云计算技术与应用基础
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1.1 产业发展及政策支持

2016年9月中国信息通信研究院发布的《云计算白皮书(2016年)》对全球和我国的云计算产业发展进行了分析。下面关于云计算产业发展的资料主要来源于中国信息通信研究院(原工业和信息化部电信研究院)。

1.1.1 概览全球云计算市场发展

1.全球云计算市场规模及发展趋势

全球云计算市场总体平稳增长。2015年以IaaS(基础设施即服务)、PaaS(平台即服务)和 SaaS(软件即服务)为代表的典型云服务市场规模达到 522.4 亿美元,增速 20.6%,预计2020年将达到1435.3亿美元,年复合增长率达 22%。

(1)美国在全球云计算市场的领导地位进一步巩固。

作为云计算的“先行者”,北美地区仍占据市场主导地位,2015年美国云计算市场占据全球56.5%的市场份额,增速达19.4%,预计未来几年仍以超过15%的速度快速增长。从服务商来看,Amazon的AWS(Amazon Web Services)2015年收入近79亿美元,增速超过50%,服务规模超过全球IaaS 领域第2到第15名厂商总和的10倍,数据中心布局美国、欧洲、巴西、新加坡、日本和澳大利亚等地,服务全球 190 个国家和地区;Salesforce 2015 财年营收53.7 亿美元,增速为 32%,服务全球超过 10 万个企业用户。欧洲作为云计算市场的重要组成部分,以英国、德国、法国等为代表的西欧国家占据了 21.5%的市场份额,近两年增长放缓,2015年增速仅为4.2%,其中西班牙等国家出现负增长,预计未来几年增速将达到10%。2015年日本云计算市场全球占比为 4.2%,增速为 7.9%,预测未来几年增速会小幅上升,但仍低于北美国家。预计未来美国与欧洲、日本云计算市场差距将进一步扩大。全球云计算市场分布情况如图1-1所示。

图1-1 全球云计算市场分布情况(数据来源:Gartner)

(2)以中国、印度为代表的云计算新兴国家高速增长。

2015年亚洲云计算市场全球占比为12%,保持快速增长。其中印度增速达35%,中国市场全球占比已由2012年的3.7%上升到5%。金砖国家巴西、俄罗斯、南非云计算市场占有率总和仅为3%左右,但增速较快,且市场潜力较大,预计未来几年市场会进一步扩大。

2.全球云计算发展热点分析

《云计算白皮书(2016年)》分析指出全球云计算技术发展热点包括:容器技术助力云计算发展、更加高效的Unikernel技术引发关注、x86在基础计算架构领域一统天下的局面或将改变、云计算与物联网(IoT)技术的结合成为新的技术与业务发展方向等。发展热点包括以下4个方面。

(1)企业级应用场景成为云计算产业蓝海。

云服务从业者逐渐增多,云计算生态链日益完善,越来越多的企业开始走向并深入云计算,而混合云则是其中最可能的实现方式。据RightScale2015年的调研数据显示,虽然有88%的企业使用公有云,但 68%的企业在云端仅运行不到 1/5 的企业应用,大多数企业未来会将更多的应用迁移到云端,并且 55%以上的企业表明目前至少有 20%以上的应用是构建在云兼容(Cloud Friendly)架构上的,可以快速转移到云端。对于企业,其在转移到云计算的需求与管理内部资源之间寻找平衡,特别是出于数据安全性顾虑。混合云则满足市场需求,既可以保存敏感数据在私有云上,又可以利用公有云的低成本和可扩展性优势。据统计,在公有云、私有云以及混合云策略中,82%的企业优先选择混合云。目前云服务商和设备厂商也采用虚拟私有云、托管云等多种方式进军混合云市场,提供多种混合云解决方案,未来几年混合云市场仍将快速增长。

