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云計算產業核心模式分類全解析

近年來,隨著計算機和互聯網的廣泛應用,數據中心的能耗占全社會的總能耗的比例越來越大,據統計,數據中心的能耗成本占到了總成本的50%左右,包括電力、機房占地、帶寬等各方面。數據中心能耗巨大,主要集中在服務器設備和制冷設備方面,其中制冷系統能耗占整個機房運行能耗的30%~50%。而運用云計算技術通過虛擬化、實時遷移電源管理技術,可以極大降低主設備的數量和運行時間,進而極大降低主設備的能耗,提供能效,真正實現節能減排。
  云計算的定義
  云計算的出現并非偶然,早在20世紀60年代,麥卡錫就提出了把計算能力作為一種像水和電一樣的公用事業提供給用戶的理念,這成為云計算思想的起源。在20世紀80年代網格計算、90年代公用計算、21世紀初虛擬化技術、SOA、SaaS應用的支撐下,云計算作為一種新興的資源使用和交付模式逐漸為學界和產業界所認知。
  對于云計算的理解和認識,當前還處在起始階段,沒有建立完善的理論體系,所以涌現出了幾十種不同的云計算定義詮釋。
  基于當前的理論體系和社會需要,要給出一個被業界公認的云計算定義并非易事。不過從IT企業、科研機構、行業組織和專家等對云計算的不同定義,提示我們應該從以下幾個角度來認識云計算:一是應該從模式的角度來認識云計算,如IBM認為云計算是一種新的IT資源提供模式,NIST認為是通過網絡獲取資源的模式;二是應該從服務的角度認識云計算,業界90%的定義中都將云計算歸結為服務;三是應該從資源形式來認識云計算,幾乎所有的IT企業都在云計算定義中多次提到計算資源;四是應該看出網絡在云計算中發揮的基礎和必要作用,Google在定義狹義云計算時甚至將云定義為提供資源的網絡。
  在總結分析了多數定義共性的和差異的基礎上,仍可以明確的判定,云計算應該是基于現代信息網絡,利用虛擬化、分布式計算等核心技術,對大規模的計算、存儲、網絡等池化資源統一管理和智能調度,提供便利、動態、彈性的服務,實現用戶按需使用的計算模式和服務模式。
  云計算的內涵及特點
  盡管云計算的定義有很多種,但是仔細分析,不難發現各組織對云計算內涵和核心要素的理解是一致的,基本包含以下三個方面。
  1.以網絡為載體
  架構云計算平臺和提供云服務都離不開寬帶網絡環境,云計算的發展依賴于網絡的發展,足夠的寬帶和廉價的成本是云計算發展的重要前提,通信網絡作為云計算發展的基礎環境,承擔著載體作用。美國國家標準與計算研究所、Google、維基百科、HP、Berkely大學在對云計算的定義中,都強調了云服務通過網絡提供的本質內涵,通信和網絡是實現云服務交付的渠道。云計算發展過程中,傳統的電信運營商、網絡企業在提供通信網絡管道資源等基礎服務的同時,為順應技術變革、產業變革、商業模式變革的趨勢,正在向信息技術服務提供商、云計算服務商轉型,提供云計算服務。
  2.以IT資源交付和共享為核心
  云計算的基因來源是軟件服務商、信息技術服務商的業態創新和服務模式創新,美林證券、維基百科、Microsoft(微軟)、Cisco(思科)、NIST在對云計算的定義中,都提到了資源的共享特征?梢哉f,云計算創新了IT資源的配置、交付和管理模式,通過配置和管理池化的IT資源,以動態、可伸縮的多租戶模式共享和交付給云服務用戶。在這種新的IT資源交付模式下,用戶不需要知道資源的物理位置,也不用管理后臺資源,就可以隨時按需獲取計算、存儲、軟件、應用、網絡等各種IT資源。
  3.以服務為導向的商業模式創新
  云計算以服務模式創新為核心價值。從服務維度來看,被統一列入“IT專業服務”門類的傳統硬件設備租賃、信息系統租賃服務再存有數十年了,屬于信息技術服務業(ITS)和信息技術服務外包(ITO)范疇,但云服務與之相比有著質的飛躍。云服務提供商利用虛擬化、分布式數據存儲和管理、安全管理等日益成熟的技術,擁有快速彈性的分配資源能力,能夠快速自動擴展和迅速釋放資源實現收縮,并基于寬帶網絡為用戶提供靈活的服務,這是傳統外包服務不可比擬的新型服務模式。電信企業、設備制造企業構建云平臺提供云計算服務時,已經逐步向信息技術服務商演化,而不再局限于傳統意義的電信、網絡服務商了。
  云計算的分類
  云計算若按照行業應用分類則頗為廣泛,教育云、醫療云、政務云為其中的典型代表。除此之外,近年來又增加了諸如金融云、工業云、電子商務云等新的行業云的概念,不過目前傳統IT項目泛化為云計算項目的情況比較普遍。
  1)教育云
  云計算在教育領域中的應用稱之為“教育云”,作為教育信息化的基礎,教育云整合軟硬件教育資源,向教育機構、教育從業人員和學員提供云服務。云計算的提出,最小化了終端設備的需求,不僅僅是教育課堂,甚至是個人計算機或者實驗室都可以從“云”中獲取信息。學生運行簡單的終端設備和網絡,就能進行學習、資料處理和實驗,降低了教學成本。各個院?梢詫F有的硬件資源共同加入一個“云”中,減少單個院校的成本投入,實現資源共享。同時所有的應用程序和文件都在服務器端,用戶只需要通過終端訪問服務器即可實現文檔、表格和課件的編輯,編輯完成后直接存儲在服務器端。一些常用的應用軟件如辦公軟件、電子郵件系統等也可以采用云服務,大大降低信息系統的構建成本,也減少為維護和升級軟件而投入的費用。
  云計算的發展有助于構建網絡學習平臺,網絡學習平臺上的學員可以使用網絡平臺提供的資源、環境進行學習、實驗和交流。在可靠性和安全性方面,教育云的優勢也很突出,云計算服務提供商可以提供專業、高效和安全的數據存儲,因此無須擔心病毒和黑客的侵襲以及硬件的損壞所導致的數據丟失問題。
  2)醫療云
