新型计算和服务模式下的基础软件产业和技术

新型计算和服务模式下的基础软件产业和技术在基础软件领域，国内企业一度因缺乏核心技术导致整体处于市 场竞争的劣势和产业链的下游。在工业和信息化迅速融合、互联网产 业迅猛发展的大环境下，云计算、物联网、大数据等新型计算和服务 模式不断涌现，推动了基础软件产业和技术的新发展。一、产业发展趋势1 .云计算、大数据开始渗透到各行业领域数据正逐渐成为与电力、石油、天然气同等重要的国家战略资源。 据IDC预测，2020年全球数据存储量将达到40ZB，如把这些数据量 存储蓝光光盘，光盘的重量将与400艘航母相当。从区域来看，目前 中国产生的数据流占全球总量的13%，预计到2020年这一数字将达 22%。迅速扩张的海量数据蕴藏着巨大的经济和社会价值。据赛迪顾 问数据，2012年我国云计算产业收入达482亿元，大数据产业达4.5 亿元。单位：亿元云计算产业大数据产业云计算产业增长率大数据产业增长率图：我国云计算和大数据产业发展情况数据来源：赛迪顾问云计算资源的弹性扩展和服务的随时随地获取推动业务数据处 理量、处理速度和种类爆增。在计算模式上，云计算模式下的互联网 成为复杂的计算体系，包含了整个信息处理过程以及资源采集和数据 运算的环境；在服务模式上，推动信息应用和数据应用真正和我们的 日常生活状态融为一体，实现了社会化数据网络应用的目标。在行业 结构上，通过集成跨终端/平台的数据和网络资源，实现对不同产品 和服务的高效整合与应用。2. 信息系统对安全可控的要求日益迫切当前国内的信息系统，从操作系统到芯片，再到大型数据库和硬 件设备，在关系国计民生的重点行业，如能源、金融、电信等，其主 要业务系统软硬件大部分来自国外。数据泄露、木马后门、响应滞后、 系统崩溃等成为影响业务系统正常运行的几类典型问题。据赛迪顾问 数据，2012年我国信息安全产业收入达216亿元，并以年均20%的速度递增。信息安全产业信息安全产业增长率图：我国信息安全产业发展情况数据来源：赛迪顾问2014年微软宣布将停止对Windows XP的服务支持。目前中国的 PC用户中使用Windows XP系统约占73.5%，在用量约为2亿台，其 中84%的用户没有升级到Windows 8的计划，因此不能获得安全漏洞 升级的系统将受到严重的网络安全威胁。推动自主操作系统对 Windows产品的替换，并提供完善的系统安全服务已成为当务之急。随着我国软件和信息服务的发展，自主产品同国外的差距在缩 小，较以前更关注系统运行的整体性能和效能，更关注服务体系和质 量保障。自主软件厂商已经开始依靠独立研发设计，逐渐掌握核心技 术，实现信息系统基础软件的自主研发、生产、升级、维护的全程可 控。采用自主可控的信息系统逐渐成为重点行业降低业务系统运行风 险的重要选择。二、技术发展趋势基础软件在信息系统建设中发挥着基础性和平台性的作用。自 2000年国务院鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策（简 称18号文）发布以来，基础软件就成为国家发展自主软件产业的重 中之重。近年来国家，核高基”重大专项的相继实施，推动基础软件包 括操作系统、数据库、中间件等领域逐步形成一批拥有核心技术的自 主品牌和系列产品。面对云计算环境下的大数据应用场景，基础软件 正经历新一轮的技术变革。具体表现在支持大规模事务处理、支持分 布式计算、移动化发展以及整合安全管理等方面。1 .复杂数据大规模处理2011年2月美国科学专刊Deal with Data提出两个方面： 是对许多学科而言，大数据带来的严重挑战；二是如何更好地组织 和使用这些数据。