云計(jì)算現(xiàn)狀綜述

摘要：基于互聯(lián)網(wǎng)的云計(jì)算模式引起了人們極大的關(guān)注，也面臨著越來(lái)越多的安全威脅。該文介紹了云計(jì)算的定義、特點(diǎn)以及它的體系結(jié)構(gòu)，比較了與分布式計(jì)算、網(wǎng)格計(jì)算的區(qū)別，探析了云計(jì)算所面臨的信息策略問(wèn)題，包括隱私、安全性、匿名性、通信能力、政府的監(jiān)管、可靠性、責(zé)任等，并對(duì)云計(jì)算信息策略問(wèn)題進(jìn)行了較為深入的探討。

關(guān)鍵詞：云計(jì)算；信息策略；分布式計(jì)算

中圖分類號(hào)：TP393文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044(2011)04-0790-03

Cloud Computing Present Situation Review

LI Fang-fang

(Technology Branch of WuHu Central Sub-Branch of The People's Bank of China， Wuhu 241000， China)

Abstract: The cloud computing technology which is a new Internet-based super-computing model has aroused great concern， facing an increasing number of security threats at the same time. This paper fist introduces the cloud computing definition， feature， architecture and analyzes the difference between from distributed computing and grid computing. Then it introduces the information policy issues of cloud computing， including issues of privacy， security， anonymity， communication ability， government's supervision， reliability， responsibility etc， and makes the research about information policy of cloud computing deeply.

Key words: cloud computing; information policy; distributed computing

隨著網(wǎng)絡(luò)的日益普及和IT技術(shù)的迅猛發(fā)展，信息量與數(shù)據(jù)量快速增長(zhǎng)，導(dǎo)致計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)能力滿足不了人們的需求，網(wǎng)絡(luò)資源的需求和利用出現(xiàn)失衡狀態(tài)，某些應(yīng)用需要大量的網(wǎng)絡(luò)資源，而大量的網(wǎng)絡(luò)資源沒有得到充分利用。因此，資源的整合和優(yōu)化是網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的必然趨勢(shì)，云計(jì)算應(yīng)運(yùn)而生。云計(jì)算(Cloud Computing)是一種新近提出的計(jì)算模式。是分布式計(jì)算(Distributed Computing)、并行計(jì)算(Parallel Computing)和網(wǎng)格計(jì)算(Grid Computing)的發(fā)展。它是基于互聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算，能夠向各種互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供硬件服務(wù)、基礎(chǔ)架構(gòu)服務(wù)、平臺(tái)服務(wù)、軟件服務(wù)、存儲(chǔ)服務(wù)的系統(tǒng)。前IBM董事會(huì)主席托馬斯沃森，在1943年曾經(jīng)聲稱“世界市場(chǎng)對(duì)計(jì)算機(jī)的需求大概也就只需要5臺(tái)”[1]，這個(gè)預(yù)測(cè)被現(xiàn)代學(xué)者所嘲笑。然而，隨著云計(jì)算的出現(xiàn)，它可能成為一個(gè)正確的預(yù)言。目前，對(duì)云計(jì)算的理論研究滯后于實(shí)踐應(yīng)用，理論研究尚處于初級(jí)階段，而初步的云計(jì)算產(chǎn)品已在市場(chǎng)進(jìn)入應(yīng)用。因此，對(duì)云計(jì)算信息策略的研究既有著重要性也存在著必要性。

1 云計(jì)算

1.1 云計(jì)算的定義

云計(jì)算是2007年才興起的新名詞，對(duì)它的定義和內(nèi)涵眾說(shuō)紛紜。文獻(xiàn)[2]給云計(jì)算下的定義：云計(jì)算將IT相關(guān)的能力以服務(wù)的方式提供給用戶，允許用戶在不了解提供服務(wù)的技術(shù)、沒有相關(guān)知識(shí)以及設(shè)備操作能力的情況下，通過(guò)Internet獲取需要的服務(wù)。Rajkumar Buyya等人認(rèn)為云計(jì)算提供的是一種與交互式和虛擬計(jì)算構(gòu)成的分布式系統(tǒng)相同的并行服務(wù)[3]。Oracle在其技術(shù)白皮書中給出的云計(jì)算的定義可以理解為：云計(jì)算是由虛擬的分布式應(yīng)用設(shè)計(jì)和網(wǎng)格計(jì)算發(fā)展演化而來(lái)的[4]。以上對(duì)于云計(jì)算的定義各有側(cè)重，從根本上說(shuō)，云計(jì)算是以虛擬技術(shù)為核心技術(shù)，以規(guī)模經(jīng)濟(jì)為驅(qū)動(dòng)，以Internet為載體，以由大量的計(jì)算資源組成的IT資源池為支撐，按照用戶需求動(dòng)態(tài)地提供虛擬化的、可伸縮的IT服務(wù)。

