云计算的产生与发展-《云计算原理与技术》

1.云计算的产生

1)新的商业模式——云计算服务的出现

2006年8月，在圣何塞举办的搜索引擎战略大会(Search Engine Strategies Conference，SESC)上，谷歌(Google)首席执行官施密特(Eric Schmidt)提出了“云计算”的概念。

云计算商业模式和技术已经发展了很长时间，并在实践的过程中逐步演进。人们对云计算的认知已经发生了质变，将其理论化、体系化势在必行。

Google虽然为云计算命名，但真正明确云计算商业模式的是亚马逊(Amazon)。在施密特提出“云计算”概念后，Amazon推出了动态计算云(Elastic Compute Cloud，EC2)服务，将“云”这个名词包含在内。Amazon公司以前主要销售图书、DVD、计算机、软件、电视游戏、电子产品、衣服、家具、计算资源等一切适合电子商务的“商品”。Amazon创始人杰夫·贝佐斯认为，“PC＋软件”和从“云”里取得服务的方式，既是技术的问题，也是商业模式的问题。为了让网站支持大规模的业务，Amazon在基础设施建设上花了很大功夫，积累了很多经验。为了将平时闲置的计算资源作为商品出售，Amazon公司先后推出了3S(Simple、Storage、Service，简单、存储、服务)和EC2等存储、计算租用服务。

在Amazon之前，很多具有云计算特征的服务，仍然是互联网服务。Amazon推出基础设施即服务(Infrastructure as a Service，IaaS)后，云计算的商业模式独立出来，成为云计算服务。

2)云计算服务的底层支持——云计算平台

云计算服务是一种新的商业模式，面向海量用户提供永远在线、随时访问的可用服务，并支持多用户按需获取服务资源，保证服务的可靠性，要求底层IT系统支持这样的服务模式。伴随着云计算服务理念的发展，云计算形成了一整套技术实现机制，云计算平台是这套机制的具体体现。

云计算平台与操作系统类似，管理着一个可扩展的网络超级计算机。这个操作系统将大量分布于各地的计算机通过网络连接起来，使之在逻辑上以整体的形式呈现。在不同的应用需求出现时，系统可以快速调动各种软、硬件资源协同工作，完成计算、存储和沟通任务，用户无须关注实现细节。网络超级计算机的可扩展性可以根据需要添加或者删减计算资源，其展现出的性能会呈现近似线性的变化。

3)云计算的定义

目前，云计算还没有一个统一且被各方接受的定义，如果想要完整地认知云计算，需要从服务和平台两个方面理解，涵盖云计算服务和云计算平台两个概念，云计算既是商业模式，也是技术。

云计算是一种新型的计算模式，把IT资源、数据、应用作为服务通过互联网提供给用户。云计算也是一种基础架构管理的方法论，大量的计算资源组成IT资源池，用于动态地创建高度虚拟化的资源提供给用户。

云计算服务可以划分为3个层次，即基础设施即服务、平台即服务(Platform as a Service，PaaS)和软件即服务(Software as a Service，SaaS)，按需使用和付费。

4)云计算平台与云计算服务

云计算平台和云计算服务的关系，如同底层基础和上层建筑的关系。云计算平台可以将大量计算资源集中起来，协同工作，支撑上层服务的运行。云计算服务的丰富和扩展，对底层平台不断提出发展的要求。

云计算服务以商业服务模式为主要的推动力，可以运行在传统的底层架构上，底层技术平台的选择可以起到辅助和提升的作用。云计算平台通过先进的技术手段构建全新的基础平台或改造旧有的底层架构，为所有的应用和计算服务提供底层支撑而不局限于云计算服务，如目前正在研究在云计算平台上实现大规模模拟计算的并行计算框架，以及利用云计算平台解决企业面临的海量数据存储或系统管理问题。

云计算平台在设计上针对大用户、大数据和大系统的问题提出了解决办法，由云计算平台支撑的云计算服务，不仅可以提高服务的效率，还可以充分发挥平台的能力和优势。因此，云计算平台在目前更适合推广云计算服务，只有二者的完美结合，才能实现在大规模用户聚集的情形下以较低的服务成本，提供具有高可用性和高可靠性的服务，从而保持业务的持续发展和在商业竞争中的优势。

2.云计算的发展

1)云计算从初期的冷清到社区的活跃，以及标准化的推进

2006年，当Amazon推出第一个云计算服务的时候，在大多数人眼中这不过是一个高投入、低利润的产业，既没人看好也乏人问津。这样又默默耕耘了两年，直到《经济学人》杂志破天荒地用整期内容对云计算做了全方位深度报道之后，这项技术才算引起社会注意，逐渐在产业界火热起来，极大地吸引了中外学术研究领域的兴趣，推动了相关技术标准和商业模式的研究进展。

