云计算技术产品体系梳理Word格式文档下载.docx
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2012年4月,欧盟网络与信息安全局于正式出台《云计算合同安全服务水平监测指南》,提供了一套持续监测云计算服务提供商服务级别协议运行情况的操作体系,将监测行动科学地引入到全合同周期之中,以达到实时核查用户数据安全性的目的,保证成员国政府云计算服务采购的安全。
——实施中小企业战略,推动云计算应用。
欧洲有2000万家中小企业,因此在云计算应用推广方面,以中小企业为切入点,加强中小企业对云计算的理解和认知。
目前,78%的欧洲小企业已经或者计划使用云服务。
3.日本
日本政府积极推进云计算发展,谋求利用云计算创造新的服务和产业,并为此推出了“有效利用IT、创造云计算新产业”的发展战略。
政策主要包括通过云计算技术,提升数据中心的节能环保指标及稳定性;
逐步放松对异地数据存储、服务外包的管制;
在充分考虑个人信息匿名化与信息安全的基础上,完善信息使用与传播的规章制度;
制定数字化教材等电子出版物的可重复使用制度;
基于海量数据实时处理,开创新的市场需求领域,构建相应的业务平台。
——云计算技术创新主要由运营商主导,侧重在电信、金融与教育领域。
三大电信运营商NTT、KDDI和软银根据日本企业的需求,制定了具体的云计算服务战略,面向企业提供以IaaS与PaaS为主的云计算服务。
各大IT厂商也加大云计算的投入。
云计算还进一步扩大到了学校和金融机构。
——云计算应用主要体现在对传统业务的替代,已开始成为一种改变社会和产业结构的动力。
典型案例表现在:
一是运用云计算技术把汽车变成信息终端;
二是把云计算应用于新型急救医疗系统;
三是将云计算应用于电影院的实况转播;
四是积极开发建立在电力云基础上的“电力银行”,参与智能电网和智能城市的开发和实际试验。
4.韩国
韩国广播通信委员会、知识经济部、行政安全部于2009年12月底公布了《搞活云计算综合计划》,计划表示:
韩国政府决定在2014年之前向“云计算”领域投入6146亿韩元(约合36亿人民币),争取使韩国“云计算”市场的规模扩大为目前的4倍,达到2.5万亿韩元,并将韩国相关企业的全球“云计算”市场占有率提高至10%。
——云计算技术创新和产业发展主要靠政府推动。
应用领域的行动率先出现在政府的教育科学技术部、邮政业务本部、气象局等部门。
此外,开发政府云计算服务的同时,为了避免企业为开发环境进行投资造成浪费,由行政安全部主导建立了政府通用云计算中心,针对政府委托的韩国国内企业进行云计算服务的开发项目,使韩国软件企业能够为政府快速地开发完成云计算服务,并且起到示范带动作用。
(二)我国云计算产业及技术发展现状
1.各层面政策方针相继出台
在国家层面,我国已将云计算列为新一代信息技术产业的发展重点和中央财政“战略性新兴产业专项资金”的支持重点,《进一步鼓励软件产业和集成电路产业发展若干政策》(国发〔2011〕4号)和正在编制中的“战略性新兴产业十二五规划”、“信息产业十二五规划”、“软件和信息技术服务业十二五发展规划”等规划、政策中均强调支持云计算产业发展。
2010年,国家发展改革委、工业和信息化部组织开展了“云计算服务创新发展试点示范工作”,提出了“加强统筹规划、突出安全保障、创造良好环境、推进产业发展、着力试点示范、实现重点突破”的总体思路,确定了北京、上海、深圳、杭州、无锡5个试点城市。
