云計算與大數據時代

熊小玲

摘 要：云計算是當今計算機領域最熱門的話題，大數據時代的發展趨勢和用戶需求迫使研究者們前赴后繼地投身這一領域。這是充滿挑戰的時代，也是充滿機遇的時代，突破了網絡發展的這一質變過程，計算機學界勢必迎來一個更加輝煌的時代。對于廣大用戶而言，云計算帶來的服務將會大大提高工作效率和質量，提高生活品質，為人們幸福生活做出貢獻。

關鍵詞：云計算；大數據；虛擬機

計算機的發展僅僅有幾十年的歷史，也許發明并不斷改進這種先進工具的天才們一開始并沒有想到它會成為當今人們工作、生活離不開的工具。又借著互聯網這股東風，越來越多的數據、信息開始爆炸式地充斥著整個網絡，每時每刻都有大量信息涌出，在網上流動著，在服務器中堆積著，大數據時代已經來臨。

如果對大數據不能有效地存儲、利用，提供針對性的服務，那么互聯網不僅有可能成為一個大垃圾場，而且藏在其中的寶藏也可能就此埋沒，無法讓每個用戶享受到網絡、大數據能夠帶來的方便。可喜的是，當今的計算機工作者們及時抓住了網絡發展的脈象，如火如荼地探索著基于大數據和互聯網的云服務。云計算也許只是眾多云服務的一個代表，這個計算不僅是通常意義的計算，還包括虛擬化、操作系統、存儲、軟件等等，總之，在大數據面前因為自己的終端機不夠給力（像內存不夠、處理器落后等）而無法痛快完成的事情都可以搬運到云端去做。而這種"搬運"可不像搬個宿舍那么容易，不僅面臨著把自己的數據交付給別人所產生的安全風險，很多在普通情況下的服務、產品不僅要做簡單的修改，而且有些要進行徹頭徹尾的改革，更多地則需要另起爐灶，完全針對大數據進行設計和實施。可以說，大數據時代的到來帶來了充分多的機遇和挑戰，研究者們所付出了辛勞完全可以和計算機先驅們相提并論。

即使是不從事計算機領域研究的普通人，而今也已經越來越多地與云計算面熟起來。蘋果產品的icloud服務每每自動推送通知，詢問是否要將電腦中的數據備份到云中；百度的微盤也經常恭喜用戶又獲得了幾兆的免費存儲空間。這些還只是有關存儲的服務。為了更合理地利用計算機資源，人們也迫切地想要將一臺機器完成的工作分散給其他機器，提高效率；也想要直接使用云端的操作系統來操作自己的電腦。當然，這種轉移和分攤絕對不能讓用戶感覺出來，而是需要開發者完成，只把用戶當作又懶又笨又想不勞而獲的理想主義者。

這里就牽扯出了云計算中的核心技術之一——虛擬機及其遷移技術。虛擬機的特性不僅是兼容性（完全兼容標準的操作系統及在這些操作系統之上建立的硬件驅動和應用）和隔離性（每一個虛擬機都與同在一個服務器上的其他虛擬機相隔離），還包括封裝性（虛擬機將整個系統包括硬件配置、操作系統以及應用等封裝在文件里）和硬件獨立性（可以在其他服務器上不加修改的運行虛擬機）。為了達到這些目的，虛擬機必須解決幾大關于遷移的難題，比如內存遷移問題（如何實現實時的內存遷移，而不影響虛擬機內程序的運行？）、硬盤遷移問題（如何實現大數據量硬盤的實時遷移，而不影響虛擬機內程序的運行？）、網絡遷移問題（如何實現虛擬機內服務的實時遷移，而不影響客戶端程序的訪問？）、云計算環境中虛擬機遷移的調度問題（如何有效的利用集群內設備資源，以達到最高的資源利用率？）、虛擬機遷移的性能評估（如何有效的評估虛擬機遷移的性能？）等。這些問題雖然目前還沒有統一標準的解決方案，但是每一問題都吸引著無數研究者去探索。而對每一問題的向前推進，都會對云計算的推廣產生積極影響。

