1.1 云計算概述

“云計算”被稱為繼個人計算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后的第三次信息化革命，通過與相關(guān)技術(shù)創(chuàng)新要素、商業(yè)模式創(chuàng)新要素形成新革命，通過與相關(guān)技術(shù)創(chuàng)建要素、商業(yè)模式創(chuàng)建要素形成有機(jī)互動，“云計算”將成為推動電信業(yè)乃至廣義ICT產(chǎn)業(yè)下一輪突破發(fā)展的重要驅(qū)動力。

1.1.1 云計算的定義

云計算是在2007年第3季度才誕生的新名詞，但僅僅過了半年多，其受關(guān)注的程度就超過了網(wǎng)格計算（Grid Computing），如圖1-1所示。

云計算迄今為止還沒有統(tǒng)一的定義，不同的組織從不同的角度給出了不同的定義。據(jù)不完全統(tǒng)計，至少有25種以上的定義。例如，Gartner認(rèn)為，云計算是一種使用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)并由IT使能而具有可擴(kuò)展性和彈性能力作為服務(wù)提供給多個外部用戶的計算方式；美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)實驗室對云計算的定義為，云計算是便捷地通過互聯(lián)網(wǎng)訪問一個可定制的IT資源共享池能力按使用量付費的一種模式（IT資源包括網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、存儲、應(yīng)用和服務(wù)），這些資源能夠快速部署，并只需要很少的管理工作，與服務(wù)供應(yīng)商進(jìn)行很少的交互”等。隨著應(yīng)用場景的變化和使能技術(shù)的發(fā)展，關(guān)于云計算的定義還在不斷產(chǎn)生新的觀點。

云計算將網(wǎng)絡(luò)上分布的計算、存儲、服務(wù)構(gòu)件、網(wǎng)絡(luò)軟件等資源集中起來，基于資源虛擬化的方式，為用戶提供方便快捷的服務(wù)，其可以實現(xiàn)計算與存儲的分布式與并行處理。如果把“云”視為一個虛擬化的存儲與計算資源池，那么云計算則是這個資源池基于網(wǎng)絡(luò)平臺為用戶提供的數(shù)據(jù)存儲和網(wǎng)絡(luò)計算服務(wù)。互聯(lián)網(wǎng)是最大的一片“云”，其上的各種計算機(jī)資源共同組成了若干個龐大的數(shù)據(jù)中心及計算中心。

但是，云計算并不是一個簡單的技術(shù)名詞，并不僅僅意味著一項技術(shù)或一系列技術(shù)的組合。其所指向的是IT基礎(chǔ)設(shè)施的交付和使用模式，即通過網(wǎng)絡(luò)以按需、易擴(kuò)展的方式獲得所需的資源（硬件、平臺和軟件）。提供資源的網(wǎng)絡(luò)被稱為“云”。從更廣泛的意義上來看，云計算是指服務(wù)的交付和使用模式，即通過網(wǎng)絡(luò)以按需、易擴(kuò)展的方式獲得所需的服務(wù)，這種服務(wù)可以是IT基礎(chǔ)設(shè)施（硬件、平臺和軟件），也可以是任意其他的服務(wù)。無論是狹義還是廣義，云計算所秉承的核心理念是“按需服務(wù)”，就像人們使用水、電、天然氣等資源的方式一樣。這也是云計算對于ICT領(lǐng)域乃至于人類社會發(fā)展最重要的意義所在。

1.1.2 云計算的特點

之所以稱為“云”，是因為它在某些方面具有現(xiàn)實中“云”的特點。

（1）云一般都較大。

（2）云的規(guī)模可以動態(tài)伸縮，它的邊界是模糊的。

（3）云在空中飄忽不定，無法也無須確定它的具體位置，但它確實存在于某處。同時還因為云計算的鼻祖之一——亞馬遜公司將大家曾經(jīng)稱為網(wǎng)格計算的東西，取了一個新名字“彈性計算云”（Elastic Computing Cloud），并取得了商業(yè)上的成功。

有人將這種模式比喻為從單臺發(fā)電機(jī)供電模式轉(zhuǎn)向了電廠集中供電的模式。其意味著計算能力也可以作為一種商品進(jìn)行流通，就像煤氣、水及電一樣，使用方便，費用低廉。最大的不同在于，它是通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行傳遞的。

