第一篇：22：華中科技大學(xué)金海院長《從網(wǎng)格計算到云計算》

主持人：大家上午好，歡迎大家參加今天上午的第二屆中國云計算大會“云存儲與虛擬化分論壇”，今天上午的議程我們安排5位企業(yè)專家給大家講述有關(guān)云計算方面的內(nèi)容。下面第一位有請華中科技大學(xué)計算機(jī)學(xué)院的金海，題目是從網(wǎng)格計算到云計算——虛擬化的探索與實踐。有請！

金海：大家好，我是金海，華中科技大學(xué)計算機(jī)學(xué)院的。今天想和大家分享的是從網(wǎng)格計算到云計算——虛擬化的探索與實踐。

我的演講主要分為幾個方面：

1、網(wǎng)格計算和云計算

2、計算系統(tǒng)虛擬化基礎(chǔ)理論與方法研究973項目簡介

3、桌面虛擬化技術(shù)實踐

4、最后進(jìn)行一個小的總結(jié)

什么是網(wǎng)格計算呢？動態(tài)多機(jī)構(gòu)虛擬組織中的資源共享和協(xié)同問題求解。

下面我先說一下網(wǎng)格計算的本質(zhì)：

1、資源異構(gòu)

2、多機(jī)構(gòu)

3、虛擬組織

4、以科學(xué)計算為主

5、采用高性能計算機(jī)

6、問題求解環(huán)境緊耦合

說到云計算大家比較喜歡，現(xiàn)在沒有非常權(quán)威的專家說，云計算是什么樣的定義，虛擬的資源把它變成一種服務(wù)，這就叫做云計算，從這個定義本身來看，你可以看出，云計算它的本質(zhì)是什么呢？我們比較一下網(wǎng)絡(luò)計算，我們就給出云計算這幾個本質(zhì)。第一，云計算并不強(qiáng)調(diào)資源，首先在構(gòu)建領(lǐng)域資源的時候，它是由機(jī)構(gòu)來進(jìn)行構(gòu)件，就是它自己的一個云計算平臺。云計算是以現(xiàn)在從這幾年比較熱的虛擬經(jīng)濟(jì)。WAS上面各種包括視頻共享網(wǎng)站，等等各種它都有很多的商業(yè)應(yīng)用。對云計算來說，并不強(qiáng)調(diào)某一個云計算中心我需要非常強(qiáng)大的超級計算機(jī)，座談早上李院士在報告當(dāng)中就說得非常清楚，云計算是以普通的服務(wù)器械集群，作為它的一個基本共享單元。通過大量的分散在各個地方的這種服務(wù)器集群，來完成它的服務(wù)。所以從我們在整個計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)這個角度來看，有分故事系統(tǒng)的一種集中的管理。它需要把這些資源分布在各個地方。

另外，它是采用是普通服務(wù)器集群，分在各個不同地方，因此是一種松耦合環(huán)境下的處理，就是在松耦合環(huán)境下做海量處理的處理方式，變成一種環(huán)境，這是云計算的一個本質(zhì)。

說到虛擬化這是云計算的一個基礎(chǔ)的基礎(chǔ)，大家談云計算跟網(wǎng)絡(luò)計算，在技術(shù)層面上有甚么最基礎(chǔ)的差異，虛擬化怎么來定義，因為很早就有虛擬化，虛擬化本身就是把底層物理設(shè)和上層的操作化，或者上層的軟件進(jìn)行分離的一種去耦合技術(shù)，各個層面做各個層面的工作，大家不要捆綁在一起，它希望能夠把它進(jìn)行去耦合，目的就是為了實現(xiàn)信息資源的利用效率和靈活性的最大化。

大家也知道，在云計算出來之前，我們大量集群的時候，它的利用率其實是非常低的，其原因就在于各個機(jī)器都采用單一的集群，比如E—mail服務(wù)器，每個服務(wù)器它的峰值是不一樣的，因此會帶來整個系統(tǒng)利用率非常不均衡，平均利用率會非常低。我們采用虛擬化技術(shù)以后，就可以把這些資源整合在一臺機(jī)器上，或者相鄰的一些機(jī)器上，來提高它的利用效率和靈活性的最大化，這就是虛擬化的基礎(chǔ)。