1.2 云計(jì)算的特點(diǎn)

1) 具有高可靠性。云計(jì)算提供了安全的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式[5]，能夠保證數(shù)據(jù)的可靠性，用戶無(wú)需擔(dān)心軟件的升級(jí)更新、漏洞修補(bǔ)、病毒的攻擊和數(shù)據(jù)丟失等問(wèn)題，從而為用戶提供可靠的信息服務(wù)。

2) 具有高擴(kuò)展性[6]。云計(jì)算能夠無(wú)縫地?cái)U(kuò)展到大規(guī)模的集群之上，甚至包含數(shù)千個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)處理[7]。云計(jì)算可從水平和豎直2個(gè)方向進(jìn)行擴(kuò)展。

3) 具有高可用性[8]。在云計(jì)算系統(tǒng)中，出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)錯(cuò)誤甚至很多節(jié)點(diǎn)發(fā)生失效的情況都不會(huì)影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。因?yàn)樵朴?jì)算可以自動(dòng)檢測(cè)節(jié)點(diǎn)是否出現(xiàn)錯(cuò)誤或失效，并且可以將出現(xiàn)錯(cuò)誤和失效的節(jié)點(diǎn)清除掉。

4) 虛擬技術(shù)[5]。云計(jì)算是一個(gè)虛擬的資源池，它將底層的硬件設(shè)備全部虛擬化，并通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)使得用戶可以使用資源池內(nèi)的計(jì)算資源。

5) 廉價(jià)性[5]。云計(jì)算將數(shù)據(jù)送到互聯(lián)網(wǎng)的超級(jí)計(jì)算機(jī)集群中處理，這樣無(wú)需對(duì)計(jì)算機(jī)的設(shè)備不斷進(jìn)行升級(jí)和更新，僅需支付低廉的服務(wù)費(fèi)用，就可完成數(shù)據(jù)的計(jì)算和處理，從而大大減少了成本資金。

1.3 云計(jì)算系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

通過(guò)對(duì)現(xiàn)有的云計(jì)算系統(tǒng)進(jìn)行深入剖析，云計(jì)算系統(tǒng)內(nèi)部可以看作是一組服務(wù)的集合。圖1是云計(jì)算的體系結(jié)構(gòu)。

1) 基礎(chǔ)設(shè)施層。主要包括計(jì)算資源和存儲(chǔ)資源，整個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施也可以作為一種服務(wù)向用戶提供，即IaaS( infrastructuas a service)。IaaS向用戶提供的不僅包括虛擬化的計(jì)算資源、存儲(chǔ)，同時(shí)還要保證用戶訪問(wèn)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)帶寬等。如Amazon云計(jì)算AWS(Amazon Web Services)的彈性計(jì)算云EC2和簡(jiǎn)單存儲(chǔ)服務(wù)S3。在IaaS環(huán)境中，用戶相當(dāng)于在使用裸機(jī)，既可以讓它運(yùn)行Windows，也可以讓它運(yùn)行Linux。用戶在使用過(guò)程中很方便。

2) 平臺(tái)層。在基礎(chǔ)設(shè)施之上的平臺(tái)層可以認(rèn)為是整個(gè)云計(jì)算系統(tǒng)的核心層，主要包括并行程序設(shè)計(jì)和開發(fā)環(huán)境、結(jié)構(gòu)化海量數(shù)據(jù)的分布式存儲(chǔ)管理系統(tǒng)、海量數(shù)據(jù)分布式文件系統(tǒng)以及實(shí)現(xiàn)云計(jì)算的其他系統(tǒng)管理工具，如云計(jì)算的系統(tǒng)中資源的部署、分配、監(jiān)控管理、安全管理、分布式并發(fā)控制等。平臺(tái)層主要為應(yīng)用程序開發(fā)者設(shè)計(jì)，開發(fā)者不用擔(dān)心應(yīng)用運(yùn)行時(shí)所需要的資源，平臺(tái)層提供應(yīng)用程序運(yùn)行及維護(hù)所需要的一切平臺(tái)資源。平臺(tái)即服務(wù)稱之為PaaS(platform as a service，平臺(tái)即服務(wù))，大多數(shù)提供商限定于某種語(yǔ)言和集成開發(fā)環(huán)境(IDE)，例如谷歌的App Engine支持python以及相應(yīng)的IDE。這有點(diǎn)像在高性能集群計(jì)算機(jī)里進(jìn)行MPI編程，只適用于解決某些特定的計(jì)算問(wèn)題。

