云服務質量的挑戰及保障研究

鄧仲華　李志芳　黎春蘭1

摘 要：隨著云服務應用深入，其所面臨的挑戰也越來越突出，對于云服務質量的思考成為其突出問題和研究熱點。文章通過對云服務研究現狀的考察，從服務性能、服務安全性、服務可用性、服務管理以及法律風險等方面詳細分析了云服務質量面臨的挑戰，并提出了應對這些挑戰的有效措施，重點介紹了SLA，分析了其在應對云服務質量挑戰中的措施和突出作用。

關鍵詞：云計算 云服務 云服務質量 SLA

中圖分類號： G250.7文獻標識碼： Ａ 文章編號： 1003-69３８（２０12）０4－0006-06

全球權威IT研究與顧問咨詢公司Gartner在2011年對多數組織最具戰略意義的十大技術和趨勢的評選中，云計算居于首位。在2012年，該公司對于技術趨勢的預測，云計算卻降至第10名［1］。這并不是說云計算已經不再重要，據該公司調查，是因為現有系統移到云計算上，其遷移成本、實現周期、技術成熟度和安全性，都必須要解決，而且還可能冒著被新技術替代的風險。德國舍勒投資有限公司的CIO高峻指出：“CIO沒有嘗試云計算的關鍵在于安全問題和集成問題沒有徹底解決。我覺得討論嘗試云計算動力的時候，也要看清楚阻力。”云計算的應用確實可以給各中小企業帶來不可超越的優勢，但是由于其本身存在的一些問題使得我們不得不考慮其面臨的挑戰。其中云服務質量決定著云計算能否廣泛應用，用戶選擇云計算平臺主要看其提供的云服務能否滿足需求，所以分析云服務質量面臨的挑戰并研究其保障措施有著重要的意義。

1 云服務研究現狀分析

云計算所蘊含的巨大能量是通過云服務的形式才得以表現的。云計算發展到現在，其應用越來越廣泛，已經深入到人們生活的各個方面。據互聯網數據中心（Internet Data Center，IDC）預測，未來4年全球云計算服務市場平均每年將增長26%。著名計算機工程專家李德毅院士認為，云計算產業的未來的發展速度將是目前IT產業的6倍［2］。不管是對于IT行業的專業人士，還是日常生活的普通人，我們都有可以選擇使用的云服務。云服務的應用已經深入到生活的各個領域，本文采用文獻計量的方法使云服務的應用現狀可視化，從中分析其熱點問題，總結其發展現狀和趨勢，為云服務質量的研究作指導。

以“云服務”作為關鍵詞，在CNKI（包括博士學位論文全文數據庫和中國優秀碩士學位論文全文數據庫）中進行檢索，共檢索到138條記錄。將它們在citespace中的Node Types面板中選中“Keyword”，分析的時段為2008～2012年，“Time Scaling”值為1，運行得到的關于云服務的熱點圖（見圖1）。

[圖1 云服務研究熱點]

從研究熱點圖中可以看出，關于云服務的研究主要表現在云服務的應用和安全兩個方面。一方面，云服務的應用越來越廣泛，應用到了教育、網絡、圖書館、政府、公共服務等各個方面；另一方面，隨著云服務的廣泛應用，云服務的質量受到人們的關注，主要表現在人們對于云服務安全性的考慮。利用citespace的統計數據，可以得到出現頻次靠前的關鍵詞（見表1）。

[序&頻

次&中

心

度&關

鍵

詞&年

份&序&頻

次&中

心

度&關

鍵

詞&年

份&1&227&0.51&云服務&2009&10&7&0.00&云平臺&2010&2&143&0.25&云計算&2009&11&7&0.00&云存儲&2009&3&14&0.00&圖書館&2010&12&7&0.00&物聯網&2011&4&12&0.00&數字

圖書館&2009&13&6&0.00&云管理&2010&5&11&0.00&云制造&2010&14&4&0.00&安全

策略&2012&6&10&0.01&虛擬化&2011&15&4&0.00&安全性&2012&7&10&0.01&電子

政務&2011&16&4&0.00&風險&2009&8&9&0.01&云安全&2009&17&4&0.00&云共享&2011&9&8&0.00&信息化&2011&&&&&&][表1 高頻關鍵詞列表]

2 云服務質量面臨的挑戰

云服務質量是指云服務提供商提供的云服務是否能夠滿足用戶的需求。它關系到用戶的基本權益。云服務表現出來的經濟效益和社會效益使其應用廣度和深度不斷加深。這種加深促使其面臨的問題和挑戰也越來越明顯。2008年10月，IDC發布了關于云服務挑戰的調查數據（見圖2）。從IDC發布的關于云服務挑戰的調查結果以及云服務的故障分析，可以將云服務質量面臨的挑戰歸為幾類：服務性能、服務安全性、服務可用性、服務的管理以及法律風險。