2011年,国家发展改革委、财政部、工业和信息化部联合组织实施了“云计算示范工程”,利用中央财政战略性新兴产业专项资金重点支持云计算服务产业化发展。
在地方层面,北京、上海、深圳等数十个地方已将云计算产业列为发展重点,结合区域产业基础和应用需求,组织开展了一系列工作。
北京发布《“祥云工程”行动计划》,确定5个重点发展领域和4项重大工程。
目前,北京市建立了云计算基地,并相继启动中小企业云服务平台、云存储示范应用、金融云后台等项目。
上海的“云海计划”聚焦4个主要领域,提出6项主要任务。
为配套“云海计划”的实施,上海市成立“云海创业基金”,市级和区级财政设立了专项资金;
为规范云计算发展,上海还制定出台了云计算企业认定标准。
深圳发布实施“鲲云计划”,提出5大重要任务和6项工程。
目前,深圳市从事云计算相关业务的企业已超过300家,直接提供云计算技术与服务的企业约百家,已开展云计算相关研发和产业化项目60多个。
杭州、无锡、重庆、广州、成都、大连、天津等城市都已开始在云计算领域开展工作。
在企业层面,我国信息技术产业领域的相关企业把握云计算带来的发展机遇,围绕云计算产业链条积极开展工作,以期抢占有利位置。
以XX、腾讯、阿里巴巴、盛大为代表的互联网服务企业基于云计算模式提供了搜索引擎、电子商务、企业管理等服务,并不断提高云计算服务能力,成为现阶段我国云计算产业创新发展的主导力量。
华为、中兴、用友、金蝶等企业则重点在云计算相关软硬件研发和云计算系统解决方案提供等方面开展工作,在扩充自身既有产品体系的同时,为云计算服务发展提供支撑。
在各方面共同努力下,我国从事云计算研发、制造和服务的企业数量高速增长,云计算数据中心等基础设施不断完善,技术储备及产业转化不断取得新突破,产业链条初具雏形,一批云计算项目进入实施阶段,重点行业领域应用开始起步。
2.产业发展体系已初步形成
云计算涉及IT基础设施、软件、内容服务等主要环节。
随着我国信息产业的快速发展,云计算相关产业的发展水平不断提高,竞争力不断增强。
构建IT基础设施能力显著提升。
服务器、存储、网络设备等IT设施是云计算应用的基础,近年来,我国在服务器、存储、网络设备、芯片等方面的技术取得了长足发展。
例如,我国浪潮集团研制的天梭高端容错服务器系统已经在新疆建行进行了应用示范移植,并研制成功TS850高端服务器,成为继IBM、HP后,全球第三家具备高端服务器研发和生产能力的厂商。
我国高性能服务器技术的进步将有力促进云计算技术等新一代信息技术的发展。
在海量存储和处理器方面,浪潮AS8000海量存储系统已经在公安、卫生等领域的信息系统中广泛部署;
国产“龙芯”也已经在“星云”等高性能服务器的外围系统上广泛部署。
在网络设备方面,华为、中兴等企业的技术研发能力及产品性能显著提升。
总体看来,我国已经初步具备了比较完善的支持云计算产业发展的IT基础设施产业基础。
IT基础设施能力的显著提升为我国云计算产业的发展打下了坚实的基础。
软件产业整体竞争力稳步增强。
云计算的各个服务和应用需要相应的软件支撑才能发挥作用。
目前,在基础软件领域,中标软件、中科红旗、银河麒麟等企业的操作系统已广泛应用于军工、政府、金融、电力、教育、大型企业等众多领域,企业技术实力快速提升,相关产品的市场竞争力正稳步增强;
人大金仓、华工达梦、东软等的数据库系统已在航天系统内外得到较为广泛的应用,推动着国内云平台软件的稳步发展。
在中间件领域,我国中间件厂商的发展极其迅速,金蝶、软通动力、东方通等企业的中间件产品在企业、金融、制造、政府等需要传递大量敏感数据的场合得到广泛应用。