  醫療云是在醫療護理領域采用云計算相關技術和服務理念構建醫療保健服務的系統,從而有效地提高醫療保健的質量、控制成本和實現便捷訪問。多個醫院之間可以共享由大量系統連接在一起形成的基礎設施資源池,減少醫院的運行成本,提高效率。對于醫生、護理人員和其他醫療支持者來說,通過云計算技術可以實時獲得病人資料,不受病人當前位置的限制,因為病人的電子醫療記錄或檢驗信息、系統軟件和信息都在中央服務器中,資料以由一個醫院群分享,而不在某個醫院單獨的IT系統中。
  3)政務云
  云計算在政府門戶網站建設、政務應用系統建設、數據中心建設等領域將得到廣泛的應用。隨著政府門戶網站用戶數量的快速增長,以及內容的日趨多媒體化,政府門戶網站要處理海量的數據,將比以前承受更多的負載,需要云計算平臺作為支撐。云計算的引入同樣可以縮減政府數據中心建設和運行的成本(包括電力成本、空間成本、維護成本等)。同時,隨著移動終端的普及,以及3G等大容量移動通信技術的應用,會有越來越多的移動設備進入政務應用系統,政務系統需要處理大量的數據,將比以前承受更多的負載,也需要云計算平臺的幫助來縮短政務應用系統的相應時間。
  我國先進地區2011年已經開始規劃并開始建設基礎云計算的電子政務公共平臺、安全支撐平臺、物聯網數據中心、移動電子政務平臺等新型政務支撐服務平臺,規劃建設千兆級(1000Mbps級)互聯網統一出口。除業務承載的需要外,重點解決信息共享效率低、業務協同性差、應用系統國產化率低等問題,實現自主可控、信息安全的全能型政務云。
  4)金融云
  金融云就是利用云計算技術將金融機構的數據中心與客戶端應用整合到云計算體系架構之中,從而達到提高自身系統運算能力、數據處理能力和網絡吞吐能力,改善客戶體驗評價,提高金融機構迅速發現并解決問題的能力,提升整體工作效率,改善流程,降低運營成本的目的。
  中國電信上海公司和服務提供商聯合打造了國內第一朵“金融云”。在“金融云”的催生下,在我國臺灣地區金融圈中具有重要影響力的臺灣第一銀行在祖國大陸的第一家分行—上海分行將正式開業。
  5)工業云
  “工業云”是在云計算模式下對工業企業提供軟件服務,使工業企業的社會資源實現共享化。工業云有望成為我國中小型工業企業進行信息化建設的另外一個理想選擇,因為工業云的出現將大大降低我國制造業信息建設的門檻。
  6)電子商務云
  電子商務(Electronic Commerce)是在Internet開放的網絡環境下,基礎B/S架構,實現消費者的網絡購物、與商戶之間的網上交易和在線電子支付的一種新型的商業運營模式。電子商務云是指基于云計算商業模式應用的電子商務服務平臺。在云平臺上,所有的電子商務供應商、代理商、策劃服務商、制作商、業協會、管理機構、行業媒體、法律機構等都集中整合成資源池,各個資源互相展示和互動,按需交流,達成意向,從而降低成本,提高效率。
  云計算產業相關定義
  無論是IaaS、PaaS、SaaS模式,還是私有云、公有云,或是云計算在不同行業的應用,都圍繞著云服務這個共同核心而開展,所以說云計算產業客觀存在,云計算產業的發展需要一個富有開拓性的理論先導,需要與各界專家共同探討其發展、問題和政策引導,共同尋找未來發展的道理。
  要準確理解云計算產業,必須理清產業主體、核心要素的基本定義和概念,要從上一節對云計算內涵的分析出發,抓住網絡、資源和服務三大特征,從云計算平臺、云企業、云技術、云服務的建設和運行去理解,構建真正的云計算產業鏈。
  1、云計算平臺
  云計算平臺是一種基于云計算架構的、通過網絡部署的、以服務形式交付的IT資源池,資源池中匯聚了各種軟件、硬件、系統和環境等實體和虛擬資源,為不同用戶提供可在云平臺資源之上管理、部署和使用應用程序的能力。云計算平臺是云計算服務的資源載體,云服務提供商均基于云計算平臺提供云服務,通常業界所說的SaaS平臺、PaaS平臺、IaaS平臺都屬于云計算平臺的范疇。
  云計算以IT資源交付、共享為核心,是一種IT資源的配置、交付和管理模式的創新,而這種資源的匯聚、交付、共享、管理都是基于云計算平臺展開的;谠朴嬎闫脚_,用戶可以按照自己的需求,以動態、可伸縮、虛擬化的方式獲得計算、存儲、軟件、應用、網絡等各種IT資源。以SaaS平臺為例,用戶無須購買軟硬件、建設機房、招聘IT人員,不需要負責前期的實施和后期的維護,SaaS平臺直接為用戶提供信息系統,各類應用軟件的在線使用服務。
  PaaS平臺提供應用程序的開發、部署和運行環境,用戶在滿足PaaS平臺對編程語言、應用框架以及運行環境要求的前提下,對于應用程序運行相關的支撐組件進行定制和配置,部署和管理應用程序,但不需要對環境和底層支撐云平臺資源運行的基礎設施進行管理和配置。傳統的平臺作為應用系統部署的基礎,是由應用程序提供商搭建和運營該基礎平臺,并將該平臺以服務的方式提供給應用系統、應用軟件運營商。而IaaS平臺提供商負責最底層的計算、存儲設備、網絡等IT資源池,直接提供給最終用戶或者被PaaS平臺和SaaS平臺調用。
  亞馬遜、Google和微軟這樣的IT巨頭公司都在云計算平臺上展開角逐。亞馬遜從2002年起推出了AWS(Amazon Web Services)服務,任何能訪問互聯網的用戶都可以使用它來訪問、使用亞馬遜的計算基礎設施,知名的微博服務商Twitter、意外天氣保險公司Climate Corporation都基于亞馬遜的AWS快速形成面向數以億計的客戶的計算架構和服務,使用亞馬遜網絡服務的公司中不乏一流媒體視頻巨頭Netflix、照片分享網站Instagram等大牌科技公司,甚至連沒美國國家航空航天局(NASA)也是亞馬遜網絡服務的客戶,月訪問量達1700萬人的知名社交網絡Pinterest也利用亞馬遜網絡服務來管理公司數據,他們主要依賴亞馬遜提供的數據庫存取、內容交付和支付扥業務,隱藏在這些服務背后的基礎設施保障正是基于網絡構建的數十個異地的大型數據中心,以及集中在數據中心內的數以萬計的服務器和存儲設備,當然還有用于IT資源管理的各類軟件,為不同用戶提供可在云平臺資源之上部署、管理和使用應用程序的能力。