(2)云服务商构建以“我”为主的生态圈。

随着云计算从互联网市场向企业市场拓展,应用开发、集成、咨询、培训等配套环节也愈发重要,建立产业生态成为服务商竞争的关键。国际公有云服务商通过不断丰富业务种类、培育合作伙伴,构建以自己为核心的生态体系。以Amazon为例,除50余种基本云服务外,它还可提供多达2 300多种第三方应用,包括基础软件、应用软件、开发和测试工具等,且每年更新的特性超过500个。

(3)私有云供应商抱团取暖共推开源。

除云服务巨头企业之外,开源社区聚集了传统IT 软、硬件厂商以及技术创新企业,形成了“众筹”式发展的局面,成为云计算产业生态的另一个核心。热点开源社区的平台产品技术能力迅速提升,传统ICT 设备对开源平台的兼容性显著提高。

(4)物理设施故障和系统安全漏洞成为云安全的最主要威胁。

由于云服务商数据中心资源的规模化和集中化,数据中心、网络链路等物理设施的人为破坏和故障造成的影响进一步扩大,对服务商的运维水平提出巨大考验。2014年6月23日,由于外部网络故障,Microsoft在北美洲大部分地区的Office 365企业电子邮件中断,部分用户受影响长达8个小时;2015年8月20日,Google位于比利时布鲁塞尔的数据中心遭雷击,造成电力系统的供电中断,导致数据中心磁盘受损和云存储系统断线,部分数据永久丢失。面对数据中心承载的庞大业务规模,云服务商需要进一步提升运维能力与资源冗余水平。

公有云服务提供商向用户提供大量一致化的基础软件(如操作系统、数据库等)资源,这些基础软件的漏洞将造成大范围的安全问题与服务隐患。

1.1.2 概览我国云计算市场发展

1.我国云计算市场规模及发展趋势

我国云计算市场总体保持快速发展态势。2015年我国云计算整体市场规模达378亿元,整体增速为31.7%。其中私有云市场规模为 275.6亿元,年增长率为 27.1%,预计2016年增速仍将达到25.5%,市场规模将达到346亿元左右。

我国公有云服务逐步从互联网向行业市场延伸,2015年市场整体规模约为 102.4 亿元,比2014年增长45.8%,增速略有下滑。预计 2016年国内公有云服务市场仍将保持高速增长态势,市场规模可望达到近150亿元。

我国私有云市场中硬件市场占主导。2015年私有云市场中硬件市场规模约为200亿元,占比为72.6%,软件市场规模约为41.6亿元,服务市场规模约为33.9亿元。据中国信息通信研究院调查统计,70%企业采用硬件、软件整体解决方案部署私有云,少数企业单独采购和部署虚拟化软件,硬件厂商仍是私有云市场的主要服务者,其中国内设备厂商已经占据半壁江山。从用户角度来看,企业选择私有云的首要原因是其可控性强、安全性好,但大多数企业并没有把核心业务系统运行在私有云上,企业管理系统是私有云承载的主要应用。在使用私有云的企业中,70%以上的企业将企业管理系统承载在私有云上,只有约1/4的企业选择将核心业务系统承载在私有云上,未来企业应用将加速向私有云迁移。

2.国内云计算发展热点分析

(1)国内云服务商从内向型向外向型转变。

近两年国内云计算厂商向境外拓展的步伐正在加快。2014年 UCloud 在北美部署数据中心,2015年开始在全球37个数据节点提供加速方案,逐步拓展境外市场。阿里云2015年集中启用了3个境外数据中心,2个位于美国,1个位于新加坡,境外业务量随之增长了4倍以上,未来还计划在日本、欧洲、中东等地设立新的数据中心,完善阿里云的全球化布局。继2014年在我国香港部署云数据中心之后,2015年腾讯也启用了位于加拿大多伦多的北美数据中心,提供超过 10 项云服务。随着中国企业国际化发展的不断加快,尤其是互联网领域,国内云计算厂商纷纷提供境外服务,实现云计算业务全球化,并积极拓展境外企业用户,加速国际化发展。

