伯克利云计算白皮书-中文翻译

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1、伯克利云计算白皮书伯克利云计算白皮书Michael Armbrust， Armando Fox，Rean Griffith，Anthony D. Joseph，Randy H. Katz，Andrew Konwinski，Gunho Lee，David A. Patterson，Ariel Rabkin，Ion Stoica，Matei Zaharia 加州大学伯克利分校加州大学伯克利分校 电子工程和计算机科学系电子工程和计算机科学系译者按译者按 “云计算”一词自出现以来，在产业界和学术界就掀起了波澜，众说纷纭，莫衷一是。 在一些人眼里（如 Google、IBM） ，云计算是未来的方向、潮流和

2、必然，他们迫不及待的拥 抱云计算；而在另外一些人眼里（如 Oracle 公司总裁 Larry Ellison、GNU 发起人 Richard Stallman） ，云计算只是又一个商业炒作的概念，毫无新意，甚至蠢不可及。在过去的一年 中，已经有大量的关于云计算的文章见诸博客、报纸、杂志和严肃的学术刊物。但本文无 疑是迄今为止关于云计算最重要的文章之一。 文章的作者是分布式计算领域最有影响力的研究团队之一，领衔者 David A. Patterson 是 计算机界的权威，曾担任伯克利计算机系主任和美国 ACM 主席，本文是他们长达六个 多月工作的结果，详细解答了什么是云计算、和以前的模型如 Sa

3、aS 有什么不同、为什么现 在是云计算发展的最佳时机、云计算将创造什么新的机遇、有哪些挑战以及如何应对等一 系列问题。 文章以内部技术报告方式发表于 2009 年 2 月 10 日，原文标题为“Above the Coulds: A Berkeley View of Cloud Computing” 。全文可从如下地址下载： http:/www.eecs.berkeley.edu/Pubs/TechRpts/2009/EECS-2009-28.pdf。 原文篇幅超过 20 页，本文为其节选，翻译全文可从上海超级计算中心网站下载。1 云计算：一个即将实现的古老梦想云计算：一个即将实现的古老梦想云

4、计算是计算作为基础设施这一长久以来梦想的新称谓，它在最近正快速变为商业现 实。但到底什么是云计算？什么时候运用云计算会有效？这些问题仍然没有得到明确的解 决。 我们这篇论文的目的，就是要明确一些术语，提供简单的公式来量化比较云计算和传 统计算，并明确阐述云计算的发展的最大技术和非技术挑战，及相应存在的机遇。我们将 尝试回答以下问题： 1 什么是云计算，它与以前的模型如什么是云计算，它与以前的模型如 SaaS 有什么不同？有什么不同？ 2 为什么现在正是云计算要发展的时候，而以前的尝试都是失败的？为什么现在正是云计算要发展的时候，而以前的尝试都是失败的？ 3 成为云计算供应商需要什么条件？为什么

5、公司需要考虑成为一个云计算的供应商？成为云计算供应商需要什么条件？为什么公司需要考虑成为一个云计算的供应商？ 4 云计算将创造什么新的机遇？云计算将创造什么新的机遇？ 5 如何对现有的云计算产品进行分类，他们在技术和商业上各有什么不同的挑战？如何对现有的云计算产品进行分类，他们在技术和商业上各有什么不同的挑战？ 6 云计算可能创造什么新的经济模型？服务运营者改如何决定将服务转移到云中还是保云计算可能创造什么新的经济模型？服务运营者改如何决定将服务转移到云中还是保 留在私有数据中心里？留在私有数据中心里？ 7 云计算成功的云计算成功的 10 大挑战是什么？相应有什么解决方案？大挑战是什么？相应有

6、什么解决方案？8 将来的应用软件、基础软件和硬件都需要为适应云计算作哪些设计上的改变？将来的应用软件、基础软件和硬件都需要为适应云计算作哪些设计上的改变？2 什么是云计算？什么是云计算？云计算包含互联网上的应用服务及在数据中心提供这些服务的软硬件设施。互联网上 的应用服务一直被称作软件即服务（Software as a Service, SaaS） ，所以我们使用这个术语。 而数据中心的软硬件设施就是我们称作的云（Cloud） 。当云以即用即付的方式提供给公众的时候，我们称其为公共云，这里出售的是效用计 算。当前典型得效用计算有 Amazon Web Services、Google AppEn