  Google的云計算平臺硬件條件優勢、大型的數據中心、搜索引擎的支柱應用,都促進了Google云計算迅速發展。Google的云計算主要由Mapreduce、Google文件系統(GFS)、BigTable組成,它們是Google內部云計算基礎平臺的3個主要部分。此外Google還構建了其他云計算組件,包括一個領域描述語言以及分布式鎖服務機制等。Sawzall是一種建立在Mapreduce基礎上的領域語言,專門用于大規模的信息處理。Chubby是一個高可用、分布式數據鎖服務,當有機器是失效時,Chubby使用Paxos算法來保障備份。
  微軟的Windows Azure也是基于其基礎平臺構建的。全球各地有無數的數據中心同時也為Windows Azure提供數據支持,數據中心中有數以萬計的支撐PaaS所需的服務器,以及基于服務器構建的開發環境和開發工具,這些軟硬件就成為微軟提供Windows Azure服務的基礎平臺。Windows Azure通過控制底層的網狀控制器(Fabric Controller)將數據中心能量龐大的Windows服務器有效地組織起來,給前端的應用提供計算和存儲功能,并保證其可靠性。Windows Azure就像一個在線的操作系統環境,統治著整個數據中心的運算資源,用戶可以很方便地調用這些資源來執行各種應用程序,操作系統升級、維護等也可以再系統不宕機的情況下自動完成。同時微軟的Windows Azure還提供了一套基于Visual Studio的Azure工具,供開發者在個人計算機上開發、模擬和測試Azure平臺上的應用程序。美國的Azure數據中心分別位于芝加哥、圣安東尼奧、德克薩斯,微軟在歐洲的愛爾蘭都柏林和荷蘭的阿姆斯特丹建設有數據中心,亞洲地區的數據中心設立在新加坡和中國香港。
  2.云計算技術
  云計算技術是指搭建云計算平臺和基于云計算平臺提供云服務用到的各類技術,云計算技術體系中包括軟件、硬件、通信網絡、安全等各種信息技術,這其中既有成熟技術,也有新興技術。作為分布式處理、并行計算和網絡計算等概念的發展和商業化實現,云計算技術實質是計算、存儲、網絡、應用軟件等IT軟硬件資源的虛擬化實現,其核心技術涉及虛擬化、數據存儲和管理、分布式計算、云安全等。從廣義角度分析,云計算技術涉及軟硬件(如集成電路、操作系統、數據庫、整機等)、通信網絡、信息安全等各種技術,當前各類廠商紛紛基于自身技術、產品優勢,提出云計算的各種解決方案。
  3.云服務
  云服務分為云技術服務和云平臺服務兩大類。云技術服務是指云服務提供商幫忙客戶前期搭建云計算平臺、后期運維云計算平臺而提供的各類服務,包括咨詢服務、關鍵軟硬件產品、解決方案、系統集成、運維等服務。例如,IBM作為云計算平臺提供商提供的就是典型的云計算服務,2007年11月推出藍云平臺,為企業提出完整的云計算解決方案,可以對企業現有的基礎架構進行整合,通過虛擬化技術和自動化技術,構建私有云計算中心,從而幫助企業實現云計算理念。云平臺服務是指各類云服務企業基于云計算平臺,通過網絡向客戶隨需提供的各類服務。當前,SaaS有各種典型的應用,如在線郵件服務、網絡會議、網絡傳真、在線殺毒等各種工具型服務,還有在線CRM、在線HR、在線進銷存、在線項目管理等各種管理型服務。美國Salesforce.com是提供這類服務最有名的公司之一,Google Doc、Google Apps和Zoho Office也屬于這類服務,國內八百客和Xtools就是其中的典型代表。大的PaaS提供商有Google Apps Engine,Microsoft Azure,Heroku,Force.com,Engine Yard。最近興起的公司有Appfog,Mendix,Standing Cloud和八百客的800APP等。在IaaS領域,Amazon的AWS是一個典型的IaaS服務,它提供了包括存儲(S3)、計算能力(EC2)、消息傳遞(SQS)、數據集(SDB)等一組服務,企業用戶可以在幾分鐘之內迅速地獲得一個基于Amazon基礎設施的虛擬基礎設施,并且這個基礎設施是彈性的,可以根據需求擴展和收縮。
  4.云企業
  在對云平臺和云服務有了清楚認識的基礎上,我們認為,真正的云企業只有兩類,一類是支持構建云計算平臺的云計算服務商,如解決方案提供商、技術咨詢服務商;另一類是基于云計算平臺提供云平臺服務的企業。下面列舉了兩個典型的云企業:
  1)VMware—云技術服務商
  VMware公司擁有著豐富的客戶資源、大量的合作伙伴,以及市場上可能是最廣泛的云計算組合,因此占據了x86虛擬化市場。該公司的云計算戰略是成為領先的云計算推動者,提供基礎設施和管理組件以實現私有云和公有云的實施,這一戰略在過去的幾年中都是很成功的。vCloudAPI是其混合云計算戰略的一個重要組成部分,VMware特推出了供防火墻內部云計算基礎設施使用的vSphere和推動公有云實施的vCloudExpress。VMware公司的私有云產品vSphereESXi是技術領先的專用管理程序,而vMotion是在數據中心內實現虛擬服務器遷移的先進工具。
  2)微軟—云技術服務商和云平臺服務商
  微軟作為云技術服務商擁有成熟的Windows操作系統、已大規模商用的Hyper-V虛擬化產品和用戶熟悉的.NET技術架構等,能夠提供領先的技術、產品和全面的解決方案,最大優勢就是體現了以用戶為中心的最佳實踐。作為云平臺服務商,全球50%的500強企業已經在用Windows Azure了,它可同時向個人消費者和企業客戶提供云服務,不僅向開發者提供基礎設施資源(IaaS),也提供平臺增值服務。Azure在中國的團隊挑選了十個重要領域,包括視頻、車聯網、游戲以及電影特效制作,這些都是數據量極大且處在上升期的行業,現在整個平臺上的企業數量是一萬多個,以至于在歐美建數據中心的速度跟不上需求。