在应用软件方面,中软、东软、用友、金蝶等企业积累了大量的成功经验,在我国信息化建设的各个领域得到了广泛应用。
软件产业总体竞争力的提升为我国云计算产业的发展提供了有力的保障。
基于云计算的内容服务不断丰富。
实时、丰富的内容服务是云计算应用的最终目标。
当前,我国互联网产业发展迅速,根据《第28次互联网络发展状况统计报告》显示,截止2011年6月底,我国网民规模达4.85亿人,互联网普及率持续上升增至36.2%,值得注意的是,我国互联网商务化程度近年来迅速提高,全国网络购物用户规模达到1.73亿,使用率达35.6%。
在移动互联网产业迅速发展的大环境下,我国手机网民已达3.18亿人,基于互联网新的商业模式的创新企业迅速跟进,国内的XX、腾讯、阿里巴巴等企业拥有规模庞大的用户群,在云计算内容服务方面有着丰富的积累和技术储备,具有很强的国际竞争力。
除此之外,一些传统媒体也在积极转型,开始提供各种云计算内容服务。
云计算的内容服务端不断丰富已成为我国云计算产业发展的加速器。
3.国内企业快速转型跟进
云计算作为一个新兴产业,其应用实践尚处于起步阶段,国外虽然有一定的积累和先进性,但国内企业与之差距不大。
当前国内许多企业均作了超前布局。
其中,联想集团主要以移动互联战略带动起云终端产品和云内容服务;
曙光主要通过高性能计算提供云基础设施产品;
浪潮集团通过行业云解决方案部署其与战略;
华为和中兴则主要以网络基础设施带动其云基础设施整体解决方案;
中国移动推出大云计划,力图整合IT资源,支撑其业务转型;
中国电信已经与EMC合作,推出了“E云”在线存储服务,中国联通也在计划在IDC中进行云计算改造的试点;
一些具备一定实力的互联网数据中心提供商(IDC)开始通过云计算技术提供虚拟主机出租、虚拟网络存储等IaaS业务,例如世纪互联推出的CloudEx等,但从目前的情况来看,这类业务的规模还比较小,仍处于业务初起阶段;
国内互联网企业XX、腾讯、阿里巴巴等则通过创新内容服务带动其云计算相关业务的发展;
软件企业用友将采用S(软件)+S(运服务)的云战略框架,通过云战略来创新商业模式、扩展新业务和新市场。
国内企业的快速跟进和积极布局有利于我国云计算产业形成完备的产业链生态系统,为我国云计算产业发展提供了良好的发展环境。
4.人才培养储备速度加快
专业人才是保障云计算产业持续快速发展的重要支撑。
云计算涉及到诸多与传统IT技术不同关键技术,如虚拟化技术、分布式计算技术、海量存储技术、大型数据库技术等。
目前,云计算相关的专业技术人才需求旺盛。
我国相关高校、科研院所、培训机构、银行及互联网企业已经着手进行云计算专业人才的培养,例如,北京航空航天大学开设了国内首个“移动云计算”软件工程硕士专业;
中科院计算所招聘客座学生,参与云服务计算、云计算相关项目的设计、开发和实现;
北大青鸟将云计算引入到培训课程之中,让学员在接受培训的过程中就率先体验一下云计算对互联网格局的变革和创新;
国内众银行纷纷看好“移动云计算”,为高校学习云计算相关专业的学生提供全额助学贷款。
大量专业人才的培养将为我国云计算产业的发展提供有力保障。
5.标准工作开始启动实施
产业发展,标准先行,我国高度重视标准的指导作用。
目前,国际标准组织对云计算的关注度逐渐上升,目前已经成立十几个云计算标准化组织,但整体而言,云计算标准化工作尚处于起步阶段。
其中,电信管理论坛(TMF)是一个开放云计算工作组,微软、IBM、Cisco等国际知名IT企业已加入该组织。
