云计算技术及其前景展望

山东省招远广播电视台 柳会松

一、引言

随着网络技术和IT技术的迅猛发展，网络需要处理的数据量以爆炸式的速度增长，并且对数据的处理能力提出了更高的要求。计算机的计算能力、数据存储能力已经达不到人们的期望值，网络资源的供需关系出现不均衡状态，一些应用需要大量的网络资源，相反还有大量的网络资源处于闲置状态。鉴于此，网络资源的整合、优化是网络发展的必然选择，而这一发展的产物便是云计算（Cloud Computing）。云计算作为一种新型的计算模式为数据计算和存储管理提供了虚拟资源空间和超强的计算能力，可使用户廉价、高效、灵活地享受服务。

二、云计算简介

自云计算的概念提出以来，有关云计算的定义一直是百家争鸣。这足以表明云计算具有丰富的内涵，也说明专家和学者们对它的重视。

从应用方面来定义：云计算既不是单纯的计算，又不是单纯的技术，而是一个在现有网络的基础上把所有软硬件资源整合优化，充分利用和调动这些数据资源，通过组建一种新型的服务模式为人们提供各种不同层面、不同需求的廉价、高效的智能化服务，可以理解为云计算就是服务。

从技术方面来定义：云计算是传统计算（网格计算、分布式计算、并行计算、效用计算）和网络技术（网络存储、虚拟化、负载均衡等）发展融合的产物，是一种新兴的商业计算模型。

中国电子学会云计算专家委员会在2010年发布的《云计算白皮书（概要）》指出，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、可伸缩的、被虚拟化的，且以服务的方式提供。这种新型的计算资源组织、分配和使用方式，有利于合理配置计算资源并提高其利用率，促进节能减排，实现绿色计算。由于资源是在互联网上，而在计算机流程图中，互联网常以一个云状图案来表示，因此可以形象地类比为去计算。

三、云计算架构和关键技术

1.云计算架构

物理资源层包括计算机、存储器、网络设施、数据库和软件等。

资源池层通过虚拟化技术在一个物理服务器上生成多个虚拟机，并在这些虚拟机之间实现全面的隔离，以便为基础设施层的多租户服务。资源池层的作用是物理资源的集成和管理，给中间件层或用户准备其所需的计算和存储等资源，使资源能够高效、安全的为应用提供服务。

云计算的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。中间件在资源池层所提供资源的基础上，提供多种服务，如缓存服务和REST服务等。这些服务既可用于支撑SOA构建层，也可以直接让用户调用。

SOA构建层将云计算能力封装成标准的Web Services服务，并纳入到SOA体系进行管理和使用，包括报务注册、查找、访问和构建服务工作流等。可以把SOA看作是模块化的组件，每个模块可以实现独立的功能，不同模块之间的结合则可以提供不同的服务，模块之间的接口遵循统一标准，可以实现低成本的重构和重组。

2.云计算的关键技术

（1）虚拟化技术

虚拟化技术是实现云计算的核心技术，它可以将软件应用与底层硬件相隔离，是云计算依托的基础，同时也是云计算区别于传统计算的重要特点。虚拟化技术分为两个层面：物理资源池化和资源池管理。其中物理资源池化是把物理设备由大化小，将一个物理设备虚拟为多个性能可配的最小资源单位；资源池管理是对集群中虚拟化后的最小资源单位进行管理，根据资源的使用情况和用户对资源的申请情况，按照一定的策略对资源进行灵活分配和调度，实现按需分配资源。

服务器的虚拟化使一个物理服务器虚拟成若干个服务器使用。一个物理服务器上可以运行多个虚拟服务器；一个虚拟服务器与其他虚拟服务器完全隔离，以保证良好的可靠性及安全性；将物理内在包装成多个虚拟的内在，互不干扰；运用虚拟服务器之间的快速热迁技术，使一个故障虚拟服务器上的用户迅速转移到另一个正常的虚拟服务器上；利用调度和分配技术，平衡各个虚拟服务器的利用率；对多个虚拟服务器的动态实时生成、启动、停止、迁移、调度、负荷、监控等应当有一个方便、易用的统一管理界面。

由于我国ESP教育起步较晚，ESP师资是制约我国ESP课程改革的重要因素。一方面，英语教师普遍缺乏专业知识；另一方面，具有专业知识的教师不具有足够的英语水平从事ESP教学。结合ESP课程的教学目标，笔者认为，ESP教师并不需要成为相关专业的专家才能从事ESP教学，但要对专业知识具有一定的了解，且对专业发展具有敏感性，在教学过程中逐步积累相关专业知识。有学者建议：采用“教学相长”方法，即通过倾听学生的观点而了解专业知识，并运用自己丰富的英语知识加入到学生的讨论中去[8]。另外，进行目标明确的短期培训也是解决ESP教师专业知识缺乏的有效途径。