  5.云計算產業
  云計算產業是基于云計算平臺,利用云計算技術提供云技術服務和云平臺服務的各個相關行業內云企業所組成的業態總稱。盡管云計算產業內各云企業的經營方式、經營形態、企業模式和流通環節有所不同,但是它們都是在信息技術服務業的范圍內圍繞著云服務而展開的,并且可以在構成業態的各個行業內部完成各自的循環。
  云計算產業的內涵
  云計算產業的定義和界定關系到產業統計范疇、企業扶持對象、產業發展思路和戰略。準確地說,云計算產業基于云計算模式的服務業,邊界是不應該無線擴展的。目前,一些地方政府提出的云計算產業幾乎涵蓋了IT產業的全部。嚴格來說,這是不準確的,實際上好多內容和概念甚至是反“云”思想的,作為政府推動IT產業發展整體思路的合理的,作為云計算和云產業發展思路就值得商榷。我們認為,對于云計算產業的界定,關鍵是要把握以下幾方面要素。
  1、云計算平臺是基礎
  云計算是基于云計算平臺、通過網絡實現IT資源的動態、可伸縮、虛擬化的配置、交付和管理,云計算產業的核心是依托云計算平臺提供的服務。云計算平臺是云計算服務的資源載體,無論是第三方、SaaS、PaaS、IaaS服務商,還是基于云計算模式提供自主軟件產品服務、硬件設備租賃服務、信息系統租賃服務的企業,無論是私有云還是公有云,都是基于云計算平臺實現的。
  2、屬于信息技術服務業范疇
  云計算產業是基于云計算模式提供IT資源服務、為架構云計算平臺提供技術服務的信息技術服務業。與傳統的ITO模式相比,云計算產業交付模式和途徑都發生了變化,新服務提供了新的商業價值,實現了新范式的轉變,但云計算產業本質上還是信息技術服務業,是新一代信息技術服務業。云計算產業中的云企業主體應該有足夠的前瞻性,開發適合在云架構下運行的軟硬件,利用云計算技術從大數據中挖掘出用于決策的信息,創造靈活的計算環境。
  3、創新的商業模式和服務模式
  云計算產業不但包含技術上的創新,而且包含商業模式的創新和產品服務的創新,云計算產業的內涵和外延比傳統產業更為豐富和廣泛,也更為復雜。傳統IT產業在經濟全球化和外包浪潮的推動下,逐漸通過網絡選擇大規模、跨區域的服務交付平臺。這也對企業內部組織結構提出了融合需求,傳統的IT企業內分別專注于計算、網絡和存儲的不同團隊,當轉向在云計算中運行應用程序時,團隊工作會發生變化,不但需要員工學習新的技能,而且整合外包系統與現有平臺帶來了技術挑戰,企業需要與新的供應商建立合作關系。另一方面,隨著互聯網產業的快速發展和規模的擴大,互聯網運營商對計算資源和存儲資源產生更大的需求。特別是在互聯網時代,業務需求隨時間、市場變化很大,互聯網運營商急需成本更低、按需分配的技術資源。云計算的服務模式恰好滿足了這一需求,云計算使用戶從基礎架構管理中解脫出來,將更多的經歷投入前端業務,創造出更大的價值增值。
  我們再規劃云計算產業發展的時候,關注的側重面是不同的。在推動云計算產業發展時,涉及的要素側重于網絡設施、基礎設施(如IDC布局和建設)、技術研發、標準制定和實施(技術和服務)、安全、產業、應用、政策法規等各種綜合要素。在研究和規劃云計算產業時,更關注產業發展要素和環境建設,涉及市場和應用環境、市場準入和規范、技術創新、商業模式創新、企業發展、標準制定和實施、人才培養、資金投入、產業政策、基地建設、產業布局等產業要素。
  云計算的作用和意義
  從微觀層面來看,云計算提升了中小企業信息化應用水平,降低了中小企業信息化成本和投資風險。對用戶尤其是企業用戶而言,使用公有云服務隊成本的節省顯而易見,對于中小企業和剛起步的創業公司尤為重要,用戶無需購買安裝硬件、開發軟件,用比原來低得多的使用成本,就可以快速部署應用系統,動態伸縮系統的規模,可以更容易地共享數據。如果企業要建設自己的私有云,因為云計算技術的容錯能力強,所以低端硬件便可滿足同樣的需求,節省了硬件采購成本,另外管理的高度自動化減少了運維人員的投入數量。
  數據顯示,規模達到萬臺服務器以上的數據中心,其網絡、存儲和管理成本較之幾千臺服務器的中型數據中心至少可降低5~7倍。
  與傳統互聯網數據中心(IDC)相比,云計算的資源利用率大幅提高。IDC對用戶提供的網絡寬帶、處理能力和存儲空間都是固定的。然而,絕大多數網站的訪問流量都不是均衡的,網站擁有者為了應對這些突發流量,會按照峰值要求來配置服務器和網絡資源,造成資源的平均利用率只有10%~15%,而云計算平臺提供的是有彈性的服務,它根據每個租用者的需要再一個超大的資源池中動態分配和釋放資源,而不需要為每個租用者預留峰值資源。而且云計算平臺的規模極大,其租用者數量非常多,支撐的應用種類也是五花八門,比較容易平衡整體負載。據統計,云計算資源利用率可以達到80%左右,是傳統模式的5~7倍。
  從宏觀層面來看,云計算作為新一代產業浪潮的重要驅動力,隨著我國云計算產業的逐步成熟,正在滲透到經濟和社會各個領域,對我國經濟社會發展更加深遠的影響。當前,信息化發展正進入一個新的歷史階段,信息化與工業化深度融合日益成為經濟發展方式轉變的內在動力,云計算為我國轉型升級提供了重要契機。同時云計算作為軟件和信息技術服務業的重要組成部分,對傳統軟件產業和信息技術服務業發展產生了巨大影響,加速了戰略性新興產業發展,促進了區域產業結構和經濟結構優化升級。
  云計算提高經濟社會信息化發展水平
  由現代信息技術發展與應用所推動的信息化,雖然歷史不長,但已經給經濟和社會帶來了深刻的影響。云計算平臺實現了社會資源的高度集中,用戶能夠使用的資源規模極大,但獲得成本低,獲得的途徑多樣,并且可以按需定制;云計算平臺緊耦合資源聚集使用模式使得計算機資源保持較高的穩定利用率,整體節約社會資源。
