云計算技術(shù)簡述及發(fā)展分析

時間：2023-03-13 02:24:01 | 來源：電子商務(wù)

時間：2023-03-13 02:24:01 來源：電子商務(wù)

摘要：

如今，云計算服務(wù)是企業(yè)最先進的技術(shù)，市場還將繼續(xù)加速變化，各個云計算提供商之間的競爭繼續(xù)升溫。云計算后端具有非常龐大、可靠的云計算中心，對于云計算使用者來說，在付出少量成本的前提下，即可獲得較高的用戶體驗。

當(dāng)前，在“互聯(lián)網(wǎng)+”時代背景下，云計算已然成為數(shù)字經(jīng)濟時代下的基礎(chǔ)設(shè)備，中國加快實施大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略，大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)的日益完善為云計算發(fā)展奠定了重要基礎(chǔ)，云計算也催化出大數(shù)據(jù)在應(yīng)用領(lǐng)域的“井噴”。

關(guān)鍵詞：云計算；分布式；虛擬化；資源整合；人工智能

1. 云計算概念及特征

1.1 云計算的定義

云計算是目前業(yè)內(nèi)的熱點概念，它以開放的標準和服務(wù)為基礎(chǔ)，以互聯(lián)網(wǎng)為中心，提供安全、快速、便捷的數(shù)據(jù)存儲和網(wǎng)絡(luò)計算服務(wù)，讓互聯(lián)網(wǎng)這片“云”上的各種計算機共同組成數(shù)個龐大的數(shù)據(jù)中心及計算中心。它可以被看成是網(wǎng)格計算和虛擬化技術(shù)的融合：即利用網(wǎng)格分布式計算處理的能力，將IT資源構(gòu)筑成一個資源池，再加上成熟的服務(wù)器虛擬化、存儲虛擬化技術(shù)，以便用戶可以實時地監(jiān)控和調(diào)配資源。

云計算更多的是指，通過千萬臺互聯(lián)的電腦和服務(wù)器進行大量數(shù)據(jù)運算，為搜索引擎、金融行業(yè)建模、醫(yī)藥模擬等應(yīng)用提供資源和超級計算能力[1]。例如某用戶想要建設(shè)一個網(wǎng)站，只需要租用運營商提供的虛擬服務(wù)器就可以了，網(wǎng)站壓力過大時，可以瞬間請求更多的資源，壓力變小時，可以將多余的資源釋放。云計算方便了用戶對計算資源的獲取和管理，從而降低成本。[2]

綜上，云計算的含義有兩個方面。它一方面描述了一種方便的基礎(chǔ)設(shè)施，用來構(gòu)造應(yīng)用程序，其地位相當(dāng)于PC機上的操作系統(tǒng)；另外一方面則描述了建立在這種基礎(chǔ)設(shè)施之上的云計算應(yīng)用。一個計算云是虛擬化的計算資源池，用來容納各種不同的工作模式，并且這些工作模式可以通過快速部署的方式部署到物理設(shè)施上。由于使用了分布式的計算技術(shù)，云計算能夠?qū)⒂嬎銛U展到更多的計算資源，以及使用冗余的資源進行容錯處理。

1.2 云計算的特征

從上述云計算的定義可以看出，云計算后端具有非常龐大、可靠的云計算中心，對于云計算使用者來說，在付出少量成本的前提下，即可獲得較高的用戶體驗。更加具體地來說，云計算具有以下6大特征：

