云計(jì)算技術(shù)簡(jiǎn)介及發(fā)展分析
2021-06-23
如今，云計(jì)算服務(wù)是企業(yè)最先進(jìn)的技術(shù)，市場(chǎng)還將繼續(xù)加速變化，各個(gè)云計(jì)算提供商之間的競(jìng)爭(zhēng)繼續(xù)升溫。云計(jì)算后端具有非常龐大、可靠的云計(jì)算中心，對(duì)于云計(jì)算使用者來(lái)說(shuō)，在付出少量成本的前提下，即可獲得較高的用戶(hù)體驗(yàn)。
當(dāng)前，在“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代背景下，云計(jì)算已然成為數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代下的基礎(chǔ)設(shè)備，中國(guó)加快實(shí)施大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略，大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)的日益完善為云計(jì)算發(fā)展奠定了重要基礎(chǔ)，云計(jì)算也催化出大數(shù)據(jù)在應(yīng)用領(lǐng)域的“井噴”。
1. 云計(jì)算概念及特征
1.1 云計(jì)算的定義
云計(jì)算是目前業(yè)內(nèi)的熱點(diǎn)概念，它以開(kāi)放的標(biāo)準(zhǔn)和服務(wù)為基礎(chǔ)，以互聯(lián)網(wǎng)為中心，提供安全、快速、便捷的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)計(jì)算服務(wù)，讓互聯(lián)網(wǎng)這片“云”上的各種計(jì)算機(jī)共同組成數(shù)個(gè)龐大的數(shù)據(jù)中心及計(jì)算中心。它可以被看成是網(wǎng)格計(jì)算和虛擬化技術(shù)的融合：即利用網(wǎng)格分布式計(jì)算處理的能力，將IT資源構(gòu)筑成一個(gè)資源池，再加上成熟的服務(wù)器虛擬化、存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)，以便用戶(hù)可以實(shí)時(shí)地監(jiān)控和調(diào)配資源。
云計(jì)算更多的是指，通過(guò)千萬(wàn)臺(tái)互聯(lián)的電腦和服務(wù)器進(jìn)行大量數(shù)據(jù)運(yùn)算，為搜索引擎、金融行業(yè)建模、醫(yī)藥模擬等應(yīng)用提供資源和超級(jí)計(jì)算能力[1]。例如某用戶(hù)想要建設(shè)一個(gè)網(wǎng)站，只需要租用運(yùn)營(yíng)商提供的虛擬服務(wù)器就可以了，網(wǎng)站壓力過(guò)大時(shí)，可以瞬間請(qǐng)求更多的資源，壓力變小時(shí)，可以將多余的資源釋放。云計(jì)算方便了用戶(hù)對(duì)計(jì)算資源的獲取和管理，從而降低成本。[2]
綜上，云計(jì)算的含義有兩個(gè)方面。它一方面描述了一種方便的基礎(chǔ)設(shè)施，用來(lái)構(gòu)造應(yīng)用程序，其地位相當(dāng)于PC機(jī)上的操作系統(tǒng)；另外一方面則描述了建立在這種基礎(chǔ)設(shè)施之上的云計(jì)算應(yīng)用。一個(gè)計(jì)算云是虛擬化的計(jì)算資源池，用來(lái)容納各種不同的工作模式，并且這些工作模式可以通過(guò)快速部署的方式部署到物理設(shè)施上。由于使用了分布式的計(jì)算技術(shù)，云計(jì)算能夠?qū)⒂?jì)算擴(kuò)展到更多的計(jì)算資源，以及使用冗余的資源進(jìn)行容錯(cuò)處理。
1.2 云計(jì)算的特征
從上述云計(jì)算的定義可以看出，云計(jì)算后端具有非常龐大、可靠的云計(jì)算中心，對(duì)于云計(jì)算使用者來(lái)說(shuō)，在付出少量成本的前提下，即可獲得較高的用戶(hù)體驗(yàn)。更加具體地來(lái)說(shuō)，云計(jì)算具有以下6大特征：