7、gine 和微软的 Azure。不对 公众开放的企业或组织内部数据中心的资源称作私有云。因此云计算就是 SaaS 和效用计算， 但通常不包括私有云。在本文中，除非会引发歧义，否则我们将使用云计算这个术语。图 1 表示了云计算各层中的用户和供应商，我们将使用这些术语使我们的论点更将清晰。SaaS 对于最终用户和供应商的好处已经被广泛认识了。服务提供商只需要关注软件的 安装、维护和版本的集中控制；最终用户可以在任何时间、任何地点访问服务，更容易共 享数据和劳动，并安全的将数据存储在基础系统中。云计算不会改变这一切，而且还能为 更多的应用服务供应商提供选择，因为他们可以在没有数据中心的情况下将他们的

8、产品以 SaaS 方式发布。正如半导体代工的出现使芯片公司可以不拥有生产线而专注于芯片设计与 销售一样，云计算使企业能不建立和提供数据中心就可以方便的发布 SaaS 服务。如同 SaaS 供应商减轻了传统的软件使用者的许多困难一样，云计算供应商将可以极大的帮助 SaaS 供 应商。图 1：云计算的用户和供应商从硬件上看，云计算在三方面突破了传统。 1 云计算能所需应变的提供使似乎无限的计算资源，云计算终端用户无需再为计算力准 备计划或预算。 2 云用户（SaaS 服务供应商）可以根据需要，逐步追加硬件资源，而不需要预先给出承 诺。 3 云计算提供其用户短期使用资源的灵活性（例如：按小时购买处理

9、器或按天购买存储） 。 当不再需要这些资源的时候，用户可以方便的释放这些资源。我们认为这三点都是云计算可能对技术和经济造成的重要变革。事实上，我们注意到，过去在效用计算上的努力都失败了，正是因为遗漏了这三大特性中的一到两点。举例来说， 2000-2001 年的英特尔计算服务要求以合同方式被长期使用，而不是以小时为单位的购买 方式。云计算对于其用户（SaaS 供应商）的吸引力已经非常明了了，那么谁将成为云计算的 供应商呢？他们为什么要这样做？首先，实现所谓复用性和大宗采购这样的规模经济需要 建立超大型数据中心。建造、提供、启动这样一个数据中心需要数百万美元的投资。另一 个重要的条件是，这些公司还

10、必须开发出可扩展的基础软件（如 MapReduce、Google 的文 件系统、BigTable 和 Dynamo）以及配备专业的运维人员，以确护数据中心免受物理或电子 攻击。因此，成为云计算供应商的必要非充分条件是：必须已经拥有非常大型的数据中心、因此，成为云计算供应商的必要非充分条件是：必须已经拥有非常大型的数据中心、 大规模的基础软件和运维数据中心的高级人才。大规模的基础软件和运维数据中心的高级人才。在此前提下，以下因素也可能影响一个公 司是否能成为云计算的供应商： 1 能挣很多的钱能挣很多的钱。一个足够大的公司仍然可以利用规模经济，以低于中等规模公司的成 本提供很好的服务，同时获得可观

11、的利润。 2 利用已有的投资利用已有的投资。在现有体系中增加云计算服务，可以新增一种收入方式。理想情况 下，追加的成本并不高，而且能分摊前期数据中心的巨大投资。 3 捍卫特许经营权捍卫特许经营权。随着传统服务器和公司应用转入云计算，拥有特许经营权的供应商 将希望为他们自己的应用提供云。 4 占据技术要塞占据技术要塞。拥有足够数据中心和软件资源的公司都希望在云计算时代真正来临之 前建立自己的立足点。Google AppEngine 提供了另一种迁移到云环境的方式。它的吸引 力在于它提供大量自动化的可扩展性和负载均衡的功能，这样开发人员不再需要在开 发中考虑这些问题了。 5 利用客户关系利用客户关