說起虛擬化，本來昨天還想公布，我們CSDN這本雜志，網(wǎng)上評的云計算十大事件，我們就沒有公布。后來追訴虛擬化歷史是可以追溯到1959年，ifip這個組織大家很多人都不知道，這幾年這個組織影響力比較小，對ifip這個組織部知道，其實ifip這是非常老的組織，是1959年在奧地利的維也納成立的一個叫國際信息化聯(lián)合組織，這個組織它有一個非常大的會議，就是是全世界計算機(jī)大會，成立于2000年的時候這個大會是在中國舉行，當(dāng)時國家主席江澤民親自到場。當(dāng)時1959年成立ifip的時候，有一篇文章就是再講。這片文章就是后來虛擬化的基礎(chǔ)，一也是操作系統(tǒng)的一個基礎(chǔ)，當(dāng)時是因為資源不夠，所以采用共識的方法用一個CPU的資源，當(dāng)時虛擬化是這種目的，但是現(xiàn)在虛擬化是因為我們資源太多了，這么多的資源怎么樣有效的利用這個虛擬化資源，這是虛擬化最早的一個歷史。

前面簡單的介紹一下我個人對網(wǎng)格計算和云計算簡單一個認(rèn)識和一個體會，這幾年大家在講云計算的時候，很多人都會問網(wǎng)格計算和云計算有甚么好處。下面給大家介紹973項目，計算系統(tǒng)虛擬化與方法研究的這個973項目。具體關(guān)于項目的詳細(xì)信息，以及包括項目的研究進(jìn)展和研究成果，都可以在這個網(wǎng)站上獲得，這個網(wǎng)站大家可以去訪問。

我們整個973項目一個基本的思路就是以用戶為中心構(gòu)建虛擬化計算系統(tǒng)。這里面包括三個部分：

一、任務(wù)執(zhí)行環(huán)境實現(xiàn)虛擬化，這是第一個層面，就是保證任務(wù)在執(zhí)行環(huán)境所需要各種資源的力度是可變的。我們大家知道如果不采用虛擬化的技術(shù)，整個機(jī)器是以機(jī)器為單位為大家提供計算資源，我們希望能夠在以和為單位來給大家提供資源，無論是單機(jī)還是多機(jī)，這是任務(wù)執(zhí)行環(huán)境的虛擬化。

二、資源使用環(huán)境的虛擬化，希望能夠保證各種資源能夠透明、高效的使用。

三、用戶操作環(huán)境方面的虛擬化。就是說怎么樣來提高用戶操作環(huán)境的靈活性和自動配置的能力，這里面更多是強(qiáng)調(diào)整個三個層面可以看出，任務(wù)執(zhí)行環(huán)境的虛擬化，是指從硬件這個層面來實現(xiàn)虛擬化的各種機(jī)制，資源使用環(huán)境虛擬化是在從軟件這個層面怎么來透明使用各種不同的異購軟件，其實這就是異購資源透明高效的使用。

從用戶操作環(huán)境的虛擬化，主要是用來從用戶這個層面，也就是我們后面會講到的，怎么提高用戶操作環(huán)境的靈活性和自動配置能力。整個項目分成8個具體課題。

課題1：叫做計算系統(tǒng)虛擬化基礎(chǔ)理論模型和體系結(jié)構(gòu)研究，主要是從基礎(chǔ)理論方面來研究，包括怎么在不同異購平臺上，運行未經(jīng)修改的代碼，這里面牽扯到翻譯的問題，怎么樣去解決這個問題？可能是一個非常重要的問題，因為我們國家也自己研制很多國產(chǎn)CPU，原來在原來產(chǎn)品的平臺上，可以用的軟件，因為很多軟件我們并不一定都有它的代碼，我怎么能夠在新的平臺上，我們國產(chǎn)CPU平臺上，能夠應(yīng)用這個程序。所以這里面我們提這方面研究工作，而且在做，這個工作主要是國防科技大學(xué)在完成的，因為他們是在做這個結(jié)構(gòu)方面的研究包括動態(tài)二翻譯的模塊放主板上面，通過一個專門的模塊來加速動態(tài)二體系翻譯，這是他們研究的。

課題2：單計算系統(tǒng)內(nèi)的資源虛擬化方法。這里面主要就是類似于有點像虛擬經(jīng)濟(jì)研究，在單個上面怎么實現(xiàn)虛擬化，這個是北京大學(xué)在研究。虛擬機(jī)能夠感知地層的OS，并且樣來進(jìn)行協(xié)同以后，能夠?qū)崿F(xiàn)下面的動態(tài)的管理。比如說大家知道，因為中間加了一層虛擬機(jī)以后，上面的OS基本上無法控制底下的設(shè)備，兩者怎么進(jìn)行協(xié)同，比如說我們?nèi)ツ晔前l(fā)表了一篇文章，就是通過兩者的協(xié)同，來對底下的這些各種管理模塊進(jìn)行管理，從而達(dá)到上層OS同樣能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能的功能，以前一個操作系統(tǒng)可以完成這個工作，但是現(xiàn)在是兩個操作系統(tǒng)，中間加一個虛擬機(jī)，這個是在虛擬化里面要做的工作。