  1、推動信息基礎設施建設
  云計算能夠提供可靠的技術軟硬件、豐富的網絡資源、可有效加速信息基礎設施建設,低成本的構建和管理能力解決了政府、大型企事業單位面臨的運維難、人工成本和能源消耗巨大等問題。以此為基礎,云計算可以推動我國信息化發展和企業信息化進程想更高的層級躍進。
  2、提高政府公關服務水平
  政府將云計算應用與政務和公共服務領域時,能夠實現電子政務信息資源的有效整合,醫療、社保等社會公共服務資源共享和業務的協同,從而提升社會公共服務效率,為人民生活提供更好的公共服務。
  3、提供企業科技創新能力
  云計算強大的數據存儲和管理技術為科技創新提供了堅實基礎,可提高科技創新能力,并縮短產品和服務進入市場的周期。同時,PaaS服務模式可以實現業務的快速部署,并實現云計算平臺同其他業務已有的數據庫和能力組件的快速調用和整合,提高用戶業務的敏捷性和動態性。
  4、助力節能減排綠色發展
  云計算可以提高現有設備運行效率,并減少初期投資和運營成本(管理、更新成本),降低用戶總體擁有成本。云計算對IT資源的集中和整合使用可以縮小設備規模,及時關閉空閑資源,有效地降低能源消耗,推動國家節能減排政策的落地。實踐證明,和傳統數據中心相比,云計算能夠節省約70%的電能消耗,節能效果顯著。這種節能減排對環境保護有巨大貢獻,而且能夠減少電能消耗,延長硬件使用期限,有效地降低業務運營成本。
  云計算促進工業轉型升級
  工業是實體經濟的主體,也是轉變經濟發展方式、調整優化產業結構的主戰場。當前,我國正處在工業化中期,工業的主導作用和支柱地位在較長時期內不會改變,加快工業轉型升級,促進工業由大變強,依然是我國現代化進程中艱巨的歷史任務。
  建設現代產業體系是新型工業化的重要支撐,本質要求是進一步優化產業結構,增強產業核心競爭力,促進三次產業在更高水平上協調發展。特別是要大力培育發展戰略性新興產業,推動重大技術突破,加快形成先導性、支柱性產業,切實提高產業核心競爭力和經濟效益,云計算的快速發展為我國工業轉型升級提供了重要契機。
  1、云計算強力推動工業化發展
  信息技術和應用的發展為工業化發展提供了強大支撐,用信息化改造工業的一個重要內容就是用信息技術改造制造業的生產工藝,即信息技術不斷向制造業滲透擴散,改造傳統生產工藝,提供傳統制造業的管理現代化水平。與大型企業不同,中小型工業企業在提升企業創新能力時往往要面臨工業計算軟件及平臺搭建、開發內部計算機建模和仿真技術、高端研發人員的培育等諸多問題,導致不能有效利用計算仿真等工業計算技術降低設計制作成本,提供生產效率。
  以美國為首的西方發達國家在20世紀80年代就加大了信息化建設投入,以促進工業轉型發展,如美國先后建立了圣地亞哥超級計算中心、美國國家超級計算應用中心、匹茲堡超級計算中心、美國阿貢國家實驗室、美國橡樹嶺國家實驗室等,先后服務于工業、生物、制藥、國防等產業。超級計算中心就是當前云計算中心的前身,從某些方面來說,超級計算就是云計算的一種形式?梢哉f,云計算等信息技術以及平臺在西方工業化大國扮演了十分關鍵的角色,云計算等新一代信息技術對其經濟建設貢獻度在不斷提高,從而形成了技術創新良性循環。
  我國通過自身生產要素優勢成為新的國際制造業中心,以制造業為主導的產業結構顯示了中國加速工業化階段的產業特征,這種結構促進了中國現階段的高速增長,但工業產業結構的畸形化和低勞動生產率對中國的可持續發展提出了新的挑戰,而且由于工業產業沒有帶動第一和第三產業的發展,致使自身發展缺乏強大的基礎和服務。云計算的發展提高了大型工業企業的信息化管理水平,為中小型工業企業信息化提供了可能,各種技術的突破和服務模式的創新提高了工業化的生產力,促進了工業發展。
  2、云計算加快工業化和信息化的進程
  云計算開創了IaaS、PaaS和SaaS等全新IT服務模式,大幅度降低了傳統產業特別是工業企業部署實施信息化的成本,同時極大地促進了信息技術在傳統產業中的應用廣度和深度。云計算服務模式不僅給信息產業創造了深遠的變革機會,同時也給工業企業等傳統企業帶來了新的發展機遇。
  隨著全球經濟一體化和企業國際化進程的加快,大多數的應用場景需要分布式的工作模式,如跨國集團公司,它們的管理部門和工業現場可能不在同一個地理區域。這些分散的應用環境和工作模式使得云計算成為一種廣受歡迎的IT服務模型,在工業研發設計、流程控制、制造、管理、運營、服務等產業鏈的應用上發揮重要作用,逐漸形成以云計算應用為核心的“工業云”,并成為未來的發展趨勢。
  綠色經濟推動著工業的可持續發展,成為未來“兩化”融合的主旋律。云計算給傳統工業節能降耗減排帶來了希望,對促進我國信息產業和傳統工業持續、快速發展具有重要的戰略和現實意義。兩化融合發展是以信息化帶動工業化,以工業化促進信息化。當前,我們抓住云計算發展的戰略機遇期,以云計算推動兩化融合創新能力的發展,可以說是一條可行之路,也是一條希望之路。
  3、云計算將有力推動產業升級
  云計算憑借其超大規模、無線擴展、按需服務、成本低廉、使用便捷等諸多顯著優勢成為全球信息產業變革的焦點。云計算創造新的經濟模式,帶動現代服務業、生產型服務業、文化創意等相關產業和經濟發展,云計算技術的應用和推廣成為推動我國工業轉型升級的重要引擎。
  從企業角度看,大型企業運營布局呈現網絡化的特點,要求多組織、跨時空、實時業務協同,大企業在邁向國際化、全球化的道路上,表現出更為整合、集約、協同的管理特征,管理模式、方法、手段需要更為開放、靈活、高效和專業,而云計算則成為大型企業必要的管理工具。與綜合實力較強的大型企業相比,中小企業對云計算服務的需求更大,有統計數據顯示:2010年僅有6%~7%的中小企業使用了云計算服務,但到2011年中期這個數字已經突破15%。
