【杭州網(wǎng)站設(shè)計】透明計算/云計算操作系統(tǒng)
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中國工程院院士張堯?qū)W:透明計算/云計算操作系統(tǒng)
在19日上午舉行的大會主題演講中,來自中國工程院院士張堯?qū)W以《用戶控制的云計算:透明計算/云計算操作系統(tǒng)》為主題發(fā)表演講。
中國工程院院士 張堯?qū)W
以下是演講實錄:
尊敬的各位來賓,女士們、先生們,大家下午好,非常感謝中國電子學(xué)會給我提供這么一個機會,和大家一起溝通、交流一下我個人對于云計算的一些認(rèn)識和看法,以及我們在清華大學(xué)的一些研究成果,主要是想通過這個機會向大家學(xué)習(xí)。
我今天的演講分為三個方面,一個就是為什么要提出用戶控制的云計算這么一個概念,第二就是我在演講中提到的一個詞叫透明計算,用透明計算可以實現(xiàn)用戶控制的云計算,第三個講講透明計算實現(xiàn)控制云計算的最關(guān)鍵的因素就是一個透明計算/云計算的操作系統(tǒng)。
現(xiàn)在在云計算的專委會的推動下,在我們國家政府的領(lǐng)導(dǎo)下,業(yè)界對云計算越搞越熱,大家可以看我們的會場,兩千多人的會場基本上座無缺席,而且在各個地方,很多省市都在出巨資買了很多大型機,包括我們千萬億次的千核計算機系統(tǒng)也都用在云計算上來了,比如重慶等等很多地方,都在建大型的數(shù)據(jù)中心,所謂的云計算系統(tǒng)。
但是云計算系統(tǒng)它是大型計算中心嗎?它是大規(guī)模的數(shù)據(jù)系統(tǒng)嗎?當(dāng)然超大規(guī)模的數(shù)據(jù)中心是云計算的重要部分。云計算最重要的,我個人認(rèn)為是一種計算模式的變化,所以說通過互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,通過計算機技術(shù)和通訊技術(shù)的進步。最早提出來的單機計算機結(jié)構(gòu)正在向網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)發(fā)展,這勢必帶來計算模式的變化,而這種模式的變化就反應(yīng)在云計算里面。另外我覺得還有一種,就是哲學(xué)模式的變化,主要是人的思考模式的變化,至今為止的計算機都是以機器為中心的,就是我們的廠家把操作系統(tǒng),把中間件,把應(yīng)用的程序鎖在我們的機器上,讓用戶來使用,這樣用戶沒有挑選的余地,你要購買一個計算機的時候,你就必須買下它所有的中間件、音頻。那這個系統(tǒng)呢,就會越做越復(fù)雜。我們正在通過云計算把這種以機器為中心,向以用戶為中心做轉(zhuǎn)變,這個轉(zhuǎn)變呢,就是一種新的服務(wù)模式。最終通過云計算的實現(xiàn),要讓服務(wù)模式變成用戶在不知不覺中得到無處不在的這種服務(wù),這才是一種真正的云計算的計算模式。
我認(rèn)為云計算的核心,就是剛才最后第三個所講的,應(yīng)該為用戶提供一種不知不覺的、無處不在的服務(wù)。那么這個不知不覺和無處不在的服務(wù)怎么來體現(xiàn)呢?我覺得有幾點是非常重要的,網(wǎng)絡(luò)計算和單機計算的最大區(qū)別就是存儲和運算要分開。我們的單機,PC機也好,大型機也好,我們所有的數(shù)據(jù)和程序都是存儲在我們的硬盤上,然后通過總線,傳輸?shù)轿覀兊膬?nèi)存,然后再通過操作系統(tǒng),調(diào)度到我們的CPU上去執(zhí)行。當(dāng)我們想實現(xiàn)一種無所不在的服務(wù),我們不可能用一臺機器去實現(xiàn),就需要把那些禁止的東西、程序、手續(xù),甚至包括我們操作系統(tǒng)的程序,放到網(wǎng)上去,也就是放到我們所謂的云上面去。這就勢必帶來一個存儲和運算分開,當(dāng)然運算可以在前端進行,也可以在指定的服務(wù)上進行。另外一個很重要的條件,就是軟件和硬件互相不在一層,至今為止,大家可以看,英特爾的芯片、主板都是X86,包括我們的手機,包括我們的平板電腦,包括我們現(xiàn)在非常流行的iPad,都是和它的操作系統(tǒng)非常緊密的綁定,這樣既有廠家的利益,也有我們發(fā)展進步的障礙,但是你要為用戶提供不知不覺、無處不在的服務(wù),軟件的技術(shù)勢必要打開,如果不打開,也只能是把所有的操作系統(tǒng)都做在一個硬件上去,這個機器就非常沉重了,負擔(dān)就非常大,很難把機器做到一步。第三個,就是你要做到無處不在的,不知不覺的服務(wù),因為你必須要把這個機器做得很小,就像我們現(xiàn)在這個 iPad,盡管它可以下載很多東西,但是有限。