- 以互聯(lián)網(wǎng)為中心。云計(jì)算平臺(tái)運(yùn)營(yíng)商以互聯(lián)網(wǎng)為中心，將存儲(chǔ)和運(yùn)算能力分布在網(wǎng)絡(luò)所連接的各個(gè)節(jié)點(diǎn)之中，從而弱化終端的計(jì)算能力，使互聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算架構(gòu)由“服務(wù)器＋客戶(hù)端”向“云服務(wù)平臺(tái)＋客戶(hù)端”演進(jìn)。這意味著互聯(lián)網(wǎng)的重大變革，互聯(lián)網(wǎng)的功能將更為強(qiáng)大，甚至引發(fā)現(xiàn)有的企業(yè)信息化一般模式的改變。[3]
- 靈活性。使用戶(hù)能夠快速和廉價(jià)地利用技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施資源。服務(wù)的實(shí)現(xiàn)機(jī)制對(duì)用戶(hù)透明，用戶(hù)無(wú)需了解云計(jì)算的具體機(jī)制，就可以獲得需要的服務(wù)。由于能夠使用網(wǎng)絡(luò)瀏覽器接人系統(tǒng)，于是用戶(hù)可以從任何位置，利用正在使用的設(shè)備，如個(gè)人電腦或者移動(dòng)電話(huà)，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)訪(fǎng)問(wèn)他們所需的信息，獲得他們所需的服務(wù)。
- 經(jīng)濟(jì)性。成本大大降低，資本開(kāi)支將轉(zhuǎn)換為業(yè)務(wù)支出。云計(jì)算的基礎(chǔ)設(shè)施通常是所提供的第三方，這使得用戶(hù)不需要為了一次性或非經(jīng)常性的計(jì)算任務(wù)購(gòu)買(mǎi)昂貴的設(shè)備。以計(jì)算量為計(jì)費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，也減少了客戶(hù)對(duì)設(shè)備知識(shí)的要求。
- 可靠性。云計(jì)算系統(tǒng)由大量商用計(jì)算機(jī)組成機(jī)群向用戶(hù)提供數(shù)據(jù)處理服務(wù)，利用多種硬件和軟件冗余機(jī)制，這使得它適合于業(yè)務(wù)連續(xù)性和災(zāi)難恢復(fù)。云計(jì)算的安全由于中央集權(quán)的數(shù)據(jù)管理而提高，這是因?yàn)楣?yīng)商能夠把資源用于進(jìn)行安全審計(jì)和解決安全問(wèn)題，而一般的客戶(hù)能力或者資金有限。[4]
- 可擴(kuò)展性。現(xiàn)在大部分的軟件和硬件都對(duì)虛擬化有一定支持，各種仃資源，軟件、硬件都虛擬化放在云計(jì)算平臺(tái)中統(tǒng)一管理，通過(guò)動(dòng)態(tài)的擴(kuò)展虛擬化的層次達(dá)到對(duì)以上應(yīng)用進(jìn)行擴(kuò)展的目的。
- 可持續(xù)性。由于計(jì)算機(jī)及相關(guān)的基礎(chǔ)設(shè)施是主要的消費(fèi)能源，供應(yīng)商出于各方面考慮，都會(huì)是通過(guò)提高資源利用率，建設(shè)更有效的系統(tǒng)，從而降低整體能耗。
2. 云計(jì)算發(fā)展現(xiàn)狀及關(guān)鍵技術(shù)
1959年，克里斯托弗·斯特雷奇首次提出了虛擬化的概念，隨后虛擬化技術(shù)不斷發(fā)展使得其已經(jīng)成為目前云計(jì)算底層基礎(chǔ)設(shè)備的技術(shù)支撐，在此之后的幾十年發(fā)展中，在1999年，Marc Andreessen創(chuàng)建的第一個(gè)商業(yè)化IaaS平臺(tái)：Loud Cloud。隨即2006年8月，Google CEO埃里克在搜索引擎大會(huì)首次提出“云計(jì)算”的概念。到2020年，通過(guò)十四年的發(fā)展，云計(jì)算已經(jīng)從一個(gè)概念成長(zhǎng)為龐大的產(chǎn)業(yè)，有許多公司活躍的身影。如今，云計(jì)算服務(wù)是企業(yè)最先進(jìn)的技術(shù)，市場(chǎng)還將繼續(xù)加速變化，各個(gè)云計(jì)算提供商之間的競(jìng)爭(zhēng)繼續(xù)升溫。