3) 應(yīng)用層。它是面向用戶提供簡(jiǎn)單的軟件應(yīng)用服務(wù)以及用戶交互接口等，這一層稱為軟件即服務(wù)，即SaaS ( infrastructure as a service，基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù))。SaaS的針對(duì)性更強(qiáng)，它將某些特定應(yīng)用軟件功能封裝成服務(wù)，如Sales force公司提供的在線客戶關(guān)系管理CRM(ClienRelationship Management)服務(wù)。SaaS既不像PaaS一樣提供計(jì)算或存儲(chǔ)資源類型的服務(wù)，也不像IaaS一樣提供運(yùn)行用戶自定義應(yīng)用程序的環(huán)境，它只提供某些專門用途的服務(wù)供應(yīng)用調(diào)用。

1.4 云計(jì)算和其它幾種計(jì)算的概念及其區(qū)別

1.4.1 分布式計(jì)算

分布式計(jì)算是利用互聯(lián)網(wǎng)上的計(jì)算機(jī)的中央處理器的閑置處理能力來(lái)解決大型計(jì)算問(wèn)題的一種計(jì)算科學(xué)。研究如何把巨大的問(wèn)題分成許多小的部分，然后把這些小任務(wù)分配給許多計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，最后把這些計(jì)算結(jié)果綜合起來(lái)得到最終的結(jié)果。在兩個(gè)或多個(gè)軟件間互相共享數(shù)據(jù)，這些軟件既可以在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，也可以在利用網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)的多臺(tái)計(jì)算機(jī)上運(yùn)行。

1.4.2 網(wǎng)格計(jì)算

網(wǎng)格計(jì)算也是一種分布式計(jì)算，通過(guò)利用大量異構(gòu)計(jì)算機(jī)的未用資源，將其作為嵌入在分布式電信基礎(chǔ)設(shè)施中的一個(gè)虛擬的計(jì)算機(jī)集群，為解決大規(guī)模的計(jì)算問(wèn)題提供了一個(gè)模型。網(wǎng)格計(jì)算的焦點(diǎn)放在支持跨管理域計(jì)算的能力，這使它與傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)集群或傳統(tǒng)的分布式計(jì)算相區(qū)別。

1.4.3 云計(jì)算

云計(jì)算和網(wǎng)格計(jì)算都是屬于分布式計(jì)算。它們之間 [9]的一個(gè)重要區(qū)別在于資源調(diào)度模式。云計(jì)算采用集群來(lái)存儲(chǔ)和管理數(shù)據(jù)資源，運(yùn)行的任務(wù)以數(shù)據(jù)為中心。即調(diào)度計(jì)算任務(wù)到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)運(yùn)行。而網(wǎng)格計(jì)算則以計(jì)算為中心。計(jì)算資源和存儲(chǔ)資源分布在因特網(wǎng)的各個(gè)角落，不強(qiáng)調(diào)任務(wù)所需的計(jì)算和存儲(chǔ)資源同處一地。由于網(wǎng)絡(luò)帶寬的限制，網(wǎng)格計(jì)算中的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間占總運(yùn)行時(shí)間的很大一部分。網(wǎng)格將數(shù)據(jù)和計(jì)算資源虛擬化，而云計(jì)算則進(jìn)一步將硬件資源虛擬化，活用虛擬機(jī)技術(shù)，對(duì)失敗任務(wù)重新執(zhí)行，而不必重啟任務(wù)。

同時(shí)，網(wǎng)格內(nèi)各節(jié)點(diǎn)采用統(tǒng)一的操作系統(tǒng)，大部分為UNIX，而云計(jì)算放寬了條件，在各種操作系統(tǒng)的虛擬機(jī)上提供各種服務(wù)。和網(wǎng)格的復(fù)雜管理方式不同，云計(jì)算提供一種簡(jiǎn)單易用的管理環(huán)境。另外，網(wǎng)格和云在付費(fèi)方式上有著顯著的不同。網(wǎng)格按照固定的資費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)收費(fèi)或者若干組織之間共享空閑資源。而云計(jì)算則采用時(shí)付費(fèi)以及服務(wù)等級(jí)協(xié)議的模式收費(fèi)。其他區(qū)別不再贅述。