(1)云计算的论坛与研讨会异常活跃。

云计算论坛在世界各地兴起，各种研究机构十分活跃。关于云计算的各种形式研讨会几乎每个月都有。投资者和提供者均看好云计算的发展，关于云计算的商业模式和业务创新的研究层出不穷。

(2)云计算的标准化进程稳步推进。

制订云计算标准的开放云联盟(Open Cloud Consortium，OC)宣布成立，成员包括伊利诺伊大学、美国西北大学、约翰霍普金斯大学、芝加哥大学和加州传讯及信息科技研究院。思科是第一家公开加入该组织的IT厂商，接着有更多的厂商参加进来。

在云计算的国际标准化方面，信息技术领域的国际标准化官方组织ISO/IEC JTC1(国际标准化组织国际电工委员会、第一联合技术委员会)已正式成立了两个相关的标准研究组，即SO/IEC JTC1/SC7下设的云计算中IT治理研究组和ISO/IEC JTC1/SC38下设的云计算研究组。云计算标准化的内容包括开放云计算接口、云计算基准(Benchmark)、云计算参考实现、计算试验平台等。

(3)中国积极开展云计算的研究。

中国是发起成立SC38的主要国家，为我国组织研究制订云计算领域的国际标准奠定了坚实的基础，实现了我国在ISO/IEC JTC1工作中由“被动跟随”到“积极引导”的历史性突破。工业和信息化部与国家标准化管理委员会联合组织开展云计算标准化工作，由中国电子技术标准化研究所具体牵头，充分发挥信息技术标准工作组的平台作用，组建云计算标准化产业联盟，并与国际标准化工作衔接。中国电子学会专门成立了“云计算专家委员会”，正在跟踪国内外云计算科技研究和产业发展趋势、重视领域人才培养、积极参与各个层面的决策咨询、参与制订云计算技术产业规范、加强与企业界的联系(为企业提供高水平、实用性强的技术培训，如CMM项目经理培训、系统分析员培训)等方面积极开展相关工作。

2)云计算发展已形成的五大趋势

在十多年之后的2017年，Amazon云科技的首席云计算顾问费良宏发表了其云计算已有五大趋势看法:全球化基础设施的扩张加速；大型企业拥抱云计算；混合架构提供了新的机遇；Serverless架构的普及；物联网(The Internet of Things，IoT)爆发。

(1)全球化基础设施的扩张加速。

云计算的用户对于数据的位置通常有自己的偏好，网络的低延迟也是不容回避的需求。此外，合规性也是云计算服务提供者必须满足的优先项。所有这些都会导致在接下来的一段时间内云计算基础设施继续保持扩张的趋势。以Amazon云科技为例，除了常规的自有数据中心之外，为了实现最佳客户体验，Amazon云科技还定制化和自行研发了集成电路、网络路由器芯片、路由器、服务器、存储设备等大量硬件设备。在最新的夏威夷跨太平洋光纤线缆网络工程中，Amazon云科技建成长达14 000千米的海底光缆，以连接新西兰、澳大利亚、夏威夷和俄勒冈等地，最深处为海平面以下6 000米，其中很多工程挑战已经超出了一般科技公司的工作范畴。

这种变化除了已知的优点之外，还包括一些新的挑战出现，即利用全球化基础设施时需要解决的成本管理、灾害控制和高可用性的架构设计以及可移植性等方面的问题。

(2)大型企业拥抱云计算。

如果说过去的几年人们提起云计算的受益者，通常都会列举诸如Airbnb、Netflix Supercell这类明显带有互联网特质的公司。而过去的几年，新增了一些“不同寻常”的名字，如全球最大的快餐连锁企业麦当劳。在充分利用了云计算优势以后，系统的性能提升了66%。麦当劳的POS系统有超过300 000台POS设备，系统每秒钟实现的交易达到了8 600笔。还有高盛、花旗银行及Capital One等。

最为传统和保守的银行业也启动了云计算的应用，还有美国金融业监管局(The Financial Industry Regulatory Authority，FINRA)。根据FINRA的CIO Steve Randich的介绍，FINRA已将其75%的业务操作迁移至Amazon云科技云计算平台之上。利用云计算获取、分析、存储了每天产生的高达750亿条之多的记录。按照其描述，这个改变在成本上的直接的变化就是每年会节省2 000万美元。

对于企业而言，云计算已经不再是一个可选项，而是企业发展的必然选择。借用Gartner的说法就是Cloud is not a strategy，it is a tactic(云计算已经不再是一个战略问题，它是个战术问题)。

(3)混合架构提供了新的机遇。(www.xing528.com)