像我們現(xiàn)在在互聯(lián)網(wǎng)上看電視劇一樣,在我還沒看之前,就把電視劇下載下來,看一部分,一邊看后面的,一邊把前面的丟掉了,這樣呢,前端機器就沒有這么重的負擔(dān)了,所以我個人認(rèn)為,要實現(xiàn)云計算,為用戶提供的不知不覺、無處不在的服務(wù),這三個是非常重要的。
我來解釋一下什么是透明計算,我們把計算還原成一種不知不覺的用戶可控的服務(wù),它只提供這個要求,計算機網(wǎng)絡(luò)是怎么實現(xiàn)這種服務(wù)的,用戶不要去管,但是用戶可以控制。我們把它叫做一種Client,它有幾個特點,一個就是它的運算是一個虛擬化的前端,在前端上或者數(shù)據(jù)上或者臺式機上你看到的只是虛擬的,真正的程序或者執(zhí)行都是通過后臺的調(diào)動或者互相之間的配合來完成。另外它的存儲,就是所有的程序、所有的數(shù)據(jù)放在一個網(wǎng)絡(luò)化的云的后端,在前端存儲很少,或者基本上存儲程序或者數(shù)據(jù)。
它的管理是集中化的,在后端進行,然后它的終端可以做出各種各樣的、移動的,CPU也可以不要那么大的,功耗也可以做得比較低。然后它就能夠?qū)崿F(xiàn)一種用戶可選擇的服務(wù)。
它的技術(shù)特點有這么幾個,一個是它有一個在BIOS和傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)之間的開放結(jié)合,舉個例子,在英特爾的EFI,我們做一個和后端、前端互動的透明計算的管理系統(tǒng),把其他的操作系統(tǒng)也看作一種資源來進行管理。從操作系統(tǒng)的角度,因為操作系統(tǒng)是管理軟件資源的系統(tǒng),我們也把它叫做操作系統(tǒng)。這樣,它把硬件的主板和不同的軟件操作系統(tǒng)能夠通過接口的方式連接起來。另外,它對其他的操作系統(tǒng)是什么關(guān)系呢,它把其他的操作系統(tǒng)都看作一種資源來進行管理、進行調(diào)動。我們這些協(xié)議呢,當(dāng)然是至今為止很少的,這里或者說是沒有成為標(biāo)準(zhǔn),我們這里寫的一個UDP,這是個標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議,這個UDP不是傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)的 UDP,是單位站,自己形成一個單獨的協(xié)議站,這樣可以把其他的操作系統(tǒng)通過管理模塊調(diào)動到前端進行虛擬執(zhí)行。
舉個例子,它怎么來實現(xiàn)不知不覺的服務(wù)。我們有不同的平臺,有PC機、有手機,有iPad,還有家電等等。我們可以通過這樣一個透明的操作系統(tǒng),通過協(xié)議連接在一起,它可以去訪問這個云上面各種資源、各種數(shù)據(jù),給用戶提供不知不覺的服務(wù),用戶只是說我要打電話,這個電話究竟通過PC機出去還是通過手機出去,通過其他的方式出去,不要去管。
再一個,它可以通過跨軟件平臺實現(xiàn)服務(wù)。比如說我通過iPad,它可以針對不同的操作系統(tǒng),不同的用戶可以去選擇,不僅僅可以通過硬件、軟件系統(tǒng)來實現(xiàn)跨平臺的、不知不覺的服務(wù),另外它的管理功能也非常強大,可以在安全性,在可選擇方面都可以提供端到端的服務(wù)。用戶端是一個虛擬的可選擇的,通過用戶的選擇進行輕松的管理,他把用戶所要的東西,包括用戶的操作過程,舉個簡單的例子,比如說我們要對一個網(wǎng)站,在用戶進行訪問的時候,我們怎么去管理它,我們可以在服務(wù)器上裝一個管理軟件,當(dāng)你去訪問這個網(wǎng)址的時候,給你下載一個小的管理模塊,記錄你的訪問時間、訪問內(nèi)容,然后當(dāng)你從這個網(wǎng)站退出來的時候,他就把管理模塊消掉,實現(xiàn)一種虛擬的、集中的端到端的管理服務(wù)。