云計算是并行計算（Parallel Computing）、分布式計算（Distributed Computing）及網(wǎng)格計算（Grid Computing）的發(fā)展，或者說是這些計算科學(xué)概念的商業(yè)實現(xiàn)。云計算是虛擬化（Virtualization）、效用計算（Utility Computing）、將基礎(chǔ)設(shè)施作為服務(wù)IaaS（Infrastructure as a Service）、將平臺作為服務(wù)PaaS（Platform as a Service）和將軟件作為服務(wù)SaaS（Software as a Service）等概念混合演進(jìn)并躍升的結(jié)果。從研究現(xiàn)狀上看，云計算具有以下特點。

（1）超大規(guī)模。“云”具有相當(dāng)?shù)囊?guī)模，Google云計算已經(jīng)擁有100多萬臺服務(wù)器，亞馬遜、IBM、微軟和Yahoo等公司的“云”均擁有幾十萬臺服務(wù)器等。“云”能賦予用戶前所未有的計算能力。

（2）虛擬化。云計算支持用戶隨時隨地使用各種終端獲取服務(wù)。所請求的資源來自“云”，而不是固定的有形實體。應(yīng)用在“云”中某處運行，但實際上用戶無須了解應(yīng)用運行的具體位置，只需要一臺筆記本電腦或一部PDA，就可以通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)來獲取各種能力超強(qiáng)的服務(wù)。

（3）提高設(shè)備計算能力。云計算把大量計算資源集中到一個公共資源池中，通過多主租用的方式共享計算資源。雖然單個用戶在云計算平臺上獲得的服務(wù)水平受到網(wǎng)絡(luò)帶寬等各因素的影響，未必能獲得優(yōu)于本地主機(jī)所提供的服務(wù)，但從整個社會資源的角度而言，整體的資源調(diào)控降低了部分地區(qū)峰值荷載，提高了部分荒廢的主機(jī)的運行率，從而提高了資源利用率。

（4）高可靠性。“云”使用了數(shù)據(jù)多容錯性、計算節(jié)點可互換等措施來保障服務(wù)的高可靠性，使用云計算比使用本地計算機(jī)更加可靠。

（5）減少設(shè)備依賴性。虛擬化層將云平臺上方的應(yīng)用軟件和下方的基礎(chǔ)設(shè)備隔離開來。技術(shù)設(shè)備的維護(hù)者無法看到設(shè)備中運行的具體應(yīng)用。同時對軟件層的用戶而言，基礎(chǔ)設(shè)備層是透明的，用戶只能看到虛擬化層中虛擬出來的各類設(shè)備。這種架構(gòu)減小了設(shè)備依賴性，也使動態(tài)的資源配置成為可能。

（6）通用性。云計算不針對特定的應(yīng)用，在“云”的技術(shù)支撐下可以構(gòu)造出千變?nèi)f化的應(yīng)用，同一片“云”可以同時支撐不同的運行程序。

（7）高可擴(kuò)展性。“云”的規(guī)模可以動態(tài)伸縮，滿足應(yīng)用和用戶規(guī)模增長的需要。

（8）彈性服務(wù)。云平臺管理軟件將整合的計算資源根據(jù)應(yīng)用訪問的具體情況進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，包括增大或減小資源的要求。因此云計算對于在非恒定需求的應(yīng)用，如對需求波動很大、階段性需求等，具有非常好的應(yīng)用效果。在云計算環(huán)境中，既可以對規(guī)律性需求通過事先預(yù)測事先分配，也可以根據(jù)事先設(shè)定的規(guī)則進(jìn)行實時公臺調(diào)整。彈性的云服務(wù)可以幫助用戶在任意時間得到滿足需求的計算資源。

（9）按需服務(wù)。“云”是一個龐大的資源池，用戶按需購買，可以像自來水、電和煤氣那樣計費。

（10）極其廉價。“云”的特殊容錯措施使得可以采用極其低價的節(jié)點來構(gòu)成“云”；“云”的自動化管理使數(shù)據(jù)中心管理成本大大降低；“云”的公用性和通用性使資源的利用率大幅提升；“云”設(shè)施可以構(gòu)建在電力資源豐富的地區(qū)，大大降低了能源成本，因此“云”具有前所未有的性價比。

Google中國區(qū)前總裁李開復(fù)聲稱：Google每年投入約16億美元構(gòu)建云計算數(shù)據(jù)中心，所獲得的能力相當(dāng)于使用傳統(tǒng)技術(shù)投入640億美元，節(jié)省了約40倍的成本。因此，用戶可以充分享受“云”的低成本優(yōu)勢，需要時，花費幾百美元、一天時間就能完成以前需要數(shù)萬美元、數(shù)月時間才能完成的數(shù)據(jù)處理任務(wù)。