2012年，美国六个联邦机构（国家卫生研究院、 能源部、国家科学基金会、国防部、美国国防高级研究计划局、美国 地质调查局）联合宣布，两亿美元的新投资将用于“扩大对使用、组 织与收集大容量数据并能分析结果的工具和科技的需求”。云计算时 代，大数据的处理与分析必须依靠云计算提供计算环境和能力。纽 约时报用云计算技术转换了 18511922年超过40万张扫描的图片， 通过把任务分配给几百台计算机，这项工作在36小时里就完成了。信用卡公司Visa计算两年的记录，包括370亿笔交易、高达36TB的 数据。处理时间用传统方法需要一个月，采用基于Hadoop的处理技 术只要13分钟。2. 分布式计算架构操作系统是计算机系统中关键的部分，是所有应用软件发挥作用 的平台。借助分布式算法和虚拟化技术，用户可以在单台物理机上运 行多个虚拟机，每个虚拟机都可以在多个环境之间共享同一台物理机 的资源。不同的虚拟机可以在同一台物理机上运行不同的操作系统以 及多个应用程序。分布式数据库可适应海量非结构化数据的存储和分 发，满足超大规模的数据量和高并发的用户访问需求。它由分布在多 个计算结点上的若干个数据库系统组成，提供有效的存取手段来操纵 这些结点上的子数据库。中间件可实现应用程序的跨平台操作处理， 并随着云计算和大数据而走向融合发展。3. 操作系统软件移动化近年来通讯工具的智能化带动了操作系统的移动化发展。2007 年苹果推出iPhone ,搭载iOS操作系统，着重于应用触控式面板，造 成用户界面与用户体验的改进。9月，谷歌发表开放手持设备联盟， 并推出Android操作系统。2010年10月，微软公司正式发布了智能 手机操作系统Windows Phone。2013年，中国从智能手机操作系统市 场Android 一家独大，获得78.9%的关注比例。ZDC监测数据显示， 目前中国智能手机市场上在售的机型中，搭载Android系统的产品占 据90.1%的比例。除Android外，苹果iOS与Windows Phone系统机 型分别获得10.3%和7.6%的关注度。整体来看，智能手机市场上 Android iOS、Windows Phone三大系统三足鼎立的格局正在形成。 2014年1月，中国发布了自主移动操作系统COS，中国电信和中国 移动正在测试COS平台。同时以中标软件、上海联彤、凯斯昊鹏为 代表的一批移动操作系统厂商正在崛起。4. 整合安全管理市场调查数据表明，安全已经成为阻碍云计算发展的最主要原因 之一。数据显示，32%已经使用云计算的组织，45%尚未使用云计算 的组织，其ICT管理将云安全作为进一步部署云的最大障碍。因此， 要想保证云计算能够长期稳定、快速发展，安全是首要需要解决的问 题。当前不论软件安全厂商还是硬件安全厂商都在积极研发云计算安 全产品和方案。包括传统杀毒软件厂商、软硬防火墙厂商、IDS/IPS 厂商等各层面的安全供应商都已加入到云安全领域。三、典型的体系结构和关键技术1 .体系结构当前为面向电子商务、智慧城市建设、移动互联网应用、物联网 建设等大数据应用，满足数据容量大、多样性强、冗余度大的处理要 求，需要支持横向扩展，具有分布、并行、高效特点的基于大数据应 用的云计算基础平台体系结构，其构成要素应包括资源池、资源管理、 支撑环境和相关的标准、规范和安全机制等。云资源池由物理资源和虚拟化资源构成。云资源管理由资源监 控、调度、虚拟资源管理、分布式文件系统等构成。通过虚拟化技术 实现对底层物理资源的抽象，使其成为一个个可以被灵活生成、调度、 管理的基础资源单位。将这些资源进行有效的整合，从而生成一个可 统一管理、灵活分配调度、动态迁移的基础服务设施资源池，并向用 户提供自动化的基础设施服务，就需要云管理平台的支撑。云支撑环 境负责面向各类云应用的开发与集成，业务运行和服务管理，实现云 服务的可运营，主要包括应用开发与执行环境、分布式数据库集群管 理系统及协同支持等。