  “兩化融合”、“三網融合”等信息化戰略的實施,極大地促進了我國工業企業的信息化應用水平,奠定了云計算應用的堅實基礎。通過云計算相關企業創新和服務能力的有機整合,依托新的商業模式可為區域經濟體帶來巨大市場和產業倍增效應,借助移動互聯網、物聯網等新興市場的迅速發展,形成更大的網絡市場規模。借助云計算可促進產業整體向產業鏈前端轉移,衍生出新的創業和就業群體,形成產業人力資源分流,助力產業結構調整。
  云計算促進中小企業發展
  據工業和信息化中小企業司公布數據:2010年,我國中小企業總數已占到全國企業總數的99%以上,創造的最終產品和服務價值相當于國內生產總價值的60%左右,提供了全國80%的城鎮就業崗位,上繳的稅收約為國家稅收總額的50%。中小企業在推動我國經濟平穩較快發展、推動創新、擴大出口、增加就業、維持社會穩定等方面發揮了重要作用。促進中小企業發展,是保持國民經濟平穩較快發展的重要基礎,是關系民生和社會穩定的重大戰略任務。
  云計算開創了軟件服務化、平臺服務化和基礎設施服務化等服務模式,其中軟件服務化模式提供廉價的在線軟件租用服務,平臺服務化模式提供快速的從技術開發到服務運營的能力,基礎設施服務化模式提供低成本和高可靠性的底層資源服務。目前,我國大部分中小企業信息化應用水平較低,迫切需要推進信息化。采用云計算,中小企業可以在不用投入大量資金到IT基礎設備的前提下,直接從云計算服務提供者那里按需獲取各種服務,用最小的代價和最短的時間現實信息化。
  1、降低中小企業信息化成本和投資風險
  在傳統模式下中小企業為開發、部署及擴展計算機應用系統,需要購買大量新設備、定期淘汰舊設備,資金耗費多,風險較大。云計算這種變購買為租賃的服務模式,使中小企業信息化建設和運維成本大幅降低。企業不用再購買繁雜的IT設備,頭疼后期運維和管理,只需要通過網絡租用云服務,就可以享用靈活高效的信息化帶來的好處。而且當企業把一個應用程序部署到“云”中時,可擴展性和基礎設施投資等問題就轉移給了云運營商,降低了企業所面臨的投資風險。
  2、中小企業能夠最大化利用信息資源
  在云計算應用前,企業根據自身需求投資基礎設施,其可利用的資源受自身設施的限制,不可能無限擴展。引入云計算后,云服務提供商所能提供的資源和服務要遠大于單一企業的自建能力,這使得企業客戶能夠支配更多的資源。同時,云計算使中小企業使用信息資源更加靈活,云計算除了能夠節省成本外,最大特點就是能夠快速部署。在企業提出定制需求后,云服務提供商會選擇相應的成熟模塊,提供快速部署實施環境。相比于傳統的管理軟件,云計算的反應更加快速。此外,用戶還可以根據實際情況的變化,隨時隨地按需改變應用配置。
  3、云計算提升中小企業信息化應用水平
  云計算大幅度降低了傳統產業特別是工業企業部署實施信息化的成本,同時極大地促進了信息技術在產業的應用廣度和深度。據統計,70%以上的中小企業在信息化上的投入不足收入的1%而應用云計算以后,中小企業只需要付出非常低的租金,就可以使用與中大企業相媲美的資源。這種租用模式將給中小企業帶來低成本、高性能和專業化等多種好處,從而進一步加深中小企業的信息化程度,最終提升中小企業的競爭力。
  云計算將有效地支撐中小企業的信息化應用,降低其信息化門檻,彌補其在IT投資和維護方面的不足,促進中小企業生產、管理與市場開拓的升級,提高中小企業收入,從而保障我國總統經濟的平穩較快發展。
  云計算促進軟件和信息技術服務業轉型升級
  近年來,我國軟件和信息技術服務業市場規模不斷擴大,創新能力顯著增強,產業聚集日益明顯,國際化水平持續提高,人才隊伍不斷壯大,對國民經濟和社會發展的支撐作用進一步增強!笆濉逼陂g,伴隨著物聯網、云計算等新一代信息技術的發展和應用的不斷深化,軟件與網絡深度耦合,軟件和硬件、應用和服務緊密融合,軟件和信息技術服務業加快向網絡化、服務化、體系化和融合化方向演進。
  云計算作為軟件和信息技術服務業的重要組成部分,憑借其超大規模、無限擴展、按需服務、成本低廉、使用便捷等諸多顯著優勢成為全球信息產業變革的焦點。我國政府高度重視云計算產業的發展,發布了《關于加快培育和發展戰略性新興產業的決定》等一系列政策措施,明確了“十二五”期間將進一步加強新一代信息技術的基礎設施建設,推進“三網融合”促進物聯網、云計算等新興產業技術的研發,增強核心基礎產業的發展能力。
  1、云計算對傳統軟件產業發展的影響
  云計算給傳統軟件產業帶來根本性變化。云計算將省略傳統軟件復雜的購買和安裝程序,其所有應用和許可都可以隨時購買生效,并通過網絡完成軟件服務等應用,無須占用本地過多的資源。同時,云計算也打破了綁定在某一臺單獨機器上的對軟件應用空間和時間的限制,所有應用所需要的計算能力、存儲、帶寬、電力等都有數據中心提供。此外,在云計算模式下,軟件銷售將從出售軟件包及終端用戶授權許可,轉變為出售“云計算”服務,只要使用“云”,就需要付費。而已復制光盤為代表的盜版模式在云計算的沖擊下將可能不復存在。
  2、云計算對信息技術服務業發展的影響
  與云計算對軟件產業的影響相比,云計算對信息技術服務業的影響更大。具體表現在以下幾方面。
  從資源配置角度看,更多的資源將從用戶端走向“云”端,互聯網的“端到端”理念將面臨巨大挑戰。目前,用戶端主要通過不斷升級硬件和軟件來享受更多的互聯網服務。云計算應用以后,幾乎所有的計算和存儲資源都集中到了“云”端,用戶端將變得越來越簡單。通過虛擬化技術,“云”端的資源將被用戶以租用方式使用,用戶不再需要自己購置和升級軟硬件。