1.1.3 云計算的發(fā)展史

云計算的起源要先從互聯(lián)網(wǎng)的演進(jìn)講起，如圖1-2所示為云計算的演進(jìn)與由來。云計算從根本上改變了原有的互聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，將計算能力從個人終端向服務(wù)端靠攏，弱化了端的概念，提高了計算資源的整體利用率。在量化計算資源的基礎(chǔ)上，云計算實現(xiàn)了商業(yè)模式由設(shè)置向服務(wù)進(jìn)化的過程。更令人滿意的是，隨著全體物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，云計算被賦予了更為廣泛的定義：從連接計算資源到連接所有的人和機(jī)器，計算能力也將進(jìn)一步智能化。

云計算的發(fā)展過程如下。

（1）1983年，太陽公司（Sun Microsystems）提出“網(wǎng)絡(luò)是計算機(jī)”（“The Network is the Computer”），2006年3月，亞馬遜（Amazon）推出彈性計算云（EC2，Elastic Compute Cloud）服務(wù)。

（2）2006年8月9日，Google首席執(zhí)行官埃里克·施密特（Eric Schmidt）在搜索引擎大會（SES San Jose 2006）首次提出云計算（Cloud Computing）的概念。Google“云端計算”源于Google工程師克里斯托弗·比希利亞所做的“Google 101”項目。

（3）2007年10月，Google與IBM開始在美國大學(xué)校園，包括卡耐基梅隆大學(xué)、麻省理工學(xué)院、斯坦福大學(xué)、加州大學(xué)伯克利分校及馬里蘭大學(xué)等，推廣云計算的計劃，這項計劃希望能降低分布式計算技術(shù)在學(xué)術(shù)研究方面的成本，并為這些大學(xué)提供相關(guān)的軟、硬件設(shè)備及技術(shù)支持（包括數(shù)百臺個人計算機(jī)及BladeCenter與System x服務(wù)器，這些計算平臺將提供1600個處理器，支持包括Linux、Xen、Hadoop等開放源代碼平臺）。而學(xué)生則可以通過網(wǎng)絡(luò)開發(fā)各項以大規(guī)模計算為基礎(chǔ)的研究計劃。

（4）2008年1月30日，Google宣布在中國臺灣啟動“云計算學(xué)術(shù)計劃”，將與臺灣大學(xué)、臺灣交通大學(xué)等學(xué)校合作，將這種先進(jìn)的大規(guī)模、快速計算技術(shù)推廣到校園。

（5）2008年2月1日，IBM（NYSE：IBM）宣布將在中國無錫太湖新城科教產(chǎn)業(yè)園為中國的軟件公司建立全球第一個云計算中心（Cloud Computing Center）。

（6）2008年7月29日，Yahoo、惠普和Intel宣布一項涵蓋美國、德國和新加坡的聯(lián)合研究計劃，推出云計算研究測試床，推進(jìn)云計算。該計劃要與合作伙伴創(chuàng)建6個數(shù)據(jù)中心作為研究試驗平臺，每個數(shù)據(jù)中心配置1400～4000個處理器。這些合作伙伴包括新加坡資訊通信發(fā)展管理局、德國卡爾斯魯厄大學(xué)Steinbuch計算中心、美國伊利諾伊大學(xué)香賓分校、Intel研究院、惠普實驗室和Yahoo。

（7）2008年8月3日，美國專利商標(biāo)局網(wǎng)站信息顯示，戴爾正在申請“云計算”（Cloud Computing）商標(biāo)，此舉旨在加強(qiáng)對這一未來可能重塑技術(shù)。

（8）2010年3月5日，Novell與云安全聯(lián)盟（CSA）共同宣布一項供應(yīng)商中立計劃，名為“可信任云計算計劃（Trusted Cloud Initiative）”。

（9）2010年7月，美國國家航空航天局和包括Rackspace、AMD、Intel、戴爾等支持廠商共同宣布“OpenStack”開放源代碼計劃，微軟在2010年10月表示支持OpenStack與Windows Server 2008 R2的集成；而Ubuntu已把OpenStack加至11.04版本中。

（10）2011年2月，思科系統(tǒng)正式加入OpenStack，重點研制OpenStack的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