2.1.1 工業(yè)界對(duì)云計(jì)算的研究與應(yīng)用情況
云計(jì)算最早起源于工業(yè)界，工業(yè)界對(duì)于云計(jì)算的研究都是圍繞產(chǎn)業(yè)化和提高效益來(lái)展開(kāi)的，目的是促進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和使自己身在未來(lái)的競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)有利的地位。
Goole公司是云計(jì)算的先驅(qū)者，在其搜索引擎進(jìn)行了最早的應(yīng)用，還引導(dǎo)大學(xué)生“云”系統(tǒng)的編程開(kāi)發(fā)；隨即IBM在2007年11月推出的藍(lán)云（bule cloud）計(jì)算平臺(tái)，為客戶(hù)帶來(lái)即買(mǎi)即用的云計(jì)算平臺(tái)；亞馬遜也于2007年推出的名為“彈性計(jì)算機(jī)云”（Elastic Compute Cloud，EC2）的收費(fèi)服務(wù)，當(dāng)然其他IT巨頭自然不敢落后，微軟大力發(fā)展window Live在線(xiàn)服務(wù)和數(shù)據(jù)訊處以及網(wǎng)絡(luò)軟件“Live Mesh”；2008年，雅虎、惠普、意特爾聯(lián)合宣布將建立全球性的開(kāi)源云計(jì)算研究測(cè)試床，稱(chēng)之為Open Cirrus等等這些都算是早期云計(jì)算發(fā)展的見(jiàn)證[5-6]。
而隨著云計(jì)算的快速興起與各大國(guó)家、企業(yè)的重視，全球企業(yè)開(kāi)始廣泛使用云計(jì)算，從全球市場(chǎng)來(lái)看，已經(jīng)形成了“3A”的產(chǎn)品格局。亞馬遜的AWS以全球40%的全球市場(chǎng)份額占據(jù)全球市場(chǎng)份額占據(jù)龍頭之位，緊隨其后的是微軟的Azure，阿里云憑借126%的增速躋身全球第三。近幾年，亞馬遜網(wǎng)絡(luò)服務(wù)（AWS）推出了其桌面即服務(wù)（DaaS）WorkSpaces，進(jìn)一步擴(kuò)展其云生態(tài)系統(tǒng)[7]；微軟在2013年也推出Cloud OS云操作系統(tǒng)，包括Windows Server 2012 R2、System Center 2012 R2、Windows Azure Pack在內(nèi)的一系列企業(yè)級(jí)云計(jì)算產(chǎn)品及服務(wù)[8]；甲骨文公司也計(jì)劃布局已從云管理組件轉(zhuǎn)到Oracle、Solaris等虛擬系統(tǒng)服務(wù)[9]。除此之外在國(guó)內(nèi)云計(jì)算的發(fā)展也取得了顯著成就，以阿里云為代表位列首位，百度等企業(yè)緊隨其后。
這些應(yīng)用都是個(gè)隨著云計(jì)算的發(fā)展而創(chuàng)造的一種不同于以往的全新商業(yè)模式，在該模式下用戶(hù)不在需要關(guān)心如何根據(jù)自己的業(yè)務(wù)需求來(lái)購(gòu)買(mǎi)服務(wù)器、軟件和解決方案，只需要根據(jù)自己的需求，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)來(lái)購(gòu)買(mǎi)自己需要的計(jì)算處理資源即可。
2.1.2 學(xué)術(shù)界對(duì)云計(jì)算的研究