(2)云计算应用逐渐从互联网行业向传统行业渗透。

当前,云计算的应用正在从游戏、电商、移动、社交等在内的互联网行业向制造、政府、金融、交通、医疗健康等传统行业转变,政府、金融行业成为主要突破口。截至2015年,济南市52个政府部门、300多项业务应用均采用购买云服务方式,非涉密电子政务系统在政务云中心建设和运行的比率达80%以上。“数字福建政务外网云计算平台”建设一期按5年使用规模预算,拟承载50个省直部门、7 321项业务事项、1 804个业务线,共计 616个应用系统应用。中国金融电子化公司的“金电云”平台可提供基于异构IaaS平台的灾备数据中心服务,为中小金融机构提供灾备、演练、接管、恢复、切换和回切等云服务,目前已经为中国人民银行总行和20多家中小金融机构提供了灾备服务。此外,蚂蚁金服、天弘基金、人人贷、宜信、众筹网、众安保险等众多互联网金融机构均已将业务迁移至云端。

(3)国内云服务商积极构建生态系统。

伴随着云计算应用逐渐从互联网、游戏行业向传统行业延伸,国内云服务商开始构建生态系统,与设备商、系统集成商、独立软件开发商等联合为企业、政府提供一站式服务。继2014年发布“云合计划”(3年内招募 1 万家云服务商)之后,2015年 7月阿里云携手 200余家大型合作伙伴推出了50多个行业解决方案,2015年10月召开的云栖大会吸引了全球超过 20 000 个开发者参加,200 多家云上企业展示了量子计算、人工智能等前沿科技,阿里云生态系统正在加速形成。2015年国内创业型公司UCloud获得近 1亿美元的C轮融资,启动UEP企业成长计划持续扶持创业者,以上海为试点布局UCloud孵化器,并在全国开展与投资及创业服务机构的深入合作,标志着UCloud已由单纯的第三方服务商向完善的游戏行业生态平台拓展。

国内电信运营商也逐步构建合作伙伴生态系统,2015年6月中国电信天翼云发起亿元资金扶持创业的计划,首站定位医疗移动行业,创业者只要通过认证均能获得天翼云提供的资金和技术支持。联通沃云联合华为部署SDN联合创新战略,与CDN服务商Akamai建立战略合作关系,利用其CDN技术部署高度可扩展、完全交钥匙的内容分发网络(Turnkey CDN)产品。

1.1.3 解读国家发展云计算相关政策

1.云计算相关政策

(1)国务院《关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》。

2010年10月10日,国务院下发《关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》(国发[2010]32号),提出要大力发展新一代信息技术产业,要“加快推进三网融合,促进物联网、云计算的研发和示范应用”。

(2)国家发改委、工信部《关于做好云计算服务创新发展试点示范工作的通知》。

2010年10月18日,为了加快应用和落地,推进云计算产业的切实发展,国家发改委、工业和信息化部联合下发《关于做好云计算服务创新发展试点示范工作的通知》(发改高技[2010]2480号),确定在北京、上海、深圳、杭州、无锡5个城市先行开展云计算服务创新发展试点示范工作,试点内容涵盖了平台搭建、产业联盟、核心技术研发和产业化以及标准和安全管理规范的研究制定等。随后,上海的“云海计划”、北京的“祥云计划”等地方云计算规划发布。

(3)工信部《通信业“十二五”发展规划》。

2012年5月,工信部发布《通信业“十二五”发展规划》,将云计算定位为构建国家级信息基础设施、实现融合创新、促进节能减排的关键技术和重点发展方向,并在“云计算工程”发展任务中提出:“组织制定云计算标准,突破计算、存储等核心技术,建立具有国际竞争力的云计算技术体系。推动传统互联网数据中心向云计算服务基础设施转型,建设符合国家节能环保等政策要求的绿色大型 IDC。组织云计算服务示范,加快云计算技术在电子政务、中小企业信息化、工业设计、移动支付等重点领域和教育、医疗、交通等公共服务领域推广应用。打造云计算产业链,构建网络基础设施、系统集成、服务运营、硬件产品制造、软件服务、基础技术研发等产业体系”。