2016年11月份，福布斯披露了其针对全球302位企业高管所做的一项关于云计算的调查。调查的结果显示在企业市场，混合架构(有人称其为混合云)的场景将会越来越普遍。企业的工作负载将会根据需要在云以及本地IT之间频繁地迁移。对于这些企业而言，成本已经不再是考量的唯一要素。云计算的其他优点，如敏捷性、弹性支持的能力会越来越被看重。

从企业来看，安全性依然是最被看重的方面。而云计算带来的性能和效率的提升得到最多的认同。超过1/3的管理者表示大规模的交易系统最适合应用在云计算之上。随着混合架构重要性的提升，出现云计算和本地IT环境间迁移的大量需求。这个挑战对于传统的IT人员来说是一个极大的难题。这需要新的能力，但也是一个新的机遇。

(4)Serverless架构的普及。

Serverless架构是一个比较新的事物，其出现不过几年而已。所谓的“无服务器”不是真的脱离了物理上的服务器，而是指代码不会明确地部署在某些特定的平台或者硬件的服务器之上。运行代码的托管环境是由云计算厂商所提供的。

从技术角度来看，这并非什么新的技术，无非是利用了Linux内核中已经实现的诸如cgroups、namespace一类的资源隔离和管理能力而提供的一种新的代码运行环境。这种环境的一个极大优势在于，系统架构中最为复杂的扩展性、高可用性、任务调度以及运维等工作已经由服务提供者代为管理。由此，可以步入一个新的系统开发的境界——no－Architecture(无架构师)、no－Ops(无运维)。

从熟知的程序运行环境的变迁也可以解释这种新的变化，从最初的物理服务器进化到虚拟化提供的虚拟机，由虚拟机进化到容器，而今天Serverless架构又提供一个比容器更轻量、更简单的环境。在Serverless的世界里面，Amazon云科技扮演了非常重要的角色，人们期待这个领域会有更大的发展。

(5)物联网(IoT)爆发。

IoT是基于互联网、传统电信网等的信息承载体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象形成万物互联的网络。困扰IoT发展的IoT平台，随着云计算的发展而得到了长足的进步。以Amazon云科技提供的IoT服务为例，它可以支持数十亿台设备和数万亿条消息，其可以对这些消息进行处理并将其安全可靠地路由至终端节点和其他设备。而且这样的一个平台可以极大地简化开发IoT应用的复杂性。

而Amazon IoT Button则带来了IoT设备的一个新的思路。这是一款可编程的简单的Wi－Fi设备，非常易于配置。通过这样一个简单的设备可以快速开发出诸如一键购买、汽车解锁、智能家居控制、住客签到等。

对于IoT应用，低功耗广域网(Low－Power Wide－Area Network，LPWAN)也是进步惊人。相比于短距技术(蓝牙、Wi－Fi、ZigBee紫蜂低速短距离传输的无线网上协议等)，LPWAN无须额外部署汇聚网关，大大降低了用户的部署成本和复杂度，应用终端即插即用消除了部署限制。2016年6月，窄带物联网(Narrow Band Internet of Things，NB－IoT)技术协议获得了第三代合作伙伴计划(3rd Generation Partnership Project，3GPP)无线接入网(Wireless Access Network，RAN)技术规范组会议通过，在2017年投入商用。远距离无线电(Long Range Radio，LoRa)作为一种无线技术以较低功耗远距离通信，对建筑物的穿透力很强。LoRa的技术特点更适合低成本大规模的IoT部署，如智慧城市。仅在2016年已经有17个国家公开宣布建网计划，120多个城市地区有正在运行的LoRa网络。2021年9月中国工信部等八部委印发《物联网新型基础设施建设三年行动计划(2021—2023)》更是将IoT新型基础设施建设在中国上升到新的高度。

困扰IoT的平台以及网络等瓶颈，因为市场的发展和技术进步而得以消除，迎来了IoT的爆发。

3)云计算技术及云基础设施的近期展望

于2019年，所进行的值得关注的近期云计算技术及云基础设施五大展望分析如下。

(1)容器和Kubernetes(简称K8s)在企业数据中心的兴起。

企业以比预期快得多的速度拥抱容器。蓬勃发展的开源社区与成熟商业产品的可用性相结合，为企业客户提供了信心。K8s已成为企业容器PaaS平台的事实标准。从传统OS供应商到现代PaaS提供商，每个主要的平台供应商都有一个商业K8s产品，使之成为其数据中心的新操作系统。K8s技术于2014年由Google提出后得到快速发展，特别是近期在企业中迅速崛起。容器通过弥合传统和现代应用程序，以及内部和公共云基础设施之间的差距来重新定义混合云。Google发布了预览版(Google K8s Engine，GKE)，该预览将经过验证的容器即服务(Communications as a Service，CaaS)紧密集成到公有云中——Google K8s Engine。微软正在迅速将Azure K8s服务引入Azure Stack私有云平台。IBM正在押注IBM Cloud Private——一个基于K8s的混合云平台。