目前,TMF正在推动跨云管理催化剂项目、企业云服务提供商管理接口等十几个云计算项目的进展,但暂无标准文稿输出。
国际电信联盟云计算专项工作组成立了全球首个由权威标准化组织成立的云计算组织,云计算焦点研究组。
目前该组织正在讨论可能的工作范围,已输出标准化文稿6篇。
其他国际6云标准工作组还有分布式管理任务组(DMTF)、网络存储工业协会(SNIA)、美国国际标准技术研究所(NIST)等等。
我国自2008年底已经着手云计算标准化工作的前期研究工作,目前有三个组织开展了云计算标准的研究工作,中国通信标准化协会(CCSA)跟进并评估了电信领域云计算的影响;
中国电子学会云计算专家委员会在2010年2月发布了《云计算白皮书》;
全国信息技术标准化技术委员会IT服务工作组和SOA标准工作组开展云计算标准研究以及相关SOA、中间件、虚拟化等技术标准的制定,目前正在编写《云计算标准研究报告》。
云计算标准的相关工作有利于增强我国云计算产业的国际竞争力,抢占产业发展的制高点。
(三)我国云计算发展面临问题
1.云计算关键技术:
核心技术自主掌握度较低
由于信息技术基础薄弱,我国企业尚未完全掌握虚拟化、分布式存储、海量资源管理、分布式处理、并行计算等云计算核心技术,缺少像IBM、微软、甲骨文和VMware等掌握云计算架构核心技术的企业。
2.云计算发展基础:
产业链条支撑能力较弱
高性能计算机、操作系统、数据库技术、网络交换技术等云计算相关核心领域均被美国IT巨头控制。
我国在高端通用芯片、高端服务器、海量存储设备等关键硬件设备及其核心部件,虚拟化软件、云操作系统等关键软件产品同国外有相当大性能差距,云计算系统集成能力也亟待加强。
此外,我国信息基础设施基础薄弱,宽带普及率较低,不利于高质量云计算服务的提供。
3.云计算应用实践:
应用领域尚未拓展、服务种类较少
美、欧、日、韩等国家和地区已在政府、电信、金融等领域推广云计算,大型企业的私有云建设和应用已大规模推进。
我国真正的云计算实践少,现有云计算应用主要集中在互联网信息服务和中小企业在线服务领域,在政府、电信、制造、金融、能源、交通等重点行业领域缺少成功应用案例。
4.云计算发展环境:
战略规划制定和标准化工作开展较晚
一是世界主要国家和地区都已制定云计算发展战略规划,我国仍缺乏全国层面的统一规划和统筹布局,一些地方政府在云计算发展上存在定位不清、一哄而上、投资过热。
二是针对云计算,国外已开始加强法律法规和标准规范制定,我国在数据保护、知识产权、信息安全等方面的法律法规缺乏,标准制定也缺乏统一引导,不适应云计算快速发展的需要。
5.核心问题分析:
以服务创新为引领的发展模式尚未建立
从产业创新方向上来看,云计算产业的创新主要在于服务创新,而非技术创新,国家长期在高技术产业领域主要以技术创新为主,如果在推动发展云计算过程中仍采用以往注重技术创新的模式,或将无法掌握以服务创新为主要发展模式的云计算服务市场,错失发展机遇。
从业务发展方向来看,云计算服务和云计算应用需求紧密相关,不以服务创新为产业发展的切入口,就无法使云计算发展真正与应用相结合,发挥其优势作用。
从产业发展重点来看,服务化发展是新一代信息产业发展的重要趋势,如果不将服务作为云计算发展的重点,就很有可能使云计算发展陷入到大规模基础设施建设的黑洞中。
二、云计算技术体系梳理
(一)虚拟化技术
虚拟化是一个广义的概念,其核心思想是通过虚拟机监视器或管理程序,将中央处理器、内存、计算机指令/外存、网络等昂贵的计算机资源映射为虚拟资源,从而虚拟出多台可以并行运行的“虚拟机”,实现在同一台物理计算机上同时运行多个独立的操作系统以及相互独立的应用,为操作系统和用户程序提供完整的运行环境。