  從服務內容角度看,互聯網將提供更多層次的服務。傳統軟件廠商一般通過出售軟件介質來盈利,這些軟件都安裝在用戶的計算機上,軟件功能越強大,價值就越高。云計算應用后,用戶無須關心軟件的購買、維護和升級,這些工作都由云計算運營商來完成。用戶通過瀏覽器接入“云”端后,能以低租金享受更多的服務。軟件廠商會因此而將各類業務轉移至云計算平臺,建有大型云數據中心的運營商將有償提供計算及存儲資源服務。
  從行業監管角度看,互聯網監管模式也將隨之轉變。云計算的出現打破了地域的概念,資源的跨地域存儲于本地化監管之間的矛盾將會進一步凸顯。對此,互聯網監管必須要有全局觀,在網絡資源存儲、資源共享和網絡安全監管等方面做好不同地域之間的溝通與協調工作。
  云計算參考架構
  隨著云計算的發展,業界正試圖通過標準化、云計算參考架構等對云計算達成共識,如金蝶研究院為開放群組貢獻了云計算參考架構,IT業巨頭HP、Oracle也發布了其云計算參考架構,VMware參與構建開放云平臺Cloud Foundry,也有很多中立的組織如NIST、The Open Group、ISO、ITU-T發布云計算參考架構。開源系統和主流廠商的參與正在加快云計算標準化的進程,其中NIST的云計算參考架構中對云計算的概念、屬性及架構的定義得到了業界的廣泛認同。
  2011年1月,NIST公布了云計算定義,提出云計算模式具有按需自助服務、寬帶網絡訪問、資源集中、快速伸縮性、可計量的服務5項基本特征,以及3種服務模式和4種部署模式。2011年5月,NIST發布了“云計算大綱與建議”,審視了NIST的云計算定義,描述了云計算的優勢與問題,概述了云計算技術的主要類別,并未機構入股應對云計算帶來的機遇與風險提供了指導與建議。2011年9月,NIST發布了云計算參考架構,將NIST的云計算定義工作向前推進了一步。
  NIST云計算參考架構是一個一般性的高層概念模型,它是討論云計算的需求、結構和操作的強大的工具。它包含一組可以用于對云計算特性、使用和標準討論的觀點及描述。NIST的云計算參考架構,提出了云計算系統中最可能存在的5種角色,分別是云消費者、云供應商、云審計者、云代理和云載體。
  參考架構中位于云供應商所在的部分,分為三個主要層次,分別是物理資源層、資源虛擬及控制層和服務層。這個架構得到了世界上主流云計算企業的基本認同。各國云計算研究機構和企業紛紛參照這個架構開展了云計算核心技術的研究工作,其中虛擬化技術是支撐云計算構建“資源池”,開展按需、定制服務的基礎技術。
  云數據中心相關技術
  數據中心內的實體資源是提供一切信息服務的基礎,根據IDC報告,2012年中國數據中心市場投資總規模達到119.3億美元,2012年至2017年的復合增長率為9.8%。其中面積超過500平方米的中大型數據中心超過4000個,占總數約8%,其投資規模占整體約50%;接近70%的中大型數據中心分布在以北京、上海和廣州為核心的發達地區,數據中心的分布和投資都呈現明顯的聚集效應。
  云數據中心是能支撐云服務要求的數據中心,包括場地、供配電、空調暖通、服務器、存儲、網絡、管理系統、安全等相關設施,具有高安全性、資源池化、彈性、規;、模塊化、可管理性、高能效、高可用性等特征。傳統數據中心在向云數據中心轉變的過程中面臨以下問題。
  1、功能上需要滿足彈性擴展、按需、按量計費、模塊化、效率高等要求。
  2、云計算對數據安全和業務延續性產生了更高的要求,傳統數據中心在規模、效率、快速響應以及信息安全方面都面臨著巨大的挑戰。
  3、能耗問題已成為各國政府考核數據中心的一個重要指標,傳統數據中心平均PUE值在2.5以上,能效降低的改造丞待加強。
  云計算按需自助服務、寬帶網絡訪問、資源集中、快速伸縮性、可計量的5項基本特征,對云數據中心提出了更高要求。從組成上來看,云數據中心包含以下幾個方面。
  1、建筑、電氣、空調、網絡等基礎設施,這是保證云計算服務商IT環境和服務正常運行而必須建設的各類設施,需要滿足模塊化、彈性擴展、按需提供和智能化調度。
  2、各類硬件和軟件構成的資源池,可分為計算資源池、存儲資源池和網絡資源池。其中計算資源池由執行和管理計算任務的軟硬件資源組成,包括了云數據中心內的物理主機、管理物理主機硬件資源的系統軟件,以及協調多物理主機計算行為的中間件等,可以以池化方式實現虛擬主機的調度與分配;存儲資源池包括各類以存儲數據為目的的提供的資源,提供一種實用性的存儲服務,為眾多用戶提供一個通過網絡訪問的共享存儲池;網絡資源池由網絡軟硬件、網絡協議和網絡接入資源構成,主要實現了云數據中心各個組件的互連、用戶業務的按需部署和服務。資源池根據用戶的需要動態分配和釋放資源,數據中心不在需要為每個用戶預留峰值資源,因而資源利用率可大大提高。
  3、能效管理包括能效計量、能效評定、能效管理機制。能效計量實現對云數據中心各種組件的能源和效率進行計量數據采集、監測。能效評定的目的是加強云數據中心的設計、建設及運行管理,提高云數據中心的能效水平,包括評定的原則、指標、基本要求與方法。能效管理機制是在云數據中心運行過程中,為有效進行能效管理而需要建立的對應的組織架構、流程和制度。云數據中心擁有更多用戶,改善能源效率相對成本較低,可以將成本分攤到更多的服務器中。
  4、安全性要求包含安全措施和安全管理兩部分內容,主要防御各種來自云數據中心外部和內部的攻擊、破壞和意外情況等安全威脅,保障云數據中心不受影響,信息系統可以穩定運行。
  云用戶所使用的云資源可以根據其應用的需要進行調整和動態伸縮,能夠有效地滿足應用和用戶大規模增長的需要,主要得益于云數據中心資源池中資源的整合和重復利用,尤其是低成本、高寬帶、高可靠的網絡拓撲,以及提高了效能比的綠色節能技術。
  云數據中心網絡設計
  云計算的多租戶模式,要求網絡層面必須具有優異的隔離能力。傳統的網絡技術在多個層面實現了邏輯隔離,如數據鏈路層的VLAN,PVLAN,VSAN隔離,網絡層的VRF,VPN安全隔離,但它們都是基于同一進程的。云數據中心的核心交換機采用虛擬交換機VDC的隔離技術,即一個交換機可以再邏輯上分為多個虛擬交換機。這些虛擬交換機之間是徹底隔離的,它們有各自獨立的二層和三層的協議棧和進程,實現了完善的故障隔離。
