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(jī)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(jī)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(jī)，包括我們千萬億次的千核計算機(jī)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(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)的進(jìn)步。最早提出來的單機(jī)計算機(jī)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(jī)都是以機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(diǎn)是非常重要的，網(wǎng)絡(luò)計算和單機(jī)計算的最大區(qū)別就是存儲和運(yùn)算要分開。我們的單機(jī)，PC機(jī)也好，大型機(jī)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(jī)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(yùn)算分開，當(dāng)然運(yùn)算可以在前端進(jìn)行，也可以在指定的服務(wù)上進(jìn)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(jī)，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(jìn)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(jī)器就非常沉重了，負(fù)擔(dān)就非常大，很難把機(jī)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(jī)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(jī)器就沒有這么重的負(fù)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(jī)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(diǎn)，一個就是它的運(yùn)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(jī)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(jìn)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(diǎn)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(jìn)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(jìn)行管理、進(jìn)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(dú)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(jìn)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(jī)、有手機(jī)，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(jī)出去還是通過手機(jī)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(qiáng)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(jìn)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(jìn)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(jī)，有平板電腦，手機(jī)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(jī)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(jìn)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(jìn)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(fù)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(diǎn)，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(jī)和家電上做這個透明的計算操作，我們把這樣的手機(jī)叫做服務(wù)手機(jī)，智能太聰明不好，我就希望傻瓜一點(diǎn)，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(jī)，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(jī)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(jī)，年輕人用得挺好，我老用不好，我不喜歡用，一開機(jī)，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(jī)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(jī)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(jī)進(jìn)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(diǎn)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(yuǎn)先生做了網(wǎng)站之后，如果在他后面更進(jìn)一步跟進(jìn)，把全世界所有的Web的概念都做進(jìn)去，把很多信息都做進(jìn)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(diǎn)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(jī)，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(jī)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(jī)為主，它是一個單機(jī)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(jī)作為資源管理和運(yùn)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(yùn)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?？?。一個小系統(tǒng)，你做這么慢肯定沒用戶。還有一點(diǎn)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(jī)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(jī)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(jìn)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(jìn)行管理的話，怎么樣進(jìn)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(jī)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(jī)終端和網(wǎng)絡(luò)終端的區(qū)別。單機(jī)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(jī)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(jī)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(jìn)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(jī)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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