12、系。IT 服务企业，如 IBM 全球服务通过他们提供的服务，拥有广泛的客户 关系。提供一个品牌的云计算，客户可以不用担心迁移过程，从而维持双方的投资和 客户关系。 6 成为一个平台成为一个平台。正如我们所见到的那样，Facebook 提倡的应用程序插件方式是非常适 合云计算的。Facebook 应用插件的提供商 Joyent，同时也是一个云计算供应商。但是， Facebook 的动机是让他们的社交网络应用变成一个新的开发平台。3 云的大风暴：为什么是现在？云的大风暴：为什么是现在？尽管我们认为建造和运营超大规模商用数据中心是云计算可能的前提，但是技术发展 的趋势和新的商业模式是使之现在能成为现

13、实的关键。一旦云计算开始腾飞，以前无法理 解的应用机遇和使用模型都将被发现。3.1 新技新技术趋势术趋势和商和商业业模式模式随着 Web 2.0 的出现， “高接触、高利润、高承诺”的服务提供方式正在朝“低接触、 低利润、低承诺”的自助式服务转变。Amazon Web Services 根据这一观点，在 2006 年提 供无合同的即用即付计算服务：所有用户需要的只是一张信用卡。第二个创新点就是出售 硬件级的虚拟机时，允许客户互不影响地选择他们各自需要的软件，通过共享硬件降低成本。3.2 新的应用机遇新的应用机遇虽然我们还没有看到云计算从根本上创造新型的应用，但是我们认为，几个重要类型 的现有应

14、用将变得更加引人注目，并在将来推动云计算的发展。Jim Gray 在 2003 年调研技 术发展趋势的时候得出这样的结论：经济必要性要求我们将数据存储在应用程序的附近， 因为广域网的成本（保持相对昂贵）比其他所有 IT 硬件设备的成本都要降低得更慢。虽然 自 Gray 分析之后，硬件成本已经发生了改变，但是他的“盈亏平衡点”的观点并没有改变 过。移动互动应用程序移动互动应用程序。Tim OReilly 认为“将来是属于那些能对人或者其他传感器提供实时响 应的服务” 。这种服务是非常适合云的，因为他们不仅要求高可用性，而且通常需要大型数 据中心妥善存储大量数据。更突出的例子就是那些需要综合两个或

15、多个源信息或服务提供 综合服务的应用，如 mushups。 并行批处理程序并行批处理程序。云计算为批处理和数据分析提供了独特的机遇，TB 级的数据分析将可以 在数小时内完成。如果应用程序中的数据具有足够的并行性，用户可以利用云提供的成本 特性，即相同成本下同时使用大量机器能在短时间内完成少量机器需要长时间才能完成的 工作。 分析需求的兴起分析需求的兴起。计算密集型批处理的典型案例就是商业分析。虽然大型数据库工业起初 主要针对事务处理，但是这种需求已经不再增长了。现在越来越多的计算资源用于理解客 户、供应链、购买习惯及排名分析等数据分析问题上了。因此，网数据库处理的资源平衡 点正在从事务转向商业

16、分析。 计算密集型桌面应用程序的扩展计算密集型桌面应用程序的扩展。最新版本的数学软件包 Matlab 和 Mathematica 可以通过 云计算进行复杂的评估计算。其他的桌面应用程序可能同样可以无缝地扩展到云。 地域局限的应用程序地域局限的应用程序。一些应用程序可能本身非常适合云的伸缩性和并行性，但是却因为 数据传输成本或者数据传输延迟的根本性限制而不得不放弃使用云计算。除非广域网数据 传输的成本（或者延迟）降低，否则这样的应用程序就不适用于云。4 效用计算分类效用计算分类任何应用都需要计算模块，存储模块和通讯模块（这里假设应用是简单分布的） 。对于 获得弹性和无限计算能力（需要将资源进行虚拟化）可复用性是必要的（如何实现复用与 共享是被程序员所隐藏的） 。我们的观点是，不同的效用计算将由展现给开发者的抽象层次 的不同和各种计算存储资源管理层次的不同这两者所决定的。 Amazon EC2 是一个典型案例。一个 EC2 实例看上去像一台物理硬件，用户可以控制几 乎除核心以上的所有软件堆栈。另外一个典型案例是