然后它的服務(wù),因為要做的比較輕巧,所以它是基于一種快調(diào)度的模式來實現(xiàn),我們有很多不同的終端,有手機,有平板電腦,手機和平板電腦上當(dāng)然都有 CPU,有外殼、有內(nèi)存,通過連接去訪問云,原來終端是發(fā)給我的單性主機上去,現(xiàn)在發(fā)到我的服務(wù)器上去,由后端處理,處理完了,它是什么需求,然后把需要進行服務(wù)的程序調(diào)度到前端或者調(diào)度到相應(yīng)的計算服務(wù)器上去執(zhí)行,執(zhí)行完了,用戶得到部分服務(wù)之后,再把這個程序給扔掉,扔掉以后又可以進行下一次請求調(diào)動,這樣大家可以看到我在前端可以做得非常靈活,因為它不再承擔(dān)存儲負擔(dān),這就跟大家穿衣服一樣,我要換季了,我就把冬天的衣服放在衣柜里去,穿夏天的衣服。
我們從2001年開始,就在做這件事情,我們在局域網(wǎng)上基本上實現(xiàn)了前面所說的這些功能和特點,這是我們一個例子,在局域網(wǎng)環(huán)境下實現(xiàn)多操作系統(tǒng)和多種類的各種應(yīng)用,我們現(xiàn)在基本上可以在局域網(wǎng)還有平板電腦上實現(xiàn)多操作系統(tǒng)和多種應(yīng)用的用戶選擇。比如說我們把后面看作一個云,我們從前端提出一個請求,我要用云的應(yīng)用,它就會把云上的應(yīng)用下載調(diào)動過來執(zhí)行。當(dāng)用戶得到服務(wù)了,這個執(zhí)行完了,就把它拋掉,前端又變空了,我又可以下載別的東西去執(zhí)行。
另外我們現(xiàn)在正在做另一個項目,即在手機和家電上做這個透明的計算操作,我們把這樣的手機叫做服務(wù)手機,智能太聰明不好,我就希望傻瓜一點,我本人就是傻瓜。怎么樣得到服務(wù)呢,把程序全放在后面去,包括中移動做的一個大計劃,買它多少臺服務(wù)器,但是買了服務(wù)器,你放了那么多程序干什么,所以你得要有服務(wù)手機,能從云中把你所需要的服務(wù)拿過來,你要拿過來并沒有完,放在那兒干什么。把什么拿過來呢?我就要用手機上面的系統(tǒng),主要講操作系統(tǒng)或中間件平臺要做得相當(dāng)小,我們現(xiàn)在的手機,年輕人用得挺好,我老用不好,我不喜歡用,一開機,上面東西很多,我用的很簡單,就打個電話、發(fā)個短信,最多收收郵件,其他功能我?guī)缀鯖]用,但他都賣給我了,所以我以后針對不同的用戶,當(dāng)然我不能說它不好,很多年輕人喜歡,大家上網(wǎng),他喜歡玩就需要,我不喜歡玩我就不需要,這個怎么辦?需要把手機做得相當(dāng)小,采用流動的模式來跨平臺,調(diào)動實現(xiàn)。另外我們在電視、PC機上實現(xiàn)服務(wù)數(shù)據(jù)、服務(wù)家電、服務(wù)PC,我們現(xiàn)在目前在國家項目支持下,我們服務(wù)手機進展的非常順利,我估計還有兩個月我們就能拿出一個新的東西出來。
另外,這里講一講透明計算與云計算的比較。我覺得相同點主要是存儲和計算都采用虛擬計算的模式,其次都是中央管理,面向服務(wù)的。不同之處是云計算是從服務(wù)器向終端在走。云計算實際上,我覺得當(dāng)時是因為網(wǎng)絡(luò)發(fā)展那么快,特別在楊致遠先生做了網(wǎng)站之后,如果在他后面更進一步跟進,把全世界所有的Web的概念都做進去,把很多信息都做進去,越做越大,就出來快速搜索這個事,然后出了新的Tob1,它是一種實際發(fā)展的需要,你要從學(xué)術(shù)的觀點來看,當(dāng)然現(xiàn)在他做大了,很多人都說他那個什么。因為他做得很大,大家覺得很成功,他當(dāng)時沒錢,都是用的紙箱子,最便宜的。他從網(wǎng)絡(luò)、從大型、從后端怎么快速發(fā)展找到的一個模式,沒有從前端,當(dāng)然他往前端走呢,也有一個困惑。當(dāng)時我記得2008年10月份,谷歌主管、科技的副總裁,我們?nèi)齻€人在谷歌的清華旁邊大樓里面討論了一整天,上午是三個人,下午是中國高校的大概七八十位研究計算云學(xué)的院長,我們當(dāng)時就討論這個怎么向終端反應(yīng)的問題。我覺得2008年當(dāng)時他們還沒有再講這個,后來就向這方面研究。
我個人認(rèn)為,針對云計算這個目標(biāo)的實現(xiàn),還是一個擇物的過程,因為它還是非常大,開放的,不是綁定的。所以我們要看到它的趨勢,當(dāng)然也有人說它在做 TV的操作系統(tǒng),這三端差不多了,一個家電、一個移動、一個臺式機,我覺得這個東西都不可怕,包括iPad也不可怕,iPad是存儲性,不是流動的,它還是下載,讓你買,要是流動的話就不占太多的前端資源,我覺得我們主要是從終端,從這個角度出發(fā),再到后端去。