虚拟化是云计算的基础。
在云计算的技术体系中,虚拟化技术对应于物理资源和资源池层,利用虚拟化实现各种底层软硬件资源的整合、集成与组织。
在云计算的三层服务体系中,虚拟化技术多用于IaaS层的产品中。
1.虚拟化关键技术
按照应用方向,虚拟化技术主要分为以下几个大类:
(1)系统虚拟化
系统虚拟化实现操作系统与物理计算机的分离,使得在一台物理计算机上可以同时安装和运行一个或多个虚拟的操作系统。
虚拟运行环境为虚拟机提供一套虚拟的硬件环境,包括虚拟的处理器,内存,设备与I/O及网络接口等。
我们通常所说的虚拟化主要是指系统虚拟化技术,系统虚拟化的核心是服务器虚拟化。
系统虚拟化的核心技术又可以分为硬件仿真、全虚拟化、半虚拟化、硬件辅助虚拟化、操作系统虚拟化等几种。
硬件仿真
在物理机的操作系统上创建一个模拟硬件的程序来仿真所想要的硬件,并在这个程序上运行虚拟机,虚拟机内部的客户操作系统无需修改。
全虚拟化
全虚拟化是指虚拟机模拟了完整的底层硬件,包括处理器、物理内存、时钟、外设等,使得为原始硬件设计的操作系统或其它系统软件完全不做任何修改就可以在虚拟机中运行。
半虚拟化
只模拟部分底层硬件,因此客户机操作系统不做修改是无法在虚拟机中运行的,其它程序可能也需要进行修改。
硬件辅助虚拟化
硬件辅助虚拟化是指借助硬件(主要是主机处理器)的支持来实现高效的全虚拟化。
操作系统级虚拟化
操作系统级虚拟化是一种在服务器操作系统中使用的轻量级的虚拟化技术,内核通过创建多个虚拟的操作系统实例(内核和库)来隔离不同的进程,不同实例中的进程完全不了解对方的存在。
计算机系统虚拟化必备的是对三种硬件资源的虚拟化:
CPU、内存和设备与I/O,系统虚拟化主要技术的对比如下表所示。
表1.系统虚拟化的核心技术
Cpu
内存
I/O
特权级压缩技术:
让虚拟化管理程序和客户机运行在不同的特权级下
二进制代码翻译技术:
将那些难以虚拟化的指令转化为支持虚拟化的指令
采用影子页表技术:
为每个客户机都维护一个“影子页表”,在这个表中写入,虚拟化之后的内存地址映射关系。
使用I/O设备模拟的方法来实现I/O设备虚拟化进行设备虚拟化时,VMM需要对某一目标设备进行模拟,为客户机提供一个虚拟的设备,使其可以透明的对这个虚拟设备进行操作。
客户机OS发现虚拟的目标设备后,会使用目标设备的驱动程序来驱动该设备
修改客户操作系统的源代码,将那些和特权指令相关的操作,都转换为发给虚拟化管理程序的超级调用来执行。
页表写入法技术:
客户操作系统创建一个新的页表时,它会向虚拟化管理程序注册该页表。
之后在客户机运行的时候,虚拟化管理程序将不断的管理和维护这个表,使客户机上面的程序能直接访问到合适的地址
让所有的客户操作系统都去使用,安装在“管理操作系统”里现成的设备驱动器。
当一个客户操作系统中自有的设备驱动器向硬件发出I/O设备使用指令时,这些指令会被截获而陷入到虚拟化平台里
然后,再被转到“管理操作系统”去使用它里面相应的设备驱动器。
引入新的指令和运行模式:
让客户操作系统和虚拟化管理程序分别运行在合适的模式下。
引入EPT(扩展页表)技术:
EPT通过使用硬件技术,使其能在原有的页表的基础上增加一个EPT页表。
通过这个页表,直接在硬件上支持客户机虚拟地址——客户机物理地址——宿主机物理地址的两次地址转换。
有两种具体的虚拟化模型:
直接I/O设备分配
I/O设备共享
