优化升级，助推整体IT产业的跨越式增长。

2.2 整合产业链上中下游企业

云计算产业链的发展环环相扣，如同一个“金字塔”模型，从国内市场目前的情况来看，不同企业在金字塔的不同级别均有动作:处于金字塔基座位置的是基础设施层，能够提供计算、存储、带宽等按需的IaaS云基础设施服务，这是所有应用和平台的基础，也是云计算技术实力的集中体现;基于基础设施之上的是为应用开发提供接口和软件运行环境的平台层的PaaS服务;处于金字塔顶端的是应用层，提供在线的软件服务即SaaS服务。金字塔的3个层面合起来构成了一条完整的云计算产业链，随着国内云计算应用市场的进一步发展与成熟，产业链上中下游企业整合的趋势将更加明显。

从云计算产业的发展特点来看，还需要注意:(1)云计算是以用户服务为中心的，需要面向应用针对不同行业建立云计算服务平台。(2)云计算服务的应用推广要注重应用模式的研究，以获得较好的投资效益。(3)要注重与相关技术，如高性能计算等，协同发展。

3 云计算应用重点领域

随着国内外云计算技术及应用的不断发展，云计算已经走过概念形成阶段，相关技术日趋走向成熟，正进入实际应用部署和运营阶段。未来几年，云计算应用将以政府、高端装备制造、现代农业、教育科技、现代信息服务、石油石化、医疗等行业为重点，形成包括云计算中心服务提供商、云平台运营服务提供商、云计算应用服务提供商和用户在内的产业链与生态系统。

(1)政府。政府不仅是云计算重要应用领域，更是重要的市场启动力量，政府的推动可以促进云计算产业跨越式发展。各地政府将结合当地产业规划，积极建立云计算产业发展与创新基地，通过政府资金支持大力培育云计算技术服务厂商，建立面向城市管理、产业发展、电子政务、中小企业服务等领域的云计算示范平台，推动国内IT厂商向云计算服务商转型，并引导云计算技术和服务厂商向产业基地集聚，形成合力参与全球云计算产业竞争。

(2)电信。依托云计算，电信运营商将借势发力，对内进行业务系统IT资源整合，提升内部IT资源的利用率和管理水平，降低业务的提供成本;对外通过云计算构建新兴商业模式的基础资源平台，提供公用IT服务，提升传统电信经济的效率，加速电信运营商平台化趋势与产业链的整合趋势，并在应用层面推动云计算的落地。

4 云计算关键技术

4.1 云平台服务优化管理技术

服务优化管理是提高云平台服务质量和平台性能的关键问题。其关键技术包括:云服务资源管理，研究物理机、虚拟机与虚拟集群的按需管理和分区隔离机制;云任务管理，研究云计算任务的分类、高校调度、负载平衡、功耗管理与容错等;云数据管理，研究大规模结构化、非结构化和多媒体数据的建模、组织、存储、操纵、检索、备份和保护以及数据服务技术;应用行为分析与系统评测，研究云计算负载刻画、云任务运行监控与云系统评测的度量方法和基准程序集合;云安全及隐私保护，研究支持不同用户的功能、性能和故障隔离，支持用户身份和用户数据的隐私保护，提供政府监管接口等。

4.2 云计算应用构建与集成技术

云计算应用构建与集成技术是为行业用户提供服务的关键问题。关键技术包括应用服务化、应用虚拟化、应用服务集成技术。应用服务化依托于软件即服务，研究云计算环境中应用服务的按需服务理论模型，应用服务创建、部署、调度与执行，应用数据的放置、备份、传输、调度的策略及优化方法，应用服务的监控方法等关键技术;应用虚拟化，为应用软件提供了一个虚拟的运行环境，使得服务化的应用可以运行在任何共享的计算资源上。主要研究虚拟应用装置的创建、发布、按需传输、隔离技术和虚拟应用装置的运行平台;应用服务集成通过把多家应用服务提供方联合在一起来为客户提供完整的服务。主要研究应用集成架构，基于浏览器的应用集成方法，通用的云计算应用服务总线技术。

4.3 云计算应用系统持续运行技术

为了支持企业的关键业务，云计算平台应用系统的持续运行是基本需求，因此需要研究云计算应用系统的持续运行技术，主要研究:云计算平台物理资源和虚拟化资源的动态监控技术、云计算平台服务监控技术、云计算应用和用户活动的监控技术;基于监控的故障预测、异常处理、容错及恢复机制，软件服务无缝迁移技术等;计算系统持续运行技术，研究云计算平台中虚拟机的出错迁移机制、虚拟化集群的容错机制、虚拟机安全机制等。

4.4 云计算多模式客户端技术

网络时代的计算以数据、用户和服务为3大中心，云端共存、云端互动是未来计算架构发展趋势。云客户端既包括传统的PC、笔记本，也包括手机、PDA、汽车移动终端和家电终端等智能移动终端设备。因此，需要研究云计算多模式客户端技术。主要研究多种形态的云客户端接入技术、多模式客户端云服务环境。面向云计算典型行业应用需求，需要研制多种形态、支持三网融合的轻量级云客户端接入技术，为用户提供简单易用的云计算服务;面向典型行业应用众多用户的个性化需求，研究多模式的客户端自适应云服务软件环境。

5 应用与产业发展展望

在云应用模式下，通过硬件虚拟化部署、信息集约化共享和系统开发应用，可以帮助应用企业有效降低信息化项目开发投资与技术运维成本。从云计算发展趋势来看，云应用最大的价值还在于能够升级信息化架构、创造新的IT运营管理模式，以平台化的信息服务手段，最大限度的满足各类IT用户的信息化需求。另外，从创新的角度来看，在当今的全球竞争市场中，企业只有不断创新才能更好地发挥和保持自身的优势。云计算服务可以使得创新人员不被繁琐的流程、规则以及资源限制所束缚，全神贯注于工作，从而促进创新。因此，云计算的应用已成为不容置疑的大势所趋。

经过多年的建设，我国的信息产业已取得了长足的发展，但云计算领域的发展仍相对滞后。一方面，由于以往缺乏引领，导致我国各地区、行业和部门的信息服务计算系统布局不合理，难以有效地满足新兴信息服务模式高速发展带来的巨大计算和存储需求;另一方面，由于国外企业对云计算核心技术、基础设施核心部件的垄断，以及国内只有少数企业从事云计算基础技术研发的现实所限，导致我国云计算产业化程度不高，各企业信息沟通不畅，与业务关联度较低。

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