隨著大數(shù)據(jù)、5G時(shí)代的到來(lái)，物聯(lián)網(wǎng)的興起，人們需要對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行合理高效的利用和發(fā)掘其中的信息[14]。學(xué)術(shù)界認(rèn)為云計(jì)算有海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，將服務(wù)器、軟件等資源虛擬化等特點(diǎn)，所以云計(jì)算的興起為這些數(shù)據(jù)提供了重要的支持與保障。
云計(jì)算如何處理大數(shù)據(jù)的大規(guī)模任務(wù)[18]、云計(jì)算將資源放在云端如何保證計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)的安全[19]、云計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題、云層計(jì)算中心計(jì)算機(jī)性能、云計(jì)算的應(yīng)用研究、設(shè)計(jì)、算法等領(lǐng)域是學(xué)術(shù)界密切關(guān)注的熱點(diǎn)。云計(jì)算為社會(huì)帶來(lái)了巨大的優(yōu)勢(shì)和廣闊的前景、同時(shí)云計(jì)算的發(fā)展也存在不少的挑戰(zhàn)與隱憂(yōu)，其中安全問(wèn)題和隱私問(wèn)題成為學(xué)術(shù)界擔(dān)憂(yōu)的首要問(wèn)題。
2.2 云計(jì)算關(guān)鍵技術(shù)
從各種文獻(xiàn)對(duì)云計(jì)算的描述可以看出，云計(jì)算以數(shù)據(jù)為中心進(jìn)行密集計(jì)算，融合了多種技術(shù)。其中云計(jì)算平臺(tái)的重要技術(shù)特點(diǎn)是資源的分散化、虛擬化和管理的集中化[5-19]。與云計(jì)算機(jī)相關(guān)的技術(shù)至少包括以下幾個(gè)方面：
（1）虛擬化技術(shù)
虛擬技術(shù)是云計(jì)算技術(shù)的核心，可以為云計(jì)算提供系統(tǒng)虛擬層面的支持。實(shí)現(xiàn)服務(wù)器虛擬化，存儲(chǔ)虛擬化以及網(wǎng)絡(luò)虛擬化。
（2）分布式海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)
大數(shù)據(jù)時(shí)代產(chǎn)生的數(shù)據(jù)是海量的，而云計(jì)算的一個(gè)巨大優(yōu)勢(shì)就是快速高效處理海量數(shù)據(jù)，這種技術(shù)具備高吞吐率和高傳輸率的特點(diǎn)，可以滿(mǎn)足大量用戶(hù)的需求。
（3）海量數(shù)據(jù)管理技術(shù)
為實(shí)現(xiàn)云計(jì)算系統(tǒng)對(duì)大量數(shù)據(jù)集進(jìn)行處理和分析，進(jìn)而向云計(jì)算用戶(hù)提供高品質(zhì)的服務(wù)，云計(jì)算的數(shù)據(jù)管理技術(shù)必須要實(shí)現(xiàn)高效的管理大數(shù)據(jù)集。
（4）編程方式
云計(jì)算采用MapReduce編程模式，將任務(wù)自動(dòng)分成多個(gè)子任務(wù)，通過(guò)Map和Reduce兩部實(shí)現(xiàn)任務(wù)在大規(guī)模計(jì)算節(jié)點(diǎn)中的調(diào)度與分配。
3. 云計(jì)算的發(fā)展趨勢(shì)與未來(lái)展望
3.1 云計(jì)算的發(fā)展趨勢(shì)
根據(jù)著名商業(yè)軟件聯(lián)盟組織BSA發(fā)布的《2018全球云計(jì)算評(píng)分報(bào)告》[20]顯示，中國(guó)云計(jì)算建設(shè)的主要短板在于自由貿(mào)易促進(jìn)方面。在未來(lái)一段時(shí)期，國(guó)內(nèi)有可能開(kāi)展自由貿(mào)易云計(jì)算試點(diǎn)，對(duì)外開(kāi)放云計(jì)算市場(chǎng)。這一舉措將會(huì)使云計(jì)算用戶(hù)擁有更多更好的市場(chǎng)選擇機(jī)會(huì)，同時(shí)刺激國(guó)內(nèi)云計(jì)算供應(yīng)商在技術(shù)、產(chǎn)品方面加大開(kāi)發(fā)建設(shè)力度，從而有利于國(guó)內(nèi)云計(jì)算在自由貿(mào)易促進(jìn)方面取得良好進(jìn)展。