（2）数据存储

云存储是在云计算概念上延伸和发展出来的一个新概念，是指通过集群应用、网络技术或分布式文件系统等功能，将网络中大量各种不同类型的存储设备，通过应用软件集合起来、协同工作，共同对外提供数据存储和业务访问功能的一个系统。为了保证位于云中的数据具有更高的可用性及可靠性，云计算采用的是分布式的数据存储方法。云计算系统需要同时满足大量用户的需求，并行地为大量用户提供服务。因此，云计算的数据存储技术必须具有高吞吐率和高传输率的特点。

（3）编程模型

为了用户能方便、自由地享受云计算带来的服务，能利用编程模型编写简单的应用程序来满足要求，所以，云计算的编程模型应尽量地简单易学，而MapReduce这种新兴的编程模型是适合云计算的。MapReduce是由Google提出来的，用来开发Google搜索结果分析时大量计算的并行化处理，它支持在服务器集群上的规模庞大的数据集的并行计。该模型架构设计是受到函数式程序设计中的两个常用Map（映射）函数和Reduce（化简）函数的启发，首先通过Map将数据分割成不相关的区块，调配给网络上的多个计算机来处理，以便实现分布式的运算效果，然后通过Reduce将多个计算机的处理结果汇总输出。因此，用户只需要提供自己编写的Map程序和Reduce程序就可以在服务器集群上进行大量的分布式数据处理。

（4）海量数据处理

为了提高海量数据处理的效率，通常采用并行计算模型。并行计算是提高计算机系统计算速度和处理能力的一种有效手段，它是把云计算中被求解的具有海量数据问题分解成若干个小问题，每个小问题均由一个独立的计算资源来完成，即同时使用多种计算资源（例如多个处理器、廉价PC等）协同解决同一问题的过程。并行化计算，利用多机的计算资源，加快了数据处理的速度。

（5）Web2.0

Web2.0是相对Web1.0的新的一类互联网应用的统称，更注重用户的交互作用，用户既是网站内容的浏览者，同时也是网站内容的制造者，Web2.0是以分享为特征的实时网络。

（6）云计算的安全

云计算的数据存放在云端，对于数据所有者以外的的其他用户是保密的，但是对于提供云计算的商业机构毫无秘密可言。因此，云计算存在失、泄密的潜在风险，必须采取相应对策。

四、云计算的特点和优势

（1）优化IT产业布局

云计算会将以往各单位（企业）自给自足、自行管理的IT运营模式改变为由云计算提供商按需供给的模式，传统的小规模数据中心将被充分考虑资源合理配置的大规模数据中心所取代，即从分散的、高耗能的作坊模式转变为集中、高效、友好的资源使用模式，使得信息产业布局更加科学合理。

（2）促进专业合理分工

云计算提供商的数据中心较之中小型数据中心更加专业，管理水平更高，成本更低。IT技术的进步、升级、换代要比其他行业快得多，与中小型数据中心相比，云计算提供商对此投入会更多，同时，还可以提供更为完善、更加先进的软件，具有丰富知识和经验的管理团队，以及配套的管理软件。由此可见，云计算可以促进专业分工更趋于合理，进而优化IT产业格局。

（3）提高资源利用率

传统的数据中心难以兼顾业务的可用性和资源的高效利用，如果出现突发事件则更加难以应对，因此，不得不在两者之间寻求一种平衡。于是，导致资源利用率很低。而在云计算平台中，许多用户共用一个资源池，通过动态资源调度机制实现对资源的合理分配。与传统的数据中心相比，资源利用率可以提高六十个百分点以上，优势十分明显。

（4）大幅减少前期投资

云计算将取代传统的各类数据中心。这意味着各企业（用户）无需拥有硬件和软件支撑的数据中心，无需采集数据，无需对其维护管理，无需配备专门人才，而是直接使用“云”中的数据和各类资源。云计算的理念是“按需服务”，计价模式是“按使用量付费”，于是，云计算平台为用户节省了软硬件购置、安装、管理、升级以及人员等投资，用户只是按量支付使用费用，从而大幅度减少前期投入。