[圖2 云服務挑戰的調查結果［3］]

2.1 服務性能

云服務的提供需要強大的軟件技術作為支撐，特別是系統軟件、平臺軟件和數據庫管理系統。對云計算平臺來說，其技術復雜度和管理要求都非常高。要保障技術上的萬無一失相當困難。

（1）服務中斷問題。云計算要實現把所有的服務搬到云端，用戶只需要從云端獲取服務即可。要實現這樣的目標，云服務提供商必須保證服務提供的連續性。但是在實際應用中，因為云計算技術發展的不完善性，不可避免地會存在技術方面的問題。如云計算倡導者Google，其AppEngine在2008年6月17日，停止服務5個小時；其Gmail服務在2008年8月11日，停止服務1.5小時；并在2009年和2010年分別發生文檔錯誤共享、社交網絡Buzz泄漏用戶好友隱私以及多次宕機事件［4］。微軟的云計算平臺Windows Azure在2009年3月試運行期間，停止服務22個小時，出現服務中斷導致用戶數據丟失。Amazon在線計算服務的主要組件簡單存儲服務（S3）在2008年和2009年多次出現服務中斷，并且其基于云計算的EC2（彈性計算云）服務在2009年先后被黑客攻擊、 旁道攻擊和僵尸網絡攻擊［5］。Google、Microsoft、Amazon都是云計算服務提供的霸主，他們都會出現云服務的技術故障問題，更別說新興發展云計算服務的中小企業了。

（2）帶寬不足和訪問異常。云計算提供的服務是建立在網絡基礎上的，它要求保證持續的網絡連接。網絡的暢通與否關系到云平臺下的信息資源能否被順利地利用與共享。顯然帶寬會直接影響云服務的質量，尤其對于傳遞大量數據的服務。雖然目前網絡的普及率在不斷提高，但是還未達到暢通地使用云服務的目標。美國知名IT博客Silicon Alley Insider曾撰文稱，“云計算”技術的初衷就在于按照企業的需求為其提供計算能力，然而微軟、亞馬遜和Salesforce.com這三家提供云服務的廠商卻在近期先后遭遇了帶寬不足和訪問異常的情況［6］。

（3）功能限制問題［7］。這個問題在將來應該會改善，但是現在許多Web應用程序和其對應的桌面應用程序相比，功能縮水很多。以Google文檔和Microsoft Office為例，它們的基本功能差別不大，但是Google文檔缺乏許多Office的高級特性。另一方面，Web應用程序比桌面應用程序反應要慢得多，因為從界面到數據都需要在客戶端和服務器間不斷傳遞。

2.2 服務的安全性

據弗雷斯特研究公司Forrester Research最新發表的題為《你的云計算有多安全？》［8］的研究報告稱，云計算的安全漏洞需要比傳統的IT外包模式進行更嚴格的審查。多租戶（Multi-tenancy）和缺少可見性等問題令人擔憂。

（1）數據處所風險。將保存在本地、為自己所掌控的數據交給一個外部的云計算存儲服務中心，數據的安全和保密問題是用戶最主要的顧慮。自己管理、保存數據相比托管代理管理保存數據，感覺其安全系統較高。因為當用戶使用云計算服務時，他們并不清楚自己的數據被放置在哪臺服務器上，甚至根本不了解這臺服務器放置在哪個國家。不確定的數據位置很容易造成法律糾紛。出于數據安全考慮，企業用戶在選擇使用云計算服務之前，應該提前向云計算服務商了解，這些云服務商是否從屬于服務器放置地所在國家的司法管轄；在這些國家展開調查時，云計算服務商是否有權拒絕提交所托管數據［9］。

（2）系統的可靠性。云并不能保證數據不能丟失，理論上，保存在云中的數據是冗余的，不會存在丟失的問題，然而現在大部分云計算提供者都沒有服務等級協議（SLA），也就是說如果你的數據不見了，他們并不負責。云計算就像城市中偶爾會停水停電一樣，面對故障的恢復，企業如何應對這些突發事件以及云計算中心故障恢復的能力，也成為其中一個關鍵問題。