課題3：清華大學(xué)在完成，多計算系統(tǒng)，這個多計算系統(tǒng)是指在一個系統(tǒng)里面，而不是不同的節(jié)點，我們以前稱之為網(wǎng)絡(luò)虛擬化，在多個計算系統(tǒng)里面怎么來實現(xiàn)虛擬化。在這里面有不同的系統(tǒng)，當(dāng)我需要4個和的時候，我是在一個機(jī)器里面選4個和？還是各選兩個和？這個需要根據(jù)當(dāng)時的情況來做。

課題4：虛擬計算系統(tǒng)普適化運行環(huán)境。我是不是可以不用各種軟件，軟件都在云端比如我們現(xiàn)在講SARS，我們這里面做普適化的運行環(huán)境研究。

課題5：虛擬計算的安全可性機(jī)制研究。大家知道虛擬機(jī)可以有效的隔離每一個不同的虛擬機(jī)，因為它相當(dāng)于，盡管在一個CPU上面，但是我可以認(rèn)為是單獨一個不同的獨立的資源，資源之間怎么能夠有效的隔離，從而使得某一個和，上面裝的操作系統(tǒng)被攻擊掉以后，或者壞掉以后，不會影響其他的和，虛擬機(jī)制能夠正常運行工作，所以能夠提供一些安全可信的機(jī)制來研究。

課題6：虛擬計算系統(tǒng)評測理論與方法。因為我們大家知道，我如果在一個高性能計算機(jī)上，高性能計算機(jī)上面其實用虛擬機(jī)的并不多，它的性能會下降，但是某種程度上提供了高性能計算機(jī)在計算中心里面的靈活性，所以怎么樣來評測它，如果我裝上虛擬機(jī)以后怎么評測它？怎么衡量它？高性能計算機(jī)能夠接收這些信息，是浙江大學(xué)在做評測。

課題7：我怎么在高效能計算機(jī)上去用虛擬化技術(shù)。其實在美國都不用虛擬化，因為他有一個大型任務(wù)，一個大的能夠吃滿，但是在我們國家這種高性能計算機(jī)環(huán)境下，基本上這個大的機(jī)器吃滿的情況不可能，它可能要有很多高性能的任務(wù)，同時在大的計算機(jī)上運行，這時間需要提供不同的環(huán)境，這需要有虛擬機(jī)的支持。那怎么樣設(shè)計一個輕量級的虛擬機(jī)，使得在高效能計算機(jī)能力仍然能夠發(fā)揮高性能的能力，提高整個計算機(jī)利用效率，這就是高效能計算機(jī)上面怎么用虛擬化技術(shù)來做這些工作。這個課題是神威計算機(jī)在做這個事情。

課題8：虛擬化仿真應(yīng)用。昨天李院士用到的，原來在網(wǎng)絡(luò)平臺上去做，現(xiàn)在隨著多和的出現(xiàn)以后，怎么在仿真虛擬化平臺上做仿真，比如說機(jī)器的仿真，武器的仿真。這是我們8個課題，這是航天部二院做課題8。

7和8在應(yīng)用層面上，這就是我們大概的一個對應(yīng)關(guān)系。1、2、3、5主要是解決任務(wù)執(zhí)行環(huán)境怎么來實現(xiàn)動態(tài)構(gòu)建和資源環(huán)境的高效透明使用，一個是從硬面環(huán)境，一個從軟面環(huán)境，怎么來實現(xiàn)軟件的使用。課題4從用戶操作環(huán)境的虛擬化，6、7、8主要做性能評測、理論驗證和應(yīng)用示范的一些研究工作，這是我們的課題任務(wù)。

我們這個研究團(tuán)隊分散在全國，我們有6個高等院校，兩個研究所共同來承擔(dān)我們的任務(wù)，一共有8個單位。下面重點給大家介紹一下，我們在桌面虛擬化的研究工作，這個研究工作在實驗室部署，而且我們跟兩家企業(yè)在合作，一個在移動平臺做合作，另外桌面平臺上做合作，我想把這個工作的結(jié)果大家展示一下。桌面虛擬化是云計算落一的一個非常好的手段，就是怎么能夠動態(tài)的吸引用戶的需求的變化，為用戶提供一個高效、安全、易用語音資源的桌面虛擬化所需要做的工作。這里面要這么幾件事情。