• 以互聯(lián)網(wǎng)為中心。云計算平臺運營商以互聯(lián)網(wǎng)為中心，將存儲和運算能力分布在網(wǎng)絡(luò)所連接的各個節(jié)點之中，從而弱化終端的計算能力，使互聯(lián)網(wǎng)的計算架構(gòu)由“服務(wù)器＋客戶端”向“云服務(wù)平臺＋客戶端”演進。這意味著互聯(lián)網(wǎng)的重大變革，互聯(lián)網(wǎng)的功能將更為強大，甚至引發(fā)現(xiàn)有的企業(yè)信息化一般模式的改變。[3]
• 靈活性。使用戶能夠快速和廉價地利用技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施資源。服務(wù)的實現(xiàn)機制對用戶透明，用戶無需了解云計算的具體機制，就可以獲得需要的服務(wù)。由于能夠使用網(wǎng)絡(luò)瀏覽器接人系統(tǒng)，于是用戶可以從任何位置，利用正在使用的設(shè)備，如個人電腦或者移動電話，通過互聯(lián)網(wǎng)訪問他們所需的信息，獲得他們所需的服務(wù)。
• 經(jīng)濟性。成本大大降低，資本開支將轉(zhuǎn)換為業(yè)務(wù)支出。云計算的基礎(chǔ)設(shè)施通常是所提供的第三方，這使得用戶不需要為了一次性或非經(jīng)常性的計算任務(wù)購買昂貴的設(shè)備。以計算量為計費標準，也減少了客戶對設(shè)備知識的要求。
• 可靠性。云計算系統(tǒng)由大量商用計算機組成機群向用戶提供數(shù)據(jù)處理服務(wù)，利用多種硬件和軟件冗余機制，這使得它適合于業(yè)務(wù)連續(xù)性和災(zāi)難恢復(fù)。云計算的安全由于中央集權(quán)的數(shù)據(jù)管理而提高，這是因為供應(yīng)商能夠把資源用于進行安全審計和解決安全問題，而一般的客戶能力或者資金有限。[4]
• 可擴展性。現(xiàn)在大部分的軟件和硬件都對虛擬化有一定支持，各種仃資源，軟件、硬件都虛擬化放在云計算平臺中統(tǒng)一管理，通過動態(tài)的擴展虛擬化的層次達到對以上應(yīng)用進行擴展的目的。
• 可持續(xù)性。由于計算機及相關(guān)的基礎(chǔ)設(shè)施是主要的消費能源，供應(yīng)商出于各方面考慮，都會是通過提高資源利用率，建設(shè)更有效的系統(tǒng)，從而降低整體能耗。

2. 云計算發(fā)展現(xiàn)狀及關(guān)鍵技術(shù)

1959年，克里斯托弗·斯特雷奇首次提出了虛擬化的概念，隨后虛擬化技術(shù)不斷發(fā)展使得其已經(jīng)成為目前云計算底層基礎(chǔ)設(shè)備的技術(shù)支撐，在此之后的幾十年發(fā)展中，在1999年，Marc Andreessen創(chuàng)建的第一個商業(yè)化IaaS平臺：Loud Cloud。隨即2006年8月，Google CEO埃里克在搜索引擎大會首次提出“云計算”的概念。到2020年，通過十四年的發(fā)展，云計算已經(jīng)從一個概念成長為龐大的產(chǎn)業(yè)，有許多公司活躍的身影。如今，云計算服務(wù)是企業(yè)最先進的技術(shù)，市場還將繼續(xù)加速變化，各個云計算提供商之間的競爭繼續(xù)升溫。

2.1.1 工業(yè)界對云計算的研究與應(yīng)用情況

云計算最早起源于工業(yè)界，工業(yè)界對于云計算的研究都是圍繞產(chǎn)業(yè)化和提高效益來展開的，目的是促進產(chǎn)業(yè)發(fā)展和使自己身在未來的競爭中占據(jù)有利的地位。

Goole公司是云計算的先驅(qū)者，在其搜索引擎進行了最早的應(yīng)用，還引導(dǎo)大學(xué)生“云”系統(tǒng)的編程開發(fā)；隨即IBM在2007年11月推出的藍云（bule cloud）計算平臺，為客戶帶來即買即用的云計算平臺；亞馬遜也于2007年推出的名為“彈性計算機云”（Elastic Compute Cloud，EC2）的收費服務(wù)，當(dāng)然其他IT巨頭自然不敢落后，微軟大力發(fā)展window Live在線服務(wù)和數(shù)據(jù)訊處以及網(wǎng)絡(luò)軟件“Live Mesh”；2008年，雅虎、惠普、意特爾聯(lián)合宣布將建立全球性的開源云計算研究測試床，稱之為Open Cirrus等等這些都算是早期云計算發(fā)展的見證[5-6]。