前面提到的飛行器流場計算和生物計算需要不同的操作系統、應用軟件、硬件平臺來支持，系統虛擬化可以為這一需求提供支持。系統虛擬化是將底層設備與上層操作系統、軟件分離的一種去耦合技術，目標是實現IT資源利用效率和靈活性的最大化。多個系統融合在一臺服務器上，資源利用率會提高；應用系統不再依賴特定的硬件，則使得系統維護更靈活。

系統虛擬化和云計算之間有什么關系？目前有兩種聲音。一種認為虛擬化和云計算之間沒有必然聯系，一種認為虛擬化就是云計算的基石。我更傾向于后一種觀點，虛擬化中處理遷移、分配等問題的一些思路可以用在云計算上。虛擬機的快速部署與便捷的系統管理、資源利用率的提高和云計算的思想是一致的。在虛擬化環境下，需要重新審視或刻畫應用程序、操作系統、虛擬機管理器及硬件的各自行為特征以及相互之間的約束、依賴和協同。而云計算也需要針對不同應用的不同運行特征動態調整資源配置。

基于應用程序特征的虛擬機部署能給云計算提供很多思路。每類應用程序都有其計算的特點，當這些應用程序部署在一個虛擬機上時，就反映為虛擬機的計算特征。而對云計算而言，當有多個用戶請求不同類型的服務或一個用戶請求不同類型的服務時，在云端就形成了云端的計算特征。對于計算特征相似的虛擬機，當把它們部署在同一臺物理主機上時，就會存在對相同計算資源的競爭使用，從而考驗總體的性能。而對云計算而言，類似的服務部署在同一批機器上，也會形成對資源的競爭。如果盡量把計算特征相容的虛擬機部署在一起，則會提高物理主機計算資源的利用率，提高虛擬機的總體性能。

云計算是大數據時代的主流，對它的研究是對計算機、信息科學等各學科的綜合挑戰，也給各學科帶來了發展的契機。作為信息安全專業的同學，我們今后涉及的云計算方面的研究內容主要與安全有關。各種服務都需要將終端的數據傳輸到云端并將結果從云端返回到用戶這一過程，傳輸過程中數據的安全性是至關重要的。現有的比較成熟的加密算法有針對較短數據的非對稱密碼算法，即加密密鑰和解密密鑰不同的密碼算法，如RSA、ECC等，這些主要是用于加密對稱密碼算法中要使用的密鑰的。對于數據量稍大的信息的加密和傳輸，還是傳統的對稱密碼算法用得比較多，比如AES算法。因為它們的運算量較小，而且破譯對稱密鑰所需的計算的規模較大，可以滿足數據安全性的需求。然而在大數據時代，需要加密傳輸或存儲的數據量呈爆炸式增長時，即使是針對較大數據量的密碼算法也不能完全照搬過去，以往因為加密解密而消耗的用戶幾乎察覺不到的時間在大數據面前會變得讓用戶抓狂，降低了效率，甚至會讓云計算得不償失。所以，密碼學界也需要針對云計算的需求重新開發新的研究方向。

云計算時代產生的模式并不是事物發展的一個個例，這種數據由少及多進而顛覆最初的意識形態的變化其本質可以理解為由量變到質變的過程，是事物發展的客觀規律。像網購的發展模式一樣，最初只是某買家與某賣家突然發現可以利用互聯網進行交易，一對、兩對，越來越多的買家和買家參與到這種模式中來，而一對又一對的貿易交織成了一個雜亂的網，如果不對由此產生的數據量和交易信息進行一個統一的管理或更規整的安排，會面臨著眾多安全性、數據垃圾的問題。于是，有高瞻遠矚的第三方開始站出來了，將網上的貿易進行一個規整的管理，設定合理的交易模式，一方面滿足了大規模交易的需求，另一方面降低了門檻，讓更多的買家和賣家可以參與到其中。說到這里，大家就想起很熟悉的亞馬遜、淘寶等網站了。當然，在貿易領域，這種應對量變到質變的思路和方法都相對簡單，而對云計算而言，卻需要很高深的技術支持才能實現。

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