1、按需動態(tài)的構(gòu)建虛擬化的桌面環(huán)境。

2、與客戶端現(xiàn)有操作系統(tǒng)沒有任何差別的，就是無縫的實現(xiàn)人機(jī)接口。

3、實現(xiàn)計算資源和數(shù)據(jù)資源的遠(yuǎn)程部署和安全可信。

4、動態(tài)調(diào)配云中計算資源。

這就是桌面虛擬化面臨的幾個問題。

我們實驗室做了一套系統(tǒng)，做了一個云計算的用戶桌面，這個用戶桌面的幾個圖。左邊的圖體系框架，我下面會給大家介紹。右邊是在實驗室做測試的時候，可以看到個人工作環(huán)境，會把你的工作環(huán)境彈出來。這里面有這幾項技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)：

1、云中異購資源的聚合與共享。

2、工作環(huán)境的個性化定制。

3、工作環(huán)境的保存與恢復(fù)。

4、工作環(huán)境的在線遷移。

5、移動環(huán)境的虛擬接入。

6、本地環(huán)境的協(xié)同訪問。這也是非常重要的，在這里面大家知道有很多Data surver，各種不同的用戶端，包括PC，或者透明計算的PDA等等，都可以在上面來使用。

這里面有幾頁我跳過去，因為后面有幾個演示。

一、這里面牽扯到大量的部署和用戶環(huán)境的保存和恢復(fù)，因此一切多個虛擬機(jī)的斷點保護(hù)，多個虛擬機(jī)之間怎么來協(xié)同保護(hù)和恢復(fù)，多個虛擬機(jī)的一個端面保護(hù)，這里面有一些內(nèi)容包括我們現(xiàn)在正在做的事情和已經(jīng)取得的成果，我們這里面就列出來，就不再仔細(xì)講了。

二、還有一個剛才講到的，本地資源有效利用。這里面我們做了一個非常重要的工作，這個工作是什么？因為牽扯到云安全，昨天李院士專門講到云安全實際上是信任和被信任的一個關(guān)系。我們?yōu)榱朔乐宫F(xiàn)代大家還解決不了的問題，我們就做了敏感數(shù)據(jù)，比如我們這個桌面，桌面上已經(jīng)沒有這個軟件，這個軟件是裝在云端，這個桌面怎么讓遠(yuǎn)端的應(yīng)用軟件能夠知道桌面的數(shù)據(jù)，是他的一個部分，這樣就有一種訪問進(jìn)行。比如現(xiàn)在插進(jìn)來以后，它可以通過某種方式，讓遠(yuǎn)端服務(wù)器下面應(yīng)用軟件知道桌面的數(shù)據(jù)，通過對桌面數(shù)據(jù)訪問，仿佛這個數(shù)據(jù)在遠(yuǎn)端，實際上是協(xié)同訪問，并不是把數(shù)據(jù)拷過去，讓遠(yuǎn)端程序能夠知道這個數(shù)據(jù)，但是數(shù)據(jù)并不拷貝，這樣能夠有效保證用戶在使用云端資源的時候，能夠把一些涉密的資源放在自己這里。

三、虛擬機(jī)的全生命周期管理，怎么去管理？虛擬機(jī)使用的時候不是使用一次，可能是好幾天一直持續(xù)的使用，怎么在全生命周期里面，對它進(jìn)行保護(hù)和管理。這是全生命周期的管理問題，這里有很多細(xì)節(jié)，不再講了。這里面是我們系統(tǒng)做出來以后實際應(yīng)用的一個效果，實際上我們可以看到上面有兩個應(yīng)用，一個是word，一個是interet，這兩個東西裝在云端，是兩個不同操作系統(tǒng)做支持，這是在應(yīng)用程序服務(wù)中心里面來實現(xiàn)，本身將來的客戶端非常的輕，不需要裝操作系統(tǒng)，但可以應(yīng)用不同操作系統(tǒng)上面不同的軟件。

下面我給大家演示，用戶桌面操作的流程。

1、一開始比如可以選擇，這是我們自己在做實驗驗證時候做的一些事情，比如可以去選擇幾個軟件，現(xiàn)在選擇幾個軟件，選擇完以后，它就會在后臺去配置所需要的硬性環(huán)境，配置完了以后，比如說你在windows，這里面可以看到你定制的程序表，可以選擇任何一個程序，比如說選擇world得等之類，可以從后臺的服務(wù)打開，這就可以看到你的程序。大家知道像google這之類的都有很多條，這些條都定制好的條，當(dāng)然可以按照你的方式來定制，這樣可以應(yīng)用后臺操作系統(tǒng)的任何軟件，只要后臺提供服務(wù)部署，就可以用這個軟件，也可以對它進(jìn)行修改，比如現(xiàn)在再增加一個，增加完了以后，他重新進(jìn)行配置vizta，配置完以后，就可以有這個軟件在上面，當(dāng)然可以刪除。這樣免除你安裝軟件，每次換機(jī)器都安裝軟件，或者換一臺機(jī)器不一定有軟件，這就是我們在桌面虛擬化做的事情。這是一個具體的應(yīng)用部署。