(4)国务院《关于促进云计算创新发展培育信息产业新业态的意见》。

2015年3月,国务院印发的《关于促进云计算创新发展培育信息产业新业态的意见》提出,到2020年,云计算成为我国信息化重要形态和建设网络强国的重要支撑。随着“一带一路”经济带的贯通,云计算在“一带一路”发展过程中必将释放巨大潜力。

2.我国云计算政策环境分析

(1)国内支持云计算发展的宏观政策环境已经形成。

2015年是国内云计算政策集中出台的一年,从1月至 9月,国务院先后出台了3项与云计算密切相关的政策文件,中央网信办也发布了关于党政部门云计算安全管理的文件。云计算产业发展、行业推广、应用基础、安全管理等重要环节的宏观政策环境已经基本形成。2015年出台的云计算的相关政策文件如下。

● 2015年 1月,《国务院关于促进云计算创新发展培育信息产业新业态的意见》(国发[2015]5号)(以下简称“5号文”)。

● 2015年 5月,《关于加强党政部门云计算服务网络安全管理的意见》(中网办发文[2015]14号)(以下简称“14号文”)。

● 2015年7月,《国务院关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》(国发[2015]40号)(以下简称“40号文”)。

● 2015年8月,《促进大数据发展行动纲要》(国发[2015]50号)(以下简称“50号文”)。

(2)加快发展是云计算政策的主线。

“5号文”是未来几年指导我国云计算发展最重要的政策依据,实现我国自主云计算产业的快速有序发展是其最终目标,其中包含了 3 个方面的重要部署:一是以公共服务为先导,形成产业生态,带动技术创新。《国务院关于促进云计算创新发展培育信息产业新业态的意见》中第一个任务就是“增强云计算服务能力”,并提出“鼓励大企业开放平台资源,打造协作共赢的云计算服务生态环境”“大力发展面向云计算的信息系统规划咨询、方案设计、系统集成和测试评估等服务”等任务要求,意在以骨干云服务企业为核心,构建云计算产业生态。二是以电子政务为牵引,带动云计算产业快速发展。“5号文”提出了通过政府信息化建设的投入带动云计算产业、市场发展的思路,这不仅是国际上许多国家的通行做法,也能够实现政府和产业的双赢。三是以布局优化为目标,实现云计算健康有序发展。近几年国内以云计算为名的数据中心建设存在过热倾向,这种无序发展的状态实际上不利于云计算产业的健康发展。“5号文”不仅提出“加强全国数据中心建设的统筹规划”的要求,还提出“结合云计算发展布局优化网络结构,加快网络基础设施建设升级,优化互联网网间互联架构,提升互联互通质量,降低带宽租费水平”等任务,从数据中心、网络等基础设施的层面保障了云计算的健康发展。

(3)拓展行业领域是主要方向。

全球云计算的发展正在从互联网向其他传统行业领域延伸,我国也不例外。2015年国家发布的各项政策从宏观层面为云计算向行业领域的拓展铺平了道路。

“5号文”夯实了云计算向行业领域拓展的技术、产业、政策基础。从技术方面看,拥有安全可靠的云计算技术是云计算在各行业领域得到进一步推广并保障安全的重要前提。“5号文”提出“提升云计算自主创新能力”,要求“加强云计算相关基础研究、应用研究、技术研发、市场培育和产业政策的紧密衔接与统筹协调”,推动安全可靠的云计算产品和解决方案在各领域的应用。从产业方面看,增强云计算服务能力,建立产业生态是云计算在行业领域应用推广的基础。“5号文”还重点提出了“增强云计算服务能力”的任务,通过大力发展各类公有云服务,充分满足企业、政府、行业部门对于信息化资源各个层面的需求,以期培育新业态、新模式。从政策方面看,适应产业发展情况的法规、政策环境是云计算行业应用发展的基本保障。“5号文”在政策方面提出了市场管理、隐私保护、财税扶持、安全保障等几方面的考虑。