（11）2011年10月20日，“盛大云”宣布旗下產(chǎn)品MongoIC正式對外開放，這是中國第一家專業(yè)的MongoDB云服務(wù)，也是全球第一家支持?jǐn)?shù)據(jù)庫恢復(fù)的MongoDB云服務(wù)。

1.1.4 云計算的發(fā)展趨勢

2011年被稱為“云計算實踐年”，是云計算從“云端”走向應(yīng)用的一年，是云計算技術(shù)日益完善的一年。在國家快速發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)及云計算服務(wù)創(chuàng)新發(fā)展試點示范政策的支持和引導(dǎo)下，各地積極部署，搶先發(fā)展，重點企業(yè)加快投資跟進(jìn)，地方政府正在成為新一代云計算基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的主要推動者。

2011年，云計算產(chǎn)業(yè)風(fēng)起云涌，云計算產(chǎn)業(yè)鏈和生態(tài)系統(tǒng)正在快速形成和完善，打造云計算產(chǎn)業(yè)基地已成為高新地區(qū)發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的新機(jī)遇。中關(guān)村首創(chuàng)“群對群”投資模式為云計算產(chǎn)業(yè)投入資金，強(qiáng)力助推北京云計算產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)“祥云”騰飛。

2011年是國內(nèi)云計算產(chǎn)業(yè)風(fēng)起云涌的一年。相比2010年，經(jīng)過一年的市場洗禮及完善，云計算已經(jīng)從高不可攀的概念逐漸走向富有內(nèi)涵的實際應(yīng)用。盡管國外IT巨頭仍在引領(lǐng)風(fēng)潮，國內(nèi)產(chǎn)學(xué)研各界雖然還處于學(xué)習(xí)和計劃階段，但已經(jīng)顯示出其對云計算的關(guān)注和重視。無論是政府、企業(yè)，還是高校、研究機(jī)構(gòu)、媒體等，都紛紛加入云計算產(chǎn)業(yè)生態(tài)的打造中，積極推動中國云計算產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

無論是金融危機(jī)促使企業(yè)更加關(guān)注IT投資的性價比，還是經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇給眾多中小企業(yè)帶來快速發(fā)展的業(yè)務(wù)需求，均是帶動云計算快速發(fā)展的動力。

1.市場發(fā)展趨勢

中小企業(yè)是推動中國云計算發(fā)展的主要因素之一。中國擁有世界上數(shù)量最多的中小企業(yè)。隨著中國經(jīng)濟(jì)領(lǐng)先走出金融危機(jī)的低谷，這些中小企業(yè)的業(yè)務(wù)也隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速增長而突飛猛進(jìn)地發(fā)展。對于這些正處于成長期的中小企業(yè)而言，自己投資建設(shè)IT基礎(chǔ)架構(gòu)的投資回報率較低，并且很難與業(yè)務(wù)的快速成長相匹配。此時，云計算的商業(yè)模式剛好為這些中小企業(yè)提供了合適的解決方案。這些最終用戶的需求為中國云計算市場未來幾年的高速發(fā)展奠定了基石。IDC預(yù)計將有大量中小企業(yè)將自己的IT基礎(chǔ)架構(gòu)轉(zhuǎn)移到公共云計算平臺上。與此同時，會有更多的微型企業(yè)（員工人數(shù)少于10人）將通過使用云計算運營商的服務(wù)而首次擁有自己的IT平臺，開始自己的信息化之路。相應(yīng)地，云計算將促使信息化在中國滲透到更深的層面。在用戶需求的推動下，公共云計算運營商將有更大的發(fā)展。更多的企業(yè)，包括互聯(lián)網(wǎng)公司、電信運營商等，都開始挺進(jìn)公共云計算的運營領(lǐng)域。

私有云計算方面同樣發(fā)展飛速。IDC觀察到，大型企業(yè)對于建設(shè)私有云計算平臺的興趣逐漸增大。過去幾年中，大型企業(yè)數(shù)據(jù)中心越來越多地采用虛擬化技術(shù)和自動化管理軟件，已為建設(shè)私有云平臺打好了基礎(chǔ)。對于大型企業(yè)來說，建設(shè)私有云計算的主要目的是為了提高IT基礎(chǔ)架構(gòu)的效率，為了更好地支持業(yè)務(wù)的發(fā)展。IDC預(yù)計，中國將有更多大型企業(yè)開始嘗試建設(shè)私有云計算平臺。私有云計算將成為下一代數(shù)據(jù)中心（NGDC）建設(shè)的主要目標(biāo)。