2、另外就是應(yīng)用。比如我可以存很多歷史數(shù)據(jù)，這里面給的一個測試的界面。比如一個人在不同地點不斷切換他的工作環(huán)境，這里面就記錄了他近十次工作環(huán)境的一個列表，比如說可以去恢復(fù)那一天我運行的工作環(huán)境的情況，我把這一天的所有的保存的斷點，就是工作環(huán)境的斷點把它恢復(fù)出來，恢復(fù)完了以后這就是那一天恢復(fù)出來的結(jié)果。然后讓你是不是重新起哪一天的工作環(huán)境？你說yes，他就會調(diào)出來，你退出工作環(huán)境所保存三個應(yīng)用程序的情況，甚至你的光標(biāo)放在什么地方，他都會保存在那個地方，這樣的話，下面可以繼續(xù)工作。工作完以后，可以繼續(xù)保存。比如你再保存一次，你是不是保存這個運行環(huán)境？你說yes，它就會繼續(xù)保存。這樣多產(chǎn)生一個使用的列表。

這個工作現(xiàn)在在我們實驗室也在做大部分的測試，我們也希望能夠通過跟合作伙伴的合作，能夠把這件事情真正的大規(guī)模的環(huán)境下能夠做更多的測試。

總結(jié)一下，我們可以說虛擬化技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)成為云計算等各種新型計算模式，因為我們大家都叫云計算，也不知道過幾年以后還會有甚么樣的新計算，所以我們就叫做云計算等新型計算模型的一個基礎(chǔ)。但是還有很多基礎(chǔ)性問題沒有解決，所以我們國家在973項目項目當(dāng)中專門做基礎(chǔ)理論研究，當(dāng)然我們做了很多工作，有一點偏工程性，這個工程化的工作也產(chǎn)生了很多實際應(yīng)用系統(tǒng)。同時我們面向國家重大戰(zhàn)略需求，解決計算設(shè)施的重大基礎(chǔ)性問題，比如說在高效能計算機(jī)上，怎么實現(xiàn)輕量級的虛擬，我們希望我們研究成果能夠提供一些虛擬研究和產(chǎn)業(yè)發(fā)展做一些貢獻(xiàn)。

最后做一個宣傳，我們在2008年的時候，出版國家第一本關(guān)于虛擬化領(lǐng)域的學(xué)術(shù)專著，這是8個學(xué)校老師一起寫的一本書《計算系統(tǒng)虛擬化——原理與應(yīng)用》，分別從指令級虛擬化，虛擬化方法，到用戶怎么使用，包括安全可信、性能評測以及兩個應(yīng)用方面我們都做詳細(xì)的綜述以及我們研究工作的一個基本的成果在里面都有，如果大家有興趣可以看一下。另外對虛擬研究的老師和同學(xué)，我們也對最大的軟件Xen，我們做了代碼的分析，這也是我們這個國家第一本關(guān)于Xen虛擬的原代碼分析，包括每一個共享頁，授權(quán)表，內(nèi)存虛擬化、CPU虛擬化，設(shè)備虛擬化，訪問控制虛擬化，寫了一本分析書，如果大家以前開發(fā)虛擬機(jī)，對Xen有興趣可以參考這本書。

我的報告，就到這里，謝謝大家。

提問：剛才您提到數(shù)據(jù)安全問題，說數(shù)據(jù)用U盤存在本地可以保證數(shù)據(jù)的安全。

金海：它是處理本地數(shù)據(jù)，但是并沒有把本地數(shù)據(jù)拷貝過去。我們傳輸?shù)臅r候，大家知道桌面虛擬化有一個軟件，四節(jié)的軟件，它是以圖象的方式，因為這樣傳輸對帶寬要求非常高，我們采用方式并不是圖像傳過來，我們是把操作代碼傳輸過來以后在這里進(jìn)行重現(xiàn)，因為操作代碼傳過來的時候，在本地進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，所以它的數(shù)據(jù)并沒有完全傳過去，這是我們做的一個技術(shù)細(xì)節(jié)。