第三個,講講操作系統(tǒng)的概念,這個操作系統(tǒng)概念有個基本的變遷過程,操作系統(tǒng)就是一個管理計算機系統(tǒng)軟件,這個大家都知道了。操作系統(tǒng)的發(fā)展,從無操作系統(tǒng),到現(xiàn)在有網(wǎng)絡(luò)功能的操作系統(tǒng),我覺得還是單機為主,它是一個單機的操作系統(tǒng)加上協(xié)議形成的,現(xiàn)在是一個新型操作系統(tǒng)時代。大家在那兒盤旋,但是沒有形成一個真正一統(tǒng)天下的系統(tǒng)。以單機作為資源管理和運行平臺。
另外一個就是新型操作系統(tǒng),IOS,包括我們做的這個TNOS,它的資源管理和運行平臺是以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)。另外它是一種可載系統(tǒng)。另外我們把前端的功能要考慮的前瞻、虛擬、可移動。另外前端的啟動要非常快。一個小系統(tǒng),你做這么慢肯定沒用戶。還有一點就是我們說的,把傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)也看成這樣,不要把新的操作系統(tǒng)和傳統(tǒng)操作系統(tǒng)弄成一個層次的東西。我覺得開放本身是一件什么都可以討論的事情,不要一講操作系統(tǒng)就是一個新的Windows,我去做一個更底層的BIOS管理的東西。
為什么要提出這么一個新的概念,主要考慮這么幾個,一個就是單機的OS可不可以看作一類網(wǎng)絡(luò)資源,我們既然是網(wǎng)絡(luò)了,我們就要重新討論管理的基本單位是什么,在多大一個范圍內(nèi)討論,是以一臺機器為基本單位,還是以互聯(lián)網(wǎng)為基本單位。還有就是底層的網(wǎng)絡(luò)資源,現(xiàn)在管理是在管理,但都是分散的,網(wǎng)絡(luò)為什么脆弱,每一個資源管理都是分散的,我們有沒有辦法給它進行結(jié)構(gòu)化。就是有組織地來管理,這樣就可以改變它的脆弱性。還有就是這個底層資源你要進行管理的話,怎么樣進行統(tǒng)籌、存儲、調(diào)動,還有怎么樣為用戶服務(wù),這些問題,傳統(tǒng)模式都有這樣的問題,解決不了,你就有新的東西出來,新的怎么出來,就依靠大家思考。
再有就是我們想做的東西,有很多觀念都要變,并帶來計算機科學(xué)的變化,比如說網(wǎng)絡(luò)資源的調(diào)動,它是純虛擬還是半虛擬還是部分虛擬,然后網(wǎng)絡(luò)終端,還有資源的回收,還有后端的搜索、導(dǎo)航等等,我舉一個例子,比如我這個單機終端和網(wǎng)絡(luò)終端的區(qū)別。單機終端,我在執(zhí)行的時候發(fā)現(xiàn)這個東西沒有了,他去找一些東西。在網(wǎng)絡(luò)中,找了前端交換區(qū),因為前端沒有硬盤就沒有交換區(qū),他可能找后端的緩沖區(qū),再找后端的交換區(qū),這個過程就有一個中斷,這就需要新的協(xié)議出來了,在終端傳輸這一層,需要高速的傳出終端協(xié)議。
我舉一個操作系統(tǒng)TNOS的例子,這是我們做的操作系統(tǒng),這個操作系統(tǒng)已經(jīng)實現(xiàn)了,我們客戶端可以由很多,都不要你裝的,硬件已經(jīng)給你裝好了,它有 EFI,這個上面我們還加了SNP。IOS所講的也是前端的,我們通過后端的交換、調(diào)動,再把后端的數(shù)據(jù)和程序拿到前端去執(zhí)行。這是國際上一家很著名的大公司,把我們這個Tnos拿去和微型機比較,但是它的結(jié)論對我們非常有利,我把它翻譯了一下,總的認(rèn)為我們的比那個要好得多。
我認(rèn)為云計算會帶來新的產(chǎn)業(yè)鏈的變化,這種變化既是各種新型終端的發(fā)展,我認(rèn)為我們主要機會有兩個,一個是終端還有一個就是應(yīng)用。再有新的系統(tǒng)軟件,促進我們軟件和服務(wù)業(yè)發(fā)展。再個模式的變化,另外學(xué)術(shù)上也是單機向網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)化。這種模式就是一種,很多問題就是我們做的過程中的一些考慮,不一定正確,只是向各位同行匯報一下,希望大家提出批評意見,謝謝。
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