2.3 服務可用性

（1）業務問題。跟投資一樣，云計算的發展是存在風險的，用戶選定了某家云計算服務商后，如果這家云服務商能夠一直平穩地發展下去，沒有出現破產或被大型公司收購的現象，那將是最理想的狀態。但是，如果云計算服務商出現了以上情況，用戶的既有服務將被中斷或變的不穩定。尤其是在當今競爭激烈的商業活動中，提供商之間兼并、商業策略變動等業務活動，都可能影響到企業系統和數據安全［6］。例如，據2009年10月17日，《經濟學家》雜志報道，上千萬個Sidekick智能手機的用戶丟失網上個人信息（包括地址本、日歷、影集等），這些數據存放在一個名叫Danger的云計算平臺上，但微軟公司在2008年收購了該公司［10］。Gartner建議，在選擇云計算服務商之前，應把長期發展風險因素考慮在內。

（2）適用范圍。麥肯錫顧問公司曾發表過一份報告，指出若大型企業將所有的運算外包到云端上，可能會付出更高的成本。對中小型企業來說，云端服務是行的通并且能夠帶來很大效益的，但大型企業若要廣泛采用云端服務就必須克服技術、操作及財務上的障礙，并且要認清云端服務的特質。McKinsey認為，中小企業可受益于云端服務，但對于大型企業來說仍有障礙，例如云端服務并未比大型企業的數據中心更具有成本效益。以Amazon云端服務為例，大型企業采用其數據中心服務每月的單位運算成本為366美元，比一般大型企業資料中心每月成本的150美元多了144%。而且，傳統數據中心的每月每個CPU資產擁有成本（TCA）為25美元，若云端服務超過此一界限便不具備經濟效益。McKinsey分析，大型企業如果將整個資料中心都轉到云端運算，約可減少10%～15%的全職員工人數，但該機構認為這比例并不高。此外，多數企業都將服務保證協議的服務運轉時間設在99.99%或以上的比例，但是現在的云端服務供應商還沒能做到這一點。總之，目前“云計算”并不是所有的企業都適合使用，這就制約了云服務的廣泛應用 ［11］。

2.4 云服務的管理

（1）統一標準問題。“無規矩不成方圓”，沒有統一的標準，云計算的發展只能處于一個混亂無序的發展狀態，這將會對云計算的服務質量產生影響。

繼Amozon、Google、Microsoft等各大公司在“云計算”領域競爭越來越激烈，而并無統一的標準，使得眾多云平臺和云服務用戶的利益和長期穩定發展得不到保證，對于用戶進行跨平臺的服務，同平臺不同服務之間的服務也造成了障礙，更極大地阻礙著云計算硬件通用性和替代性以及軟件的適應性和繼承性的發展［11］。正如AT&T全球商業服務策略解決營銷副總裁JoeWeinman指出，目前云和云之間并無共同標準，也就是說企業用戶難以從一家服務供貨商轉換到另外一家，降低了服務轉移的彈性。

（2）法律風險。①知識產權。在云計算環境下，各個加入云計算模式的用戶之間可以通過有關的協議共享彼此的信息資源。云計算高共享性的優勢雖然豐富了信息資源的內容，方便了用戶獲取信息，但同時也帶來了版權糾紛的問題，加大了信息資源規范的難度。在選用云服務時，要注意是否會被卷入云服務公司與第三者的專利、商業秘密或著作權等知識產權的紛爭［12］。②商業決策以及實際應用時的法律風險［12］。如公司決定某項業務是否由云服務公司替代，公司負責人作此決定時，是否忠實執行公司業務，并善盡管理人的義務。對于這種風險，任何公司負責人在決定是否使用云服務之前，應該讓營運、研發、資訊及法務等部門進行風險評估。在實際應用云服務的過程中，云服務提供商可能會出現泄漏或者毀損用戶資料的事故，這就會涉及到法律問題。當決定使用云服務時，用戶應該仔細審核服務合同，保護自己的權益。

3 保障措施分析

從對云服務的現狀分析可以看出，從云計算開始應用之時就伴隨著云服務的安全問題，2012年出現了對于安全策略方面的研究，屬于對云服務質量保障措施的部分研究。本文從技術和SLA兩個角度闡述對于云服務質量的保障措施。

3.1 技術方面

（1）對于服務中斷的問題。目前各大云服務提供商常用的解決方案是配置多個相同的云計算平臺，如果其中一臺服務器出現故障，“云”中的服務器可以在極短的時間內，快速將某臺服務器中的數據完全拷貝到別的服務器上，并啟動新的服務器來提供服務。例如：在IBM Cloud中安裝和配置Cognos網關時，為了在網關層實現故障恢復支持，將多個Cognos網關安裝到Web場中，每個Web服務器一個。倘若Web服務器發生故障，Web場入口點（路由器或者方面代理服務器）能夠將請求重新發送到下一個Web服務器（見圖3）。