(2)基础设施虚拟化
基础设施虚拟化是针对特定基础设施的虚拟化,比如内存、存储、网络资源等,可以细分为网络虚拟化和存储虚拟化等等。
网络虚拟化将网络的硬件和软件资源整合,向用户提供虚拟网络连接。
其所涉及的关键技术包括虚拟局域网VLAN和虚拟专用网VPN等。
存储虚拟化为物理的存储设备提供一个抽象的逻辑视图,用户可以通过这个视图中的统一逻辑接口来访问被整合的存储资源。
其所涉及的关键技术包括基于存储设备的存储虚拟化,例如磁盘阵列技术(RAID);
以及基于网络的存储虚拟化,例如网络附加存储(NAS)、存储区域网(SAN)等。
(3)桌面虚拟化
桌面虚拟化解除个人电脑的桌面环境与物理机间的耦合关系。
其采用的是集中化管理方式,IT人员无需逐一维护终端设备,所有桌面镜像都存储在远程服务器上,因而增强了数据安全性,简化了数据备份和恢复。
由于用户可按需访问其完整的桌面环境,再也不用依靠单一的专用设备进行访问,大大提高了灵活性,可随时随地开展工作。
(4)软件虚拟化
软件虚拟化包括应用虚拟化和高级语言虚拟化等。
应用虚拟化将应用程序与操作系统解耦合,为应用程序提供一个虚拟的运行环境,实时地将程序组件推送到客户端的应用虚拟化运行环境
高级语言虚拟化解决可执行程序在不同体系结构计算机之间迁移问题,如JAVA虚拟机。
2.主要厂商及产品
目前虚拟化软件和服务市场呈现寡头垄断的竞争格局,VMware、Citrix、Microsoft、RedHat四家厂商占据了95%以上的市场份额。
据Gartner2012年统计,VMware一家占据整体市场65%以上的市场份额,处于遥遥领先的地位,其技术和产品获得了IT用户的广泛认可。
微软与Citrix正在激烈争夺排名第二的位置,2012年Microsoft的市场份额暂时领先。
相比之下,RedHat暂时落后,2012年其市场份额只有2%。
VMware的销售收入大部分来源于服务器和数据中心领域的虚拟化产品收入,这是其获得市场领先地位的重要特点。
目前,VMware拥有范围最广的虚拟化产品线和管理软件,而且现在其产品路线图已经在云计算领域全面扩展。
Citrix主要收入来源是桌面和应用程序虚拟化产品,并且已经开始进入服务器虚拟化领域。
虚拟化是Microsoft的市场推动重点之一。
Microsoft产品的出货量仅次于VMware,由于其在虚拟化领域有着完全不同的利益价值取向和市场策略,其产品通常是以超低价或捆绑销售免费赠送的方式进行推广的,这一方面为Microsoft赢得了更多的虚拟化应用客户,但另一方面也大大降低了其在收入方面的市场份额。
RedHat将自己定位为在虚拟化领域领先的Linux厂商,向VMware和Citrix这样的虚拟化市场领军厂商发起挑战,在服务器和桌面系统领域欲争夺更多市场份额。
此外,在网络虚拟化、存储虚拟化等细分领域,Cisco、IBM等厂商也占有一席之地。
表2列举了在不同细分领域占主导地位的虚拟化厂商分布格局。
表3列举了虚拟化四家巨头企业的市场份额及优势特点。
表2.虚拟化主导厂商格局
虚拟化类型
主导厂商
系统虚拟化
VMware、Microsoft、Citrix、RedHat
网络虚拟化
Cisco、HP
存储虚拟化
VMware、Microsoft、IBM、NetApp
桌面虚拟化
VMware、Microsoft、Citrix
表3.虚拟化巨头厂商特点比较
厂商
主要产品
市场份额(2012)
优势特点
VmWare
VmWareESX
65%
Vmware在服务器虚拟化市场拥有绝对优