針對(duì)全球及我國(guó)云計(jì)算市場(chǎng)規(guī)模的分析[21]，可以看出全球云計(jì)算市場(chǎng)規(guī)?？傮w呈現(xiàn)穩(wěn)定增長(zhǎng)狀態(tài)，我國(guó)公有云市場(chǎng)保持高速增長(zhǎng)狀態(tài)，私有云市場(chǎng)中軟件和服務(wù)占比穩(wěn)步提升。其中，阿里云、天翼云、騰訊云占IaaS市場(chǎng)份額前三；阿里云、騰訊云、百度云位于公有云PaaS市場(chǎng)前三。隨著云計(jì)算的發(fā)展，云計(jì)算服務(wù)正日益演變成為新型的信息基礎(chǔ)設(shè)施，全球各國(guó)政府近年來(lái)紛紛制定國(guó)家戰(zhàn)略和行動(dòng)計(jì)劃，國(guó)際云計(jì)算政策從推動(dòng)“云優(yōu)先”向關(guān)注“云效能”轉(zhuǎn)變。在注重云資源使用的同時(shí)，更注重上云的效率以及運(yùn)用云計(jì)算是否能達(dá)到更好IT信息化決策的需求。所以，“云效能”是未來(lái)國(guó)際關(guān)注的重點(diǎn)。
未來(lái)云計(jì)算技術(shù)的發(fā)展可能會(huì)改變用戶(hù)的很多習(xí)慣[22]，用戶(hù)在使用計(jì)算機(jī)時(shí)將從以桌面為核心轉(zhuǎn)向以瀏覽器為核心，計(jì)算機(jī)將可以不安裝各種軟件或者保存各種數(shù)據(jù)進(jìn)行工作。因此，未來(lái)個(gè)人數(shù)據(jù)空間管理、數(shù)據(jù)繼承以及隱私安全等問(wèn)題將成為發(fā)展重點(diǎn)。
3.2 云計(jì)算的未來(lái)展望
當(dāng)前，在“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代背景下，云計(jì)算已然成為數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代下的基礎(chǔ)設(shè)備，中國(guó)加快實(shí)施大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略，大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)的日益完善為云計(jì)算發(fā)展奠定了重要基礎(chǔ)，云計(jì)算也催化出大數(shù)據(jù)在應(yīng)用領(lǐng)域的“井噴”。從中國(guó)與發(fā)達(dá)國(guó)家的比較發(fā)現(xiàn)，國(guó)內(nèi)云計(jì)算硬件方面取得了較快的發(fā)展，但在與云計(jì)算軟件資源相關(guān)的關(guān)鍵領(lǐng)域應(yīng)更好地參考國(guó)際模式，加大扶持推進(jìn)力度，在自由貿(mào)易促進(jìn)方面仍有較大的提高空間。
在人工智能的發(fā)展過(guò)程中，大數(shù)據(jù)可以幫助人工智能作出精準(zhǔn)判斷，云網(wǎng)絡(luò)則可以保存大數(shù)據(jù)運(yùn)算結(jié)果并進(jìn)一步推動(dòng)人工智能。因此，在整個(gè)人工智能、大數(shù)據(jù)和云計(jì)算的發(fā)展中，云計(jì)算為大數(shù)據(jù)的發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，而云計(jì)算和大數(shù)據(jù)的融合則為人工智能的發(fā)展提供著源源不斷的動(dòng)力，同時(shí)，人工智能的持續(xù)發(fā)展又為大數(shù)據(jù)和云計(jì)算的發(fā)展帶來(lái)了更多的機(jī)遇。這三者之間交叉日漸頻繁，界限也日漸模糊，所呈現(xiàn)的融合發(fā)展的趨勢(shì)不可阻擋，人類(lèi)也必將迎來(lái)嶄新的信息技術(shù)時(shí)代。