[圖3 高可用性Cognos云計算環境［13］]

（2）對于數據安全問題。云服務中的數據安全包括數據、應用程序等問題，提供商為保護客戶數據的CIA（Confidentiality、Integrity、Availability）就要提供相應的技術支持［14］。如防止外部入侵的防火墻技術和防止數據篡改的數據加密技術、嚴格的訪問控制和數據備份等。除了提供商采取數據安全技術外，客戶也可以為自己的機密數據進行加密管理，更有效地確保數據的安全［15］。對于應用程序的安全，可以采用LAMP（Linux，Apache，MySQL and PHP）套件進行管理。它是一個開源Web開發平臺，使用Linux作為操作系統，Apache作為Web服務器，MySQL作為關系數據庫管理系統，以PHP作為面向對象腳本語言［14］。

3.2 SLA

倫敦大學瑪麗皇后學院人員調查研究發現，隨著云計算市場的法律不斷完善，云服務供應商不得不提供更加靈活的合同條款來增強其在同行業中的競爭力。報告指出，合同中雙方協商最多的六種類型的云服務合同條款為：供應商實力、服務水平條款、數據保護和安全、終止權和訪問/退出權限、單方修訂云服務功能和知識產權［16］。這表明云服務提供商不僅從技術上解決云服務質量面臨的挑戰，而且重視從政策層面上規避其風險。云服務質量面臨的挑戰，其本質是云服務沒有達到用戶的需求，用戶的利益得不到保障。只要明確云服務提供商與用戶之間的權益與責任，建立用戶對于服務提供商的信任，就可以很好地應對云服務質量面臨的挑戰。SLA最早是由電信行業提出來的，TMF GB917給出了SLA的定義：SLA是SP和客戶之間正式協商的一個協定，是存在于雙方之間的一個合約。它規定和客戶與服務提供商之間的很多方面，例如業務性能、客戶服務、業務質量等等。而這正是在云計算環境下，云服務所需要的。網絡信息服務消費者對服務質量的需求就如同電信業的消費者一樣，他們需要與網絡信息服務提供商協商，通過簽署服務等級協議維護自身的權益，尤其在云計算環境下，所有的服務通過云端來實現，云服務質量的保證顯得更加重要和必要。所以，為了給服務的消費者提供端到端的服務質量保證，就必須要求提供各個服務部件的所有供應商都能保證相應部件的可用性和性能。這些可以通過SLA來實現。

3.2.1 現有的保障云服務質量的SLA

Google、Amazon、Microsoft、IBM作為云計算技術的先行者和推動者，它們提供的云服務是投入市場最多的，種類也最多。在應對云服務面臨的挑戰中，這些公司除了技術上規避外，還在管理層面上紛紛推出了各自的SLA。通過與用戶簽訂服務等級協議，給用戶一些保證和承諾，建立起公司的信譽和誠信（保障云服務質量的SLA案例見表3）。

[企業名稱&SLA名稱&具體內容&Microsoft（微軟）&Microsoft Windows Azure （運算服務等級協議SLA）&1.規定了適用于所有服務等級的標準條款。包括定義、服務費用折抵補償要求、SLA除外情況、服務費用折抵。

2.規定了服務等級。包括每月聯機可用戶時間服務等級、每月角色執行個體執行時間服務等級。&Google（谷歌）&Google Apps SLA（谷歌應用SLA）&1.服務失敗的補救(Remedies for service failure)

2.服務器正常運行時間(Server uptime)

3.持久性存儲(Persistent storage)

4.網絡性能(Network performance)

5.負載平衡(F5 load balancing)

6.云存儲(Cloud storage)

7.服務器重啟(Server reboot)

8.支持響應時間(Support response time)

9.域名服務(Domain name services)

10.物理安全(Physical security)

11.現場安全(24*365 on-site security)

12.信用要求(Credit requirements)

13.信用限制(Credit limitations)

14.服務條款/協議(Terms of service/The agreement)&Amazon（亞馬遜）&Amazon S3 SLA（亞馬遜簡單存儲服務SLA）&1.有效日期(Effective Date)

2.服務承諾(Service Commitment)

3.定義(Definitions)

4.服務信用(Service Credit)

5.信貸申請/付款程序(Credit Request and Payment Procedures)

6. 簡單存儲服務(Amazon Simple Storage Service, S3)

7. S3 的排除項(Amazon S3 SLA Exclusions)

8. S3的功能(Amazon S3 Functionality)

●數據保護(Protecting your data)

●定價(Pricing)

●啟動(Getting started with Amazon S3)

●大數據傳輸(Transferring large amounts of data)

●常見案例(Common use cases)