而隨著云計算的快速興起與各大國家、企業(yè)的重視，全球企業(yè)開始廣泛使用云計算，從全球市場來看，已經(jīng)形成了“3A”的產(chǎn)品格局。亞馬遜的AWS以全球40%的全球市場份額占據(jù)全球市場份額占據(jù)龍頭之位，緊隨其后的是微軟的Azure，阿里云憑借126%的增速躋身全球第三。近幾年，亞馬遜網(wǎng)絡(luò)服務(wù)（AWS）推出了其桌面即服務(wù)（DaaS）WorkSpaces，進一步擴展其云生態(tài)系統(tǒng)[7]；微軟在2013年也推出Cloud OS云操作系統(tǒng)，包括Windows Server 2012 R2、System Center 2012 R2、Windows Azure Pack在內(nèi)的一系列企業(yè)級云計算產(chǎn)品及服務(wù)[8]；甲骨文公司也計劃布局已從云管理組件轉(zhuǎn)到Oracle、Solaris等虛擬系統(tǒng)服務(wù)[9]。除此之外在國內(nèi)云計算的發(fā)展也取得了顯著成就，以阿里云為代表位列首位，百度等企業(yè)緊隨其后。

這些應(yīng)用都是個隨著云計算的發(fā)展而創(chuàng)造的一種不同于以往的全新商業(yè)模式，在該模式下用戶不在需要關(guān)心如何根據(jù)自己的業(yè)務(wù)需求來購買服務(wù)器、軟件和解決方案，只需要根據(jù)自己的需求，通過互聯(lián)網(wǎng)來購買自己需要的計算處理資源即可。

2.1.2 學(xué)術(shù)界對云計算的研究

隨著大數(shù)據(jù)、5G時代的到來，物聯(lián)網(wǎng)的興起，人們需要對這些數(shù)據(jù)進行合理高效的利用和發(fā)掘其中的信息[14]。學(xué)術(shù)界認為云計算有海量數(shù)據(jù)存儲，將服務(wù)器、軟件等資源虛擬化等特點，所以云計算的興起為這些數(shù)據(jù)提供了重要的支持與保障。

云計算如何處理大數(shù)據(jù)的大規(guī)模任務(wù)[18]、云計算將資源放在云端如何保證計算機網(wǎng)絡(luò)存儲的安全[19]、云計算標準化問題、云層計算中心計算機性能、云計算的應(yīng)用研究、設(shè)計、算法等領(lǐng)域是學(xué)術(shù)界密切關(guān)注的熱點。云計算為社會帶來了巨大的優(yōu)勢和廣闊的前景、同時云計算的發(fā)展也存在不少的挑戰(zhàn)與隱憂，其中安全問題和隱私問題成為學(xué)術(shù)界擔(dān)憂的首要問題。

2.2 云計算關(guān)鍵技術(shù)

從各種文獻對云計算的描述可以看出，云計算以數(shù)據(jù)為中心進行密集計算，融合了多種技術(shù)。其中云計算平臺的重要技術(shù)特點是資源的分散化、虛擬化和管理的集中化[5-19]。與云計算機相關(guān)的技術(shù)至少包括以下幾個方面：

（1）虛擬化技術(shù)

虛擬技術(shù)是云計算技術(shù)的核心，可以為云計算提供系統(tǒng)虛擬層面的支持。實現(xiàn)服務(wù)器虛擬化，存儲虛擬化以及網(wǎng)絡(luò)虛擬化。