传统的PaaS已逐渐转变为容器管理平台。PaaS行业的领导者红帽和Pivotal已经接受了K8s作为其平台的基础。人们会见证PaaS向CaaS的全面转型。

(2)专用硬件的普及。

在计算的初始阶段，软件是为基于Intel X86或SPARC的通用硬件体系结构编写的。最终，英特尔成为操作系统供应商和应用程序供应商的最低共同标准。

公共云改变了硬件和CPU市场的现状。为了推动经济和效率的规模，像Amazon、Google、微软和Facebook这样超大规模供应商开始构建与Intel CPU互补的自定义硬件和处理器。随着诸如机器学习和高性能计算之类的小生产环境成为公共云采用的关键驱动因素，超大规模提供商正在转向定制硬件以加速应用程序的性能。

于2019年，已出现了定制芯片取代通用软件的趋势。为虚拟化、图形化和高性能计算机(High Performance Computing，HPC)群编写的软件所完成的繁重工作将转移到提供大量性能和效率的特定构建的硬件上。

微软面向实时人工智能应用的深度学习加速平台Project Brainwave中使用的现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)和Google Cloud TPU(Google专为机器学习打造的专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)，解决了企业在部署人工智能应用中的痛点)等专有加速器变得更加突出。

(3)多云不再是一个流行语。

企业正在投资多个云平台，以降低供应商锁定和单点故障的风险。大型企业客户在运行关键业务时至少使用两个云供应商。常见的模式是使用对象存储来维护额外的冗余层；在不同的云平台中部署DR站点也是多云的常见用例。但这些模式并没有给企业带来真正采用多云的好处。

2019年以后，客户已更多地联合多个云平台以运行分布式业务。可以在一个云平台中运行遗留事务数据库，而在另一个云平台中运行新事务数据库。由于业务特性和需求的不同，客户将选择最优秀的云供应商来运行相应的业务。

K8s演变成为多云的结构。当下将K8s作为首选部署工具的客户将享受多云和可移植性的好处。

(4)DevOps的下一阶段。

从字面上看，“DevOps”一词是由开发(Development)和运维(Operations)组合而成，但所代表的理念和实践要比这广阔的多。DevOps涵盖了许多方面。

两个主要趋势将影响当前的DevOps:模型－容器和人工智能(Artificial Intelligence，AI)。传统的DevOps工具是专门为供应、调度、配置和管理虚拟机的生命周期而设计的。容器带来了不同级别的抽象，消除了直接管理虚拟机的需要。诸如不可变基础设施、代码等基础设施和自愈应用程序之类的概念使得传统的DevOps工具不那么相关。

人们将目睹新一批DevOps公司提供高效的持续集成/持续交付(Continuous Integration/Continuous Delivery，CI/CD)流水线，具有更好的可观察性和微服务的安全性。与其他基础设施领域一样，容器也将加速DevOps市场的变革。

将AI应用于DevOps导致了减少人工干预需要的AIOps的出现。从异常检测到根本原因分析，从预测性扩展到智能监控，基于AIOps的技术成为智能运营工具。它甚至可以用智能自动化取代L1和L2(两个正则化方法)支持团队。AIOps成为DevOps的重要趋势。

(5)CaaS和FaaS的融合。

无服务器计算(Serverless)不再是一个流行语。它正在成为发展最快的云服务交付模型之一。Amazon、Google、IBM和微软在它们各自的公共云环境中提供无服务器计算模型。

功能即服务(Functions as a Service，FaaS)是无服务器计算的交付模型之一，其中开发人员上传打包为模块化函数的代码片段。调用这些函数是为了响应由各种外部源(如数据库、存储容器、流，甚至用户界面)生成的事件。AWS Lambda、Azure Functions、Google Cloud Functions和IBM Cloud Functions是公共云中的一些事件。

在KubeCon 2018大会上，讨论最多的是无服务器。业界正在共同努力使K8s成为部署事件驱动功能的平台，这些功能是根据内部和外部事件调用的。FaaS成为容器世界的主要方向，定义FaaS的通用标准以实现功能的可移植性和互操作性。现在人们已看到云计算发展的两个趋势，即CaaS和FaaS的融合，以及FaaS的标准化了。

在Re:Invent技术大会上，AWS又更进一步推出Outpost、Wavelength、Local Zones这样更灵活更高效的云服务，可以预见，其他大厂也会跟着推出克隆产品。曾经的AWS创新，现在是云服务标配；同样，现在的AWS创新，就是未来的云服务标配。

AWS推出了在线技术大会AWS INNOVATE(如AWS INNOVATE 2020就是在线会议)，目前在线便可以了解云服务未来的趋势了。