2 云計(jì)算信息策略

伴隨著大范圍的云計(jì)算發(fā)展，云計(jì)算信息政策制定也成為焦點(diǎn)，因此，云計(jì)算在成為一個(gè)技術(shù)服務(wù)的同時(shí)也是對(duì)政策的一項(xiàng)挑戰(zhàn)，政策和技術(shù)的現(xiàn)實(shí)差距，正變得極其突出[10]。例如，在個(gè)人身份信息的保密標(biāo)準(zhǔn)上，美國(guó)和歐盟存在很大的差異[11]。

2.1 云計(jì)算存在的問(wèn)題

2.1.1 可靠性和責(zé)任

可靠性問(wèn)題。云用戶要求云服務(wù)商能夠提供一個(gè)可靠的服務(wù)，如果云服務(wù)商在實(shí)施重大任務(wù)的過(guò)程中出現(xiàn)嚴(yán)重失誤，應(yīng)該可以按照預(yù)期規(guī)則明確劃分責(zé)任。2008年2月15日亞馬遜的S3服務(wù)中斷兩小時(shí)。雖然隨著云計(jì)算技術(shù)的成熟，服務(wù)中斷可能性變得越來(lái)越小，但是100％的可靠性無(wú)法達(dá)到。即使服務(wù)中斷過(guò)程非常短暫，但是數(shù)據(jù)相關(guān)完整性可能會(huì)被破壞。這種風(fēng)險(xiǎn)由誰(shuí)承擔(dān)，是用戶、是供應(yīng)商還是第三方，如保險(xiǎn)公司等。

除了服務(wù)中斷和數(shù)據(jù)完整性，正確性也存在隱患。許多情況高強(qiáng)度的計(jì)算任務(wù)無(wú)法獨(dú)立驗(yàn)證結(jié)果。例如：金融公司在云端進(jìn)行大規(guī)模模擬，基礎(chǔ)硬件設(shè)施缺陷可能造成數(shù)據(jù)損壞，因此得到不正確的結(jié)果，這種情況誰(shuí)應(yīng)該承擔(dān)責(zé)任？

策略借鑒問(wèn)題。有學(xué)者提出借鑒電信業(yè)策略，但云計(jì)算和電信通訊不同：第一，它不僅是數(shù)據(jù)，還包含處理指令；二是數(shù)據(jù)經(jīng)常在云傳輸過(guò)程中發(fā)生變化；第三，云沒有通常意義上的“接收者”，計(jì)算結(jié)果一般傳回發(fā)送者或者存儲(chǔ)在云端。因此，諸多的不同點(diǎn)也導(dǎo)致很難借鑒現(xiàn)有電信法策略。

2.1.2 安全、隱私和匿名

云戶云隱私和匿名安全性比其他用戶低[12]。為了保護(hù)云用戶隱私，不僅要對(duì)用戶數(shù)據(jù)密切關(guān)注，同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)也要謹(jǐn)慎處理。企業(yè)擔(dān)心客戶數(shù)據(jù)安全；研究人員擔(dān)心研究成果被竊取；個(gè)人擔(dān)心個(gè)人敏感信息被泄露。但是，這種未經(jīng)授權(quán)就泄露敏感信息在過(guò)去已經(jīng)發(fā)生。

共享云介質(zhì)問(wèn)題。由于云用戶物理基礎(chǔ)設(shè)施共享使用，敏感信息安全性有很大風(fēng)險(xiǎn)。如個(gè)人身份信息，醫(yī)療記錄，商業(yè)秘密、銀行記錄等。如何確保這些數(shù)據(jù)安全？目前常用方法是對(duì)記錄加密，但是也有被破譯的危險(xiǎn)。

云計(jì)算插件問(wèn)題。不法分子利用云計(jì)算實(shí)施犯罪活動(dòng)，如竊取政府密碼、破壞公用網(wǎng)網(wǎng)址等。云服務(wù)商需要了解用戶以確保安全服務(wù)，但是一般云用戶不同意實(shí)際內(nèi)容被監(jiān)控。很多公司已經(jīng)推出基于語(yǔ)境的插件，通過(guò)云用戶使用的關(guān)鍵字、瀏覽過(guò)的網(wǎng)頁(yè)，自動(dòng)學(xué)習(xí)用戶的活動(dòng)和內(nèi)容。云用戶能接受這樣的措施嗎？

2.1.3 訪問(wèn)和用戶權(quán)限

專利權(quán)保護(hù)。云用戶要求在知識(shí)產(chǎn)權(quán)權(quán)利得到保護(hù)的前提下能夠隨時(shí)隨地訪問(wèn)云，不被云服務(wù)商或第三方妨礙。云提供商跟蹤使用情況作為一種防止非法活動(dòng)[12-13]的手段。知識(shí)產(chǎn)權(quán)和專利會(huì)不會(huì)也是服務(wù)商監(jiān)控的范圍，如何保證其安全性。