  云計算節點的大規模性對數據中心網絡的容錯能力和可擴展性帶來挑戰。傳統的樹形結構網絡拓撲存在可靠性低、可擴展性差、網絡帶寬有限等缺陷,研究學者提出了VL2,Portland,DCell,BCube等新型的網絡拓撲結構,這些拓撲在傳統的樹形結構中加入了類似于mesh的構造,使得節點之間的連通性與容錯能力更強,易于負載均衡。同時,這些新型的拓撲結構利用小型交換機便可構建,使得網絡建設成本降低,節點更容易擴展。
  考慮到基于虛擬化的應用,如VMotion,LPAR Mobility等都需要一個二層網絡的支撐,云數據中心的網絡需要再二層上提供超大規模的網絡擴展能力。vPC是一種擴展技術,它通過2個交換機的轉發平面,采用Port-Channel實現接入設備同時上連2個匯聚交換機,實現雙倍的聚合帶寬。采用板卡延伸技術和vPC技術,可以有效擴展網絡規模,同時減少生成樹對網絡的影響。
  為了支持更大規模的無阻塞的二層網絡,并且減少大規模網絡中生成樹的影響,業界提出了FabricPath這一在二層上實現多路徑的協議。FabricPath的指導思想就是保留二層即插即用的好處,以及對于應用編程的簡便,同時將轉發平面和控制平面分離以實現更大規模的網絡擴展和扁平化。FabricPath給每一個交換機一個48位的switch ID作為標識,通過ISIS協議來構建FabricPath的控制平面,形成基于switch ID的路由表。采用FabricPath技術之后,網絡里的交換機上會有2張轉發表,邊緣交換機上會同時有MAC的轉發表和基于switch ID的轉發表,FabricPath核心的交換機則維護switch ID的轉發表。由于在二層網絡上采用了ISIS這樣基于連接狀態的路由協議,FabricPath的網絡可以支持16路的等價多路徑,將網絡的擴展性在vPC的基礎上又提高了8倍。FabricPath可以在縮短網絡拓撲改變時的收斂時間,提高全網的性能和可靠性。同時FabricPath完全兼容原有的生成樹和vPC技術,也就是說在一個典型的二層網絡環境下,原有的采用生成樹和vPC的部分可以無縫地接入FabricPath網絡。在超大規模的虛擬化技術創新地通過基于會話的MAC地址學習機制,有效地減小了邊緣交換機MAC地址表的壓力。通過FabricPath技術可以構建一個非常扁平高效的超大規模數據中心網絡,可以說FabricPath技術徹底改變了現有網絡的架構,是今天云數據中心非常重要的技術之一。
  云數據中心的節能技術
  據統計,數據中心的能耗成本占到了總成本的50%左右,包括電力、機房占地、帶寬等各方面。數據中心能耗巨大,主要集中在服務器設備和制冷設備方面,其中制冷系統能耗占整個機房運行能耗的30%~50%。斯坦福大學教授Ohnathan G.Koomey針對數據中心的能耗報告稱,全球數據中心2010年共消耗1988億千瓦時的電力,是全年總發電量的1.1%~1.5%。電費支出已占數據中心運營成本的50%以上,有的甚至達到70%。傳統電信業務的電費支出僅占業務收入的2%左右,而數據中心業務的電費支出占業務收入的30%~50%。
  斯坦福大學研究表明,全球數據中心的能耗在2000—2005年間翻了一番,2010年增加了75%。Gantner的調查顯示,2007—2020年間全球數據中心的碳排放量將由80百萬噸當量激增到340百萬噸當量,直追鋼鐵、造船、航空等產業。能源花費占IT預算的比例已經從8%激增到48%,電力和制冷問題成為數據中心面臨的最大問題,數據中心產業已進入高耗能行業序列。
  艾默生研究顯示,通信/IT設備節能是機房節能的基礎,主設備降耗100W,機房可降耗284W;空調設備節能是機房節能的關鍵,消除274W機房熱能需要消耗107W電能;供電系統節能是機房節能的重要因素,為194W負載供電,供電系統需要消耗18W電能。因此主設備的節能可以帶來級聯性的節能效果,不但降低了設備本身能耗,也降低了相關的空調、供電等能耗。為此Nathuji等人提出一種面向數據中心虛擬化的自適應能耗管理系統Virtual Power,該系統通過集成虛擬化平臺自身具備的能耗管理策略,以虛擬機為單位為數據中心提供一種在線能耗管理能力。Pallipadi 等人根據CPU利用率,控制和調整CPU頻率已達到優化IT設備能耗的目的。Rao 等人研究了在多電力市場環境中,如何在保證服務質量的前提下優化數據中心能耗總量的問題。針對制冷系統能耗優化問題,Samadiani 等人綜合考慮空間大小、機架和風扇的擺放以及空氣的流動方向燈因素,提出了一種多層次的數據中心冷卻設備設計思路,并對空氣流和熱交換進行建模和仿真,為數據中心布局提供理論支持。此外,數據中心建成以后,可采用動態制冷策略降低能耗。例如,對于處于休眠的服務器,可適當關閉一些制冷設施或改變冷氣流的走向,以節約成本。
  總之,云計算技術通過虛擬化、實時遷移電源管理技術,可以極大降低主設備的數量和運行時間,進而極大降低主設備的能耗,提供能效,真正實現節能減排。例如,Google,Facebook等大型云數據中心的能源利用率都達到了90%以上。
  編者語:隨著我國云計算產業的逐步成熟,正在滲透到經濟和社會各個領域,對我國經濟社會發展更加深遠的影響。云計算在網絡成本的能耗節約中能夠充分的應用,有利于我國節能減排的滲透,通過云計算整合一切可以整合的計算資源、存儲資源,起到既能節約成本空間,又減少能耗,是未來網絡大發展的有力支撐!

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