2.相關(guān)政府政策

由于云計算平臺可以為廣大中小企業(yè)的信息化提供平臺基礎(chǔ)，同時政府對云計算的理念和技術(shù)也非常感興趣。一些地方政府也逐漸開始建設(shè)或扶植當(dāng)?shù)毓緛磉\營公共云計算中心。可以看到，很多由政府下屬的軟件園牽頭的云計算項目建設(shè)正在進(jìn)行。

對于政府來說，一個運轉(zhuǎn)良好的云計算公共服務(wù)平臺不僅可以帶動區(qū)域軟件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，還有助于政府與企業(yè)實現(xiàn)共贏。云計算公共服務(wù)平臺所提供的良好服務(wù)能夠吸引更多的商業(yè)投資，對于地方經(jīng)濟(jì)的促進(jìn)是一項非常重要的舉措。不僅如此，國內(nèi)一直都在倡導(dǎo)建設(shè)服務(wù)型政府，實現(xiàn)政府的公共服務(wù)創(chuàng)新。而云計算公共服務(wù)平臺從某種意義上來說也是一種技術(shù)角色的創(chuàng)新。因此，從長遠(yuǎn)角度來看，政府層面對云計算的支持將持續(xù)。

3.技術(shù)條件

國內(nèi)外近年來在硬件、軟件、網(wǎng)絡(luò)和虛擬化等各方面的技術(shù)發(fā)展，對云計算的建設(shè)也有很大的促進(jìn)作用。

虛擬化在中國經(jīng)過幾年的市場培育和推廣，已經(jīng)逐步進(jìn)入健康發(fā)展階段，來自制造業(yè)、金融、電信的客戶已經(jīng)開始采用虛擬化技術(shù)來優(yōu)化數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用。中國市場服務(wù)器虛擬化滲透率不斷增加，而且所運行的虛擬化應(yīng)用也逐步向企業(yè)核心應(yīng)用發(fā)展。由于云計算平臺都是基于虛擬化的環(huán)境，因此虛擬化的發(fā)展為用戶發(fā)展云計算提供了良好的條件。

由于所有云計算服務(wù)都是基于互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的，而國內(nèi)的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)帶寬經(jīng)過幾年來電信運營商的建設(shè)，已能夠滿足大量并發(fā)訪問和數(shù)據(jù)傳輸。同時，我國和國外之間的網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量尚不穩(wěn)定，因此國內(nèi)用戶使用境外云計算服務(wù)提供商的服務(wù)時仍面臨一定的網(wǎng)絡(luò)瓶頸。這將會促使更多最終用戶尋求國內(nèi)云計算服務(wù)提供商，對于國內(nèi)的云計算中心建設(shè)同樣有促進(jìn)作用。

另外，隨著云計算的理念逐漸深入人心，IT供應(yīng)商也將面臨著前所未有的轉(zhuǎn)型。一些硬件和系統(tǒng)軟件廠商也將逐步推出“云設(shè)備”。這類設(shè)備可能是廠商在原有產(chǎn)品基礎(chǔ)上針對云計算進(jìn)行的優(yōu)化，也有可能是全新的產(chǎn)品，更可能是為快速部署云計算而設(shè)計的解決方案產(chǎn)品。因此，由云計算帶動的新興配套產(chǎn)品和服務(wù)（主要用于使建立云計算平臺更方便、更快捷、更安全和更可靠）的快速發(fā)展也將反作用于云計算業(yè)務(wù)本身，促進(jìn)云計算的發(fā)展。

1.1.5 云計算的基本特征

下面介紹云計算的基本特征。

互聯(lián)網(wǎng)上的云計算服務(wù)特征和自然界的云、水循環(huán)具有一定的相似性，通常云計算服務(wù)應(yīng)該具備以下幾點特征：

（1）基于虛擬化技術(shù)快速部署資源或獲得服務(wù)。

（2）實現(xiàn)動態(tài)的、可伸縮的擴(kuò)展。

（3）按需求提供資源、按使用量付費。

（4）通過互聯(lián)網(wǎng)提供、面向海量信息處理。

（5）用戶可以方便地參與。

（6）形態(tài)靈活，聚散自如。

（7）減小用戶終端的處理負(fù)擔(dān)。

（8）降低用戶對于IT專業(yè)知識的依賴。