（5）更加灵活和自动化

应用管理的灵活、动态、高效率和自动化是云计算的突出特点。从应用的运行和管理来看，利用云计算平台，能够让用户体会到更高品质的灵活性和自动化。云计算平台可以保证用户在接受服务时，能够使用最少的操作和最短的时间完成资源分配、服务配置、服务上线以及服务激活等一应操作，当用户需要停用时，云计算自动完成一系列收回操作。对资源的占用释放操作、软件的择优匹配等均是自动完成。云计算平台在整个用户应用生命周期中，全部是动态管理，灵活支持，自动完成，为用户提供了更加灵活的业务管理和快捷服务。

五、云计算面临的挑战

（1）标准化和规范化问题

目前，各个云计算平台所使用的重要技术标准可能不同。这就会使得用户利用云计算编程模型开发的应用程序很难在云计算平台之间迁移，即不同的云计算平台不通用，从而降低了云计算服务转移的弹性。因此，有必要设立开放的云计算公共标准和规范化的云计算服务，才能推动云计算的健康发展，才能使用户自由地享用云服务。

（2）数据安全性问题

这里说的安全不是质疑云计算的安全，从技术上考虑它是安全的，但是这无法打消人们的疑虑。如何保证即使是信息碎片都不外泄?如何保证云的管理者不会滥用自己的权力?如何保证不会有任何人在未经你许可时就任意翻看你的资料?对于某些用户来说，信息就等同于他的全部财富，如果泄漏出去，甚至会变的一无所有。像这样一些问题都需要云计算的提供者拿出强有力的证据并通过长时间的努力才能解决。

（3）网络稳定性问题

云服务要求网络连接具有持续性。Web应用程序的效率在带宽不足或不良的网络连接环境下会大大缩减。即使是网络相当快，由于数据资源在用户端和服务器集群间不断传递，也会导致Web应用程序比桌面应用程序反应慢。此外，网络也会受到一些外力因素的影响而出现故障，如何应对这些突发情况，云计算中心如何快速恢复故障，有没有一些备用的方案，这也是一个不得不考虑的问题。

（4）法律法规和监管问题

目前，尚未有相关的国家或国际法律法规来支持和规范云计算，也缺乏一个监管机构来监督管理云计算。云计算服务商和用户之间的责任及纠纷问题该如何规定等，都没有明确统一的法律依据。

六、对云计算技术未来的展望

到目前为止，云计算技术为科研、军事、娱乐服务、医学、生物学、天文学、地理学等行业提供着专业的数据服务，为人们提供天气预报、在线游戏、数据检索等服务，虽然其面临着一定的挑战，但有着广阔的发展前景：

（1）手机云计算技术的普及。随着手机技术的飞速发展，手机成为人们生活中不可缺少的物品，以逐渐兼具计算机的功能，云计算技术对手机终端的要求不高，云计算技术与手机的结合可以实现随时随地数据信息的检索和运算，是未来云计算的发展趋势之一。

（2）云计算作为物联网后台的支撑平台。一方面，物联网的发展需要云计算强大的处理和存储能力作为支撑。从量上看，物联网将使用惊人的传感器，采集到海量数据。这些数据需要通过无线传感器、宽带互联网向某些存储和处理设施汇聚，而使用云计算来承载这些任务具有非常显著的性价比优势；从质上看，使用云计算设施对这些数据进行处理、分析、挖掘，可以更加迅速、准确、智能地对物理世界进行管理和控制，使人类可以更加及时、精细地管理物质世界，从而达到“智慧”状态，大幅提高资源利用率和社会生产力水平。云计算凭借其强大的处理能力、存储能力和极高的性能价格比，很自然就会成为物联网的后台支撑平台。另一方面，物联网将成为云计算最大的用户，将为云计算取得更大商业成功奠定基石。

（3）云计算技术和服务的融合。随着社会的发展，云计算技术相关的软件硬件知识以及服务性能必将密切结合，融为一体，通过网络为用户提供更加高效、便捷的服务。

（4）云计算技术商业模式的普及。云计算技术为用户提供了庞大的数据检索能力，据调查，截止到现在，云计算已经为超过80%的企业构建数据系统，虽然数据惊人，但是还没有得到大规模的运用，没有完全发挥出它的魅力，未来云计算技术的推广，必须依靠商业模式的推动。

七、结束语

作为一个创新型的技术，云计算涉及范围广，内容丰富，其发展前景广阔。但目前云计算仍有不少的问题和应用需求亟待解决，还存在着许多阻碍其自身发展的问题，例如技术性问题、管理问题、法律法规问题等。云计算作为一种颠覆性的新生技术，是时代发展的必然趋势。