●資源(Resources)

●設計要求(Amazon S3 design requirements)

●用途與限制(Intended usage and restrictions)&][表3 保障云服務質量的SLA案例［17-21］]3.2.2 SLA的保障措施

（1）規定質量參數，量化云服務質量指標。在雙方的SLA中，定義服務質量，量化體現服務質量的指標，在SLA參數表中體現網絡性能，定期給用戶提供系統運行的實際值，并主動報告違例情況。主要參數包括：服務響應時間、云存儲、服務的可用性、數據的安全性、服務的連續性，等等。

2）明確服務提供商與用戶之間的權益和責任。這主要表現在SLA中會規定相應的云服務提供商對于未達到預先所保證的服務效果的賠償。SLA中主要是關于云服務提供商對于使用云服務的用戶的承諾和保證，詳細規定了云服務提供商應該提供什么樣的服務，應該達到什么樣的服務效果，如果沒有達到預定效果或者出現故障，應該怎么合理賠償用戶。例如，在微軟的Azure SLA中，規定了每月可用性服務等級，其中執行時間服務等級是這樣規定的：如果每月執行時間的百分比小于99.9%，則服務費用折抵10%；如果每月執行時間百分比小于99%，則服務費用折抵25%。

（3）制定不同的服務等級與不同用戶的實際需求相結合。根據用戶群的不同制定不同的服務等級，可以最大限度地貼近用戶需求，提高用戶滿意度。在SLA中，規定不同的用戶使用等級，可以合理分配網絡資源，滿足用戶的不同需求，節約用戶的成本。

3.2.3 SLA的保障效果

（1）有利于維護雙方的利益。SLA的制定對于用戶來說，使用戶的基本權益以合同的形式得到了一定的保障。而且用戶可以根據自己不同的服務需求選擇不同的服務等級，不同的服務等級收費標準是不一樣的。這有利于用戶根據自己的實際需求選擇不同的服務，可以節約用戶的成本，而且可以為用戶提供多樣化的服務選擇。對于云服務提供商來說，SLA可以起到激勵的作用，促使云服務提供商不斷創新，改進自己的服務，提高服務水平，而且可以方便云服務提供商合理分配網絡資源，提高資源的利用率，減少浪費。

（2）有利于建立用戶對服務提供商的信任。SLA是云服務提供商對用戶的一種承諾，是對用戶基本權益的保障。如果簽署了SLA，云服務提供商就有義務按照服務等級協議合同中的條款來滿足用戶的需求，保證服務的質量。如果出現了違例，則云服務提供商必須按規定進行賠償。SLA中這樣的規定會讓用戶產生一種對云服務提供商的安全和信任感。

（3）有利于促進云服務提供商開發新技術，進一步提高服務質量。SLA對云服務提供商會起到約束和激勵的作用，有利于其形成良好的服務意識，加強管理。實時監控網絡的運行情況并及時地與用戶協商。在成長的市場中，服務提供商一般會采用提供新興業務和免費試用等營銷手段來吸引用戶和擴大市場；在比較成熟的市場中，服務提供商則需要提高自身的核心競爭力和優化服務質量來搶占市場，在這種競爭壓力下，服務提供商只有不斷創新，滿足用戶不同需求，才能在行業中生存和發展。如果沒有SLA實施，我們就不能保證服務提供商會主動發現不足、不斷創新來提高服務質量。

（4）促進云服務的深入開發與應用。從云計算概念開始沖擊我們的日常生活這個現象中可以感受到，云計算的應用范圍已經相當廣泛，云服務的使用范圍也越來越廣。清除云服務發展道路上的障礙，對于云計算的發展以及云服務的深入應用都具有非常重大的意義。在對云服務的熱點分析中，我們可以看出，云安全以及云安全策略的研究已經引起人們的注意。對于服務質量的保證是云服務深入發展的關鍵。SLA的出現及應用對于云服務質量的保障起到了非常重要的作用。在云服務中積極使用SLA，可以進一步促進云服務的廣泛應用。

4 結語

根據熱點分析的結果可以看出，本文對于云服務質量的挑戰和保障措施的研究是符合當前云服務研究的熱點的。而且云計算的發展對于社會、經濟都有著重要的作用，其應用會越來越廣。其強大的經濟效益和社會效益是通過云服務來體現的，云服務的價值又主要是通過其質量來評價的。因此對于云服務質量的研究具有重要的意義，尤其是對于云服務質量如何規避其面臨的挑戰的研究，其中SLA在云服務質量保證中的作用越來越明顯，其發展和應用狀況會直接關系到云服務的應用和推廣。SLA也將是未來云服務質量的研究重點。

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