“40号文”指明了云计算与传统行业结合的方向。一是在工业领域,通过云计算推动工业生产的智能化升级。二是在金融领域,利用云计算提供的新型平台和技术,实现金融产品和服务的创新。三是在社会化服务领域,无论是医疗、物流还是教育,都可以与云计算相结合衍生新型业务模式。

(4)云计算安全是政府着力的重点。

中央网信办发布的“14号文”为我国党政部门开展云计算应用的安全管理奠定了政策基础。“14号文”提出了“安全管理责任不变,数据归属关系不变,安全管理标准不变,敏感信息不出境”4条基本要求,为党政部门云计算安全管理定下了基调。“14号文”还重点提出了建立“党政部门云计算服务网络安全审查”机制,这一审查机制已经在2015年正式启动,包括中国信息通信研究院在内的 4 家第三方机构已经开始了对国内面向党政部门的云服务企业的审查工作。安全审查不仅将成为云服务商进入政务行业的敲门砖,也将为其他行业领域的云计算服务安全管理提供良好的参照和示范。

1.1.4 认知云计算产业链

1.我国云计算生态系统

我国云计算生态系统(见图1-2)主要涉及硬件、软件、服务、网络和安全5个方面。

(1)硬件。云计算相关硬件包括服务器、存储设备、网络设备、数据中心成套装备以及提供和使用云服务的终端设备。目前,我国已形成较为成熟的电子信息制造产业链,设备提供能力大幅提升,基本能够满足云计算发展需求,但低功耗CPU、GPU等核心芯片技术与国外相比尚有较大差距,新型架构数据中心相关设备研发较为滞后,规范硬件性能、功能、接口及测评等方面的标准尚未形成。

(2)软件。云计算相关软件主要包括资源调度和管理系统、云平台软件和应用软件等。资源调度管理系统和云平台软件方面,我国已在虚拟弹性计算、大规模存储与处理、安全管理等关键技术领域取得一批突破性成果,拥有了面向云计算的虚拟化软件、资源管理类软件、存储类软件和计算类软件,但综合集成能力明显不足,与国外差距较大。云应用软件方面,我国已形成较为齐全的产品门类,但云计算平台对应用移植和数据迁移的支持能力不足,制约了云应用软件的发展和普及。

图1-2 我国云计算生态系统

(3)服务。服务包括云服务和面向云计算系统建设应用的云支撑服务。云服务方面,各类IaaS、PaaS和SaaS服务不断涌现,云存储、云主机、云安全等服务实现商用,阿里云、百度云、腾讯云等公有云服务能力位居世界前列,但国内云服务总体规模较小,需要进一步丰富服务种类,拓展用户数量。同时,服务质量保证、服务计量和计费等方面依然存在诸多问题,需要建立统一的SLA(服务水平协议)、计量原则、计费方法和评估规范,以保障云服务按照统一标准交付使用。云支撑服务方面,我国已拥有覆盖云计算系统设计、部署、交付和运营等环节的多种服务,但尚未形成自主的技术体系,云计算整体解决方案供给能力薄弱。

(4)网络。云计算具有泛在网络访问特性,用户无论通过电信网、互联网或广播电视网,都能够使用云服务。“宽带中国”战略的实施为我国云计算发展奠定坚实的网络基础。与此同时,为了进一步优化网络环境,需要在云内、云间的网络连接和网络管理服务质量等方面加强工作。

(5)安全。云安全涉及服务可用性、数据机密性和完整性、隐私保护、物理安全、恶意攻击防范等诸多方面,是影响云计算发展的关键因素之一。云安全不是单纯的技术问题,只有通过技术、服务和管理的互相配合,形成共同遵循的安全规范,才能营造保障云计算健康发展的可信环境。

2.我国云计算产业链

云计算产业泛指与云计算相关联的各种活动的集合,其产业链主要分为 4 个层面,即基础设施层、平台与软件层、运行支撑层和应用服务层,如图1-3所示。

图1-3 中国云计算产业链全景图(资料来源:赛迪顾问)