（2）分布式海量數(shù)據(jù)存儲

大數(shù)據(jù)時代產(chǎn)生的數(shù)據(jù)是海量的，而云計算的一個巨大優(yōu)勢就是快速高效處理海量數(shù)據(jù)，這種技術(shù)具備高吞吐率和高傳輸率的特點，可以滿足大量用戶的需求。

（3）海量數(shù)據(jù)管理技術(shù)

為實現(xiàn)云計算系統(tǒng)對大量數(shù)據(jù)集進行處理和分析，進而向云計算用戶提供高品質(zhì)的服務(wù)，云計算的數(shù)據(jù)管理技術(shù)必須要實現(xiàn)高效的管理大數(shù)據(jù)集。

（4）編程方式

云計算采用MapReduce編程模式，將任務(wù)自動分成多個子任務(wù)，通過Map和Reduce兩部實現(xiàn)任務(wù)在大規(guī)模計算節(jié)點中的調(diào)度與分配。

3. 云計算的發(fā)展趨勢與未來展望

3.1 云計算的發(fā)展趨勢

根據(jù)著名商業(yè)軟件聯(lián)盟組織BSA發(fā)布的《2018全球云計算評分報告》[20]顯示，中國云計算建設(shè)的主要短板在于自由貿(mào)易促進方面。在未來一段時期，國內(nèi)有可能開展自由貿(mào)易云計算試點，對外開放云計算市場。這一舉措將會使云計算用戶擁有更多更好的市場選擇機會，同時刺激國內(nèi)云計算供應(yīng)商在技術(shù)、產(chǎn)品方面加大開發(fā)建設(shè)力度，從而有利于國內(nèi)云計算在自由貿(mào)易促進方面取得良好進展。

針對全球及我國云計算市場規(guī)模的分析[21]，可以看出全球云計算市場規(guī)?？傮w呈現(xiàn)穩(wěn)定增長狀態(tài)，我國公有云市場保持高速增長狀態(tài)，私有云市場中軟件和服務(wù)占比穩(wěn)步提升。其中，阿里云、天翼云、騰訊云占IaaS市場份額前三；阿里云、騰訊云、百度云位于公有云PaaS市場前三。隨著云計算的發(fā)展，云計算服務(wù)正日益演變成為新型的信息基礎(chǔ)設(shè)施，全球各國政府近年來紛紛制定國家戰(zhàn)略和行動計劃，國際云計算政策從推動“云優(yōu)先”向關(guān)注“云效能”轉(zhuǎn)變。在注重云資源使用的同時，更注重上云的效率以及運用云計算是否能達到更好IT信息化決策的需求。所以，“云效能”是未來國際關(guān)注的重點。

未來云計算技術(shù)的發(fā)展可能會改變用戶的很多習(xí)慣[22]，用戶在使用計算機時將從以桌面為核心轉(zhuǎn)向以瀏覽器為核心，計算機將可以不安裝各種軟件或者保存各種數(shù)據(jù)進行工作。因此，未來個人數(shù)據(jù)空間管理、數(shù)據(jù)繼承以及隱私安全等問題將成為發(fā)展重點。

3.2 云計算的未來展望

當(dāng)前，在“互聯(lián)網(wǎng)+”時代背景下，云計算已然成為數(shù)字經(jīng)濟時代下的基礎(chǔ)設(shè)備，中國加快實施大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略，大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)的日益完善為云計算發(fā)展奠定了重要基礎(chǔ)，云計算也催化出大數(shù)據(jù)在應(yīng)用領(lǐng)域的“井噴”。從中國與發(fā)達國家的比較發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)云計算硬件方面取得了較快的發(fā)展，但在與云計算軟件資源相關(guān)的關(guān)鍵領(lǐng)域應(yīng)更好地參考國際模式，加大扶持推進力度，在自由貿(mào)易促進方面仍有較大的提高空間。