公共云接口薄弱。很多美國(guó)人依靠公共電腦設(shè)施，如公共圖書館[14]。一般的云提供商不提供公共電腦訪問(wèn)服務(wù)，雖然目前有的云服務(wù)商提供了公共計(jì)算機(jī)的訪問(wèn)端口，但是很多是不堪重負(fù)和技術(shù)需求的Web2.0服務(wù)[15]。

跨國(guó)云訪問(wèn)。很多國(guó)家訪問(wèn)和使用云協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)不同，因此云供應(yīng)商在軟件使用類型和運(yùn)行能力方面會(huì)出現(xiàn)些問(wèn)題。此外，數(shù)據(jù)輸出規(guī)則的不同也會(huì)導(dǎo)致云服務(wù)提供商被限制對(duì)某些國(guó)家科學(xué)資料的訪問(wèn)[16]。

2.2 云計(jì)算信息策略標(biāo)準(zhǔn)的提出

隨著云計(jì)算技術(shù)迅速發(fā)展，技術(shù)能力和信息政策完善差距變得越來(lái)越突出，迫使一些國(guó)家的政策制定者意識(shí)到積極制定信息政策的必要性。目前，主要有兩種思路：指定國(guó)家政府機(jī)關(guān)，諸如國(guó)家通訊委員會(huì)，強(qiáng)制執(zhí)行云計(jì)算信息策略規(guī)則；或在提供者和用戶之間制定詳細(xì)的服務(wù)協(xié)議。無(wú)論如何制定，以下都是策略制定者需要考慮的方面:

1) 可靠性基本標(biāo)準(zhǔn)

2) 鑒定數(shù)據(jù)丟失和違法數(shù)據(jù)責(zé)任標(biāo)準(zhǔn)

3) 數(shù)據(jù)安全的期望值

4) 隱私保護(hù)

5) 潛在的匿名需求

6) 訪問(wèn)權(quán)和使用權(quán)

7) 跨國(guó)界數(shù)據(jù)訪問(wèn)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化

以上要素的具體參數(shù)能通過(guò)云計(jì)算服務(wù)協(xié)議產(chǎn)生。除了公共策略直接介入，還可以從教育入手。IBM/google的第六校是已經(jīng)開設(shè)了云計(jì)算教育課程；華盛頓大學(xué)在2007年也已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)對(duì)大學(xué)生進(jìn)行云計(jì)算知識(shí)教育[17]。

2.3 云計(jì)算信息策略提出存在的問(wèn)題

雖然云信息策略制定的研究是大多數(shù)專家所關(guān)注的焦點(diǎn)[1]，但是云計(jì)算政策的提出還存在很多問(wèn)題，例如：

1) 個(gè)人、公司、學(xué)者、政府等云用戶對(duì)云策略的要求會(huì)不會(huì)發(fā)生變化

2) 若云用戶使用不同的云服務(wù)提供商，如何通過(guò)制定云策略來(lái)協(xié)調(diào)不同服務(wù)商之間計(jì)算資源的關(guān)系

3) 能否以現(xiàn)有的信息策略為基礎(chǔ)形成一套云計(jì)算的策略。

這些僅僅是云計(jì)算研究問(wèn)題的類型抽樣，它推進(jìn)了云計(jì)算技術(shù)發(fā)展，但也引發(fā)了技術(shù)和政策之間的關(guān)系協(xié)調(diào)問(wèn)題，這些研究數(shù)據(jù)對(duì)云策略的形成也將是極其寶貴的。

3 結(jié)束語(yǔ)

云計(jì)算的潛在獨(dú)特性使它成為一個(gè)無(wú)處不在的技術(shù)，被廣泛使用。云計(jì)算的前景雖然美好，但是畢竟處于剛剛起步階段，除了本文有關(guān)云計(jì)算信息政策問(wèn)題的討論，仍有不少的技術(shù)問(wèn)題和應(yīng)用需求亟待解決，其中技術(shù)問(wèn)題包括例如高可靠的系統(tǒng)容錯(cuò)技術(shù)、可擴(kuò)展的并行計(jì)算技術(shù)、海量數(shù)據(jù)的挖掘技術(shù)、數(shù)據(jù)安全技術(shù)、負(fù)載均衡技術(shù)、任務(wù)調(diào)度技術(shù)等。對(duì)于云的建設(shè)者和運(yùn)營(yíng)者而言，從方案的提出到客戶的認(rèn)可也還有更多的路要走。

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