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學以《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 張堯學

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識和看法，以及我們在清華大學的一些研究成果，主要是想通過這個機會向大家學習。

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用戶控制的云計算，第三個講講透明計算實現控制云計算的最關鍵的因素就是一個透明計算/云計算的操作系統(tǒng)。

現在在云計算的專委會的推動下，在我們國家政府的領導下，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，都在建大型的數據中心，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)模的數據系統(tǒng)嗎？當然超大規(guī)模的數據中心是云計算的重要部分。云計算最重要的，我個人認為是一種計算模式的變化，所以說通過互聯網的發(fā)展，通過計算機技術和通訊技術的進步。最早提出來的單機計算機結構正在向網絡的結構發(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在云計算里面。另外我覺得還有一種，就是哲學模式的變化，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變，這個轉變呢，就是一種新的服務模式。最終通過云計算的實現，要讓服務模式變成用戶在不知不覺中得到無處不在的這種服務，這才是一種真正的云計算的計算模式。

我認為云計算的核心，就是剛才最后第三個所講的，應該為用戶提供一種不知不覺的、無處不在的服務。那么這個不知不覺和無處不在的服務怎么來體現呢？我覺得有幾點是非常重要的，網絡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，我們所有的數據和程序都是存儲在我們的硬盤上，然后通過總線，傳輸到我們的內存，然后再通過操作系統(tǒng)，調度到我們的CPU上去執(zhí)行。當我們想實現一種無所不在的服務，我們不可能用一臺機器去實現，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，當然運算可以在前端進行，也可以在指定的服務上進行。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，軟件的技術勢必要打開，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，因為你必須要把這個機器做得很小，就像我們現在這個 iPad，盡管它可以下載很多東西，但是有限。

像我們現在在互聯網上看電視劇一樣，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了，所以我個人認為，要實現云計算，為用戶提供的不知不覺、無處不在的服務，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，它只提供這個要求，計算機網絡是怎么實現這種服務的，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，在前端上或者數據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、所有的數據放在一個網絡化的云的后端，在前端存儲很少，或者基本上存儲程序或者數據。

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。然后它就能夠實現一種用戶可選擇的服務。

它的技術特點有這么幾個，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、進行調動。我們這些協議呢，當然是至今為止很少的，這里或者說是沒有成為標準，我們這里寫的一個UDP，這是個標準協議，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議站，這樣可以把其他的操作系統(tǒng)通過管理模塊調動到前端進行虛擬執(zhí)行。

舉個例子，它怎么來實現不知不覺的服務。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)，通過協議連接在一起，它可以去訪問這個云上面各種資源、各種數據，給用戶提供不知不覺的服務，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服務。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)來實現跨平臺的、不知不覺的服務，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。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，我們可以在服務器上裝一個管理軟件，當你去訪問這個網址的時候，給你下載一個小的管理模塊，記錄你的訪問時間、訪問內容，然后當你從這個網站退出來的時候，他就把管理模塊消掉，實現一種虛擬的、集中的端到端的管理服務。

然后它的服務，因為要做的比較輕巧，所以它是基于一種快調度的模式來實現，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然都有 CPU，有外殼、有內存，通過連接去訪問云，原來終端是發(fā)給我的單性主機上去，現在發(fā)到我的服務器上去，由后端處理，處理完了，它是什么需求，然后把需要進行服務的程序調度到前端或者調度到相應的計算服務器上去執(zhí)行，執(zhí)行完了，用戶得到部分服務之后，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，因為它不再承擔存儲負擔，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，我們在局域網上基本上實現了前面所說的這些功能和特點，這是我們一個例子，在局域網環(huán)境下實現多操作系統(tǒng)和多種類的各種應用，我們現在基本上可以在局域網還有平板電腦上實現多操作系統(tǒng)和多種應用的用戶選擇。比如說我們把后面看作一個云，我們從前端提出一個請求，我要用云的應用，它就會把云上的應用下載調動過來執(zhí)行。當用戶得到服務了，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，買它多少臺服務器，但是買了服務器，你放了那么多程序干什么，所以你得要有服務手機，能從云中把你所需要的服務拿過來，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小，我們現在的手機，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，當然我不能說它不好，很多年輕人喜歡，大家上網，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小，采用流動的模式來跨平臺，調動實現。另外我們在電視、PC機上實現服務數據、服務家電、服務PC，我們現在目前在國家項目支持下，我們服務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，面向服務的。不同之處是云計算是從服務器向終端在走。云計算實際上，我覺得當時是因為網絡發(fā)展那么快，特別在楊致遠先生做了網站之后，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，你要從學術的觀點來看，當然現在他做大了，很多人都說他那個什么。因為他做得很大，大家覺得很成功，他當時沒錢，都是用的紙箱子，最便宜的。他從網絡、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，當然他往前端走呢，也有一個困惑。當時我記得2008年10月份，谷歌主管、科技的副總裁，我們三個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的院長，我們當時就討論這個怎么向終端反應的問題。我覺得2008年當時他們還沒有再講這個，后來就向這方面研究。

我個人認為，針對云計算這個目標的實現，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)，到現在有網絡功能的操作系統(tǒng)，我覺得還是單機為主，它是一個單機的操作系統(tǒng)加上協議形成的，現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絡為基礎。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絡資源，我們既然是網絡了，我們就要重新討論管理的基本單位是什么，在多大一個范圍內討論，是以一臺機器為基本單位，還是以互聯網為基本單位。還有就是底層的網絡資源，現在管理是在管理，但都是分散的，網絡為什么脆弱，每一個資源管理都是分散的，我們有沒有辦法給它進行結構化。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、調動，還有怎么樣為用戶服務，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，并帶來計算機科學的變化，比如說網絡資源的調動，它是純虛擬還是半虛擬還是部分虛擬，然后網絡終端，還有資源的回收，還有后端的搜索、導航等等，我舉一個例子，比如我這個單機終端和網絡終端的區(qū)別。單機終端，我在執(zhí)行的時候發(fā)現這個東西沒有了，他去找一些東西。在網絡中，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，這就需要新的協議出來了，在終端傳輸這一層，需要高速的傳出終端協議。

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)已經實現了，我們客戶端可以由很多，都不要你裝的，硬件已經給你裝好了，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、調動，再把后端的數據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，但是它的結論對我們非常有利，我把它翻譯了一下，總的認為我們的比那個要好得多。

我認為云計算會帶來新的產業(yè)鏈的變化，這種變化既是各種新型終端的發(fā)展，我認為我們主要機會有兩個，一個是終端還有一個就是應用。再有新的系統(tǒng)軟件，促進我們軟件和服務業(yè)發(fā)展。再個模式的變化，另外學術上也是單機向網絡轉化。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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