基础设施层以底层元器件、云基础设施等硬件设备资源为主;平台与软件层以云基础软件、云应用软件等云平台与云软件资源为主;运行支撑层主要包括咨询、集成、监理、运维、培训等;应用服务层主要包括云终端和云服务。

(1)基础设施层。

基础设施层是指为云计算服务体系建设提供硬件基础设备的产业集合,主要包括底层元器件和云基础设施两个方面,处于云计算产业链的上游环节,是云计算产业发展的重要基础,为云计算服务体系建设提供基础的硬件设施资源。为提高我国在云计算产业中的话语权,增强本土企业在云计算产业中的竞争力,国家将加大在云计算核心芯片研发及下一代互联网、新一代移动通信网、下一代数据中心等基础设施建设中的投入力度,扶持国内重点企业在芯片研发领域实现突破,大力完善云计算业务应用的基础环境,推动我国云计算产业不断快速发展。基础设施层的细分环节和代表企业如表1-1所示。

表1-1 基础设施层细分环节

(2)平台与软件层。

平台与软件层是指为云计算服务体系建设提供基础平台与软件的产业集合,主要包括云基础软件和云应用软件两个方面,处于云计算产业链的上游环节。其基于基础设施层,为云计算服务体系建设与运行提供基础工具软件、应用开发软件及平台等,是云计算产业发展的活力之源。政策方面,国家未来在加大云计算核心芯片研究的同时也将大力加强在基础软件领域的研发投入,支持国内重点企业在云计算操作系统与平台开发领域实现突破;同时,还将通过服务、应用创新带动技术创新,加快虚拟化技术、资源管理技术、负载均衡技术等云计算关键技术的产业化发展,提升国内云计算产业及企业的竞争实力。平台与软件层的细分环节和代表企业如表1-2所示。

表1-2 平台与软件层细分环节

续表

(3)运行支撑层。

运行支撑层是指为云计算服务体系建设提供规划、咨询及整合相关基础设施资源进行云计算服务体系建设以及相关运维和培训服务的产业集合,处于云计算产业链的中游,是云计算产业链中连接上下游产业的重要环节。虽然目前中国云计算产业链主要以基础设施层为主体,但运行支撑层却是其中发展最为活跃、发展速度最快的产业环节之一,众多上下游企业都积极参与其中,业务模式也处于快速创新之中,提供的服务也越来越丰富,如规划咨询、云集成、云平台开发、云安全等均取得了快速发展,有效支撑了云计算产业的发展,是中国云计算产业链中的重要支撑环节。运行支撑层的细分环节和代表企业如表1-3所示。

表1-3 运行支撑层细分环节

续表

(4)应用服务层。

应用服务层是指在云计算服务体系中提供云服务和云服务应用平台的产业集合,主要包云终端和云服务两个方面,处于云计算产业链的下游环节,是云计算产业获得持续发展的动力所在。

在云终端领域,近年来随着智能手机、平板电脑、车载终端、电子书及物联感知终端产品销售的快速增长,相关服务应用需求也在不断提升,云终端领域的应用价值也得到了快速发展,进一步拓展了云应用的价值链,为云计算产业的持续发展提供了充足动力。

在云服务领域,目前主要以IaaS服务为主导,但未来随着基础设施建设的逐步成熟以及云计算应用新需求的不断涌现,SaaS服务将不断普及,PaaS服务也将具有较大发展空间,使云计算产业链呈现软化趋势,国内企业也将依托本土优势占据产业发展主导地位。另外,中小企业云、电信云、政府云、健康云、金融云、教育云等行业云服务近年来在云计算快速发展的浪潮中获得了快速发展,吸引了包括 IBM、Microsoft、华为、曙光、浪潮、用友等国内外大型 ICT 企业的积极参与,推动了云计算在各大行业的应用落地,也为云服务应用市场未来持续快速发展打下了坚实基础。