在人工智能的發(fā)展過程中，大數(shù)據(jù)可以幫助人工智能作出精準判斷，云網(wǎng)絡(luò)則可以保存大數(shù)據(jù)運算結(jié)果并進一步推動人工智能。因此，在整個人工智能、大數(shù)據(jù)和云計算的發(fā)展中，云計算為大數(shù)據(jù)的發(fā)展提供了堅實的基礎(chǔ)，而云計算和大數(shù)據(jù)的融合則為人工智能的發(fā)展提供著源源不斷的動力，同時，人工智能的持續(xù)發(fā)展又為大數(shù)據(jù)和云計算的發(fā)展帶來了更多的機遇。這三者之間交叉日漸頻繁，界限也日漸模糊，所呈現(xiàn)的融合發(fā)展的趨勢不可阻擋，人類也必將迎來嶄新的信息技術(shù)時代。

參考文獻：

[1]周瑩瑩,楊濤.大數(shù)據(jù)、人工智能與云計算的融合應(yīng)用分析[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新,2019(35):55-56.

[2]危烽.淺談云計算在互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用[J].電腦知識與技術(shù),2009,(03):583-584,670.

[3]劉正偉,文中領(lǐng),張海濤.云計算和云數(shù)據(jù)管理技術(shù)[J].計算機研究與發(fā)展,2012,49(S1):26-31.

[4]鄒復(fù)民,蔣新華,胡惠淳,朱銓,莊孝昆.云計算研究與應(yīng)用現(xiàn)狀綜述[J].福建工程學(xué)院學(xué)報,2013,11(03):231-242.

[5]胡慧, 王輝. 云計算技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢分析[J]. 教育技術(shù)導(dǎo)刊, 2009, 000(009):3-4.

[6]唐紅, 徐光俠. 云計算研究與發(fā)展綜述[J]. 數(shù)字通信, 2010, 37(3):23-28.

[7]亞馬遜Workspaces桌面即服務(wù)觸動DaaS市場. 天極網(wǎng)服務(wù)器頻道,2013-12-19.

[8]微軟三云合一. 中國云計算, 2013-11-16.

[9]王亞文. 云環(huán)境下面向科學(xué)工作流安全的關(guān)鍵技術(shù)研究[D].戰(zhàn)略支援部隊信息工程大學(xué),2019.

[10]李喬, 鄭嘯. 云計算研究現(xiàn)狀綜述[J]. 計算機科學(xué), 2011(04):38-43.

[11]張建勛, 古志民, 鄭超. 云計算研究進展綜述[J]. 計算機應(yīng)用研究, 2010(02):35-39.

[12]孫香花. 云計算研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J]. 計算機測量與控制, 2011, 19(5):998-1001.

[13]董曉霞, 呂廷杰. 云計算研究綜述及未來發(fā)展[J]. 北京郵電大學(xué)學(xué)報(社會科學(xué)版), 2010(05):80-85.

[14]劉曉樂, LiuXiaole. 計算機云計算及其實現(xiàn)技術(shù)分析[J]. 電子科技, 2009, 12(12):100-102.

[15]孫金強. 云計算關(guān)鍵技術(shù)[J]. 無線互聯(lián)科技, 2012(12):30.

[16]云計算發(fā)展白皮書[EB/OL]. 中國信息通信研究院，2019

[17]王亞文. 云環(huán)境下面向科學(xué)工作流安全的關(guān)鍵技術(shù)研究[D].戰(zhàn)略支援部隊信息工程大學(xué),2019.

[18]吳春毅. 云計算下針對大數(shù)據(jù)的大規(guī)模任務(wù)處理關(guān)鍵問題研究[D].吉林大學(xué),2019.

[19]趙文軍.云計算技術(shù)在計算機網(wǎng)絡(luò)安全存儲中的應(yīng)用分析[J].電子世界,2020(05):161-162.

[20]何健文.從《全球云計算評分報告》看中國云計算發(fā)展現(xiàn)狀[J].廣東科技，2019（12）.

[21]中國信息通信研究院.云計算發(fā)展白皮書（2019年）[Z].可信云（2019）.

[22]韓丹萍.云計算技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢分析[J].無線互聯(lián)科技，2019（21):7-8.