云计算环境下的大数据应用集中在智慧城市建 设中的商业智能、政府决策、公共服务和物联网应用等方面，从而改 变社会经济的运行方式和决策方式。云安全管理提供整体安全保障。 云计算标准为系统结构提供技术引领和相关专利支撑与框架支撑。涉 及的关键技术包括虚拟化技术、虚拟资源管理、大数据挖掘、云安全 管理技术等。2. 关键技术(1 )虚拟化技术虚拟化包括计算虚拟化、存储虚拟化和网络虚拟化。计算虚拟化 打破操作系统对服务器硬件的独占形态，在保证服务隔离性的前提 下，提高服务器的利用率，大幅降低用户的TCO (总体拥有成本)b 存储虚拟化是对存储硬件资源进行抽象化的表现。虚拟化的存储资源 是一个巨大的存储池，用户不会看到具体的磁盘、磁带，也不用关心 数据经过哪条路径通往哪些存储设备。网络虚拟化解决物理承载网络 和虚拟网络的问题。物理机中的网络接入设备虚拟化主要是网络适配 器及虚拟交换机；交换网络虚拟化满足多租户对网络资源的隔离等多 方面需求。当前主流的虚拟化技术包括KVM、Xen以及Hyper-V等。 其中KVM和Xen属于开源软件。(2 )虚拟资源管理智能管理是云计算的重要特征之一，具有准实时部署、动态和细 化的扩展能力。云计算平台通过调节资源在虚拟机之间的分配来满足 用户对系统整体性能提升、服务质量、能耗等方面的需求。动态资源 池是把虚拟化资源进行抽象进行统一管理、分配、组合的资源框架， 调节资源在虚拟机之间的分配，实现虚拟机服务能力的复杂控制和云 计算平台整体优化。(3) 分布式数据处理处理海量数据，需要采用云计算环境下的并行数据挖掘算法与策 略。通常采用Map-Reduce并行计算模型，在海量数据的处理方面， 程序运行处理速度上需要满足实时性的要求，短时间内能够完成海量 数据的挖掘工作。分布式数据库由分布在多个计算结点上的若干个数 据库系统组成，它提供有效的存取手段来操纵这些结点上的子数据 库。典型的如 Google 的 BigTable、Amazon 的 Dynamo、Apache 的 H base、Zvents的Hypertable等。目前开源的产品如 的 Cassandra、Apache 的 HBase 等。(4) 云安全管理云计算的安全一直是众多用户所关注的。主要涉及云计算技术的 安全风险以及数据监管方面的风险。虚拟层的引入使云平台安全相比 传统的数据中心安全更为复杂。云计算的安全管理不仅局限在使用某 种安全技术，而是覆盖云计算数据中心的整体安全策略。云计算的安 全性需要保护用户的数据隐私。通常采用高强度的加密算法对用户的 敏感数据进行加密。同时需要保证执行环境的可信性，这需要建立从 传输层到应用层完整的安全防控体系。四、基础软件产业发展建议面对云计算、大数据、物联网、移动互联网的迅猛发展，国内的 基础软件厂商已具备了相当技术基础，并积极推进自主产品同云计 算、大数据的融合。在技术研发方面，积极储备虚拟化技术、分布式 计算处理技术、资源处理和安全管理技术。在产业合作方面，从生态 环境建设等方面积极推进，通过产业联盟、开源社区等加强厂商间的 技术和市场合作。目前国内基础软件厂商已经形成了产业链条，在多 个行业领域开展合作研发和市场推广。下一步应从行业大数据管理和 智能系统的应用入手，推进基础软件产品和服务的跨越发展。1 .行业大数据管理系统应用面向传统工业和制造领域以及智能设备的大数据应用，整合国产 基础软件和应用软件技术资源，建设数据采集、存储、分析、应用的 全链条能力。结合行业特点，在数据精确性、可靠性和系统效率等方 面提供符合业务发展需要的信息系统和数据管理标准，形成解决方 案。重点服务领域包括能源、环保、制造业、医疗等行业。2 .智能跨终端/平台系统应用面向智能跨终端/平台系统软件的开发，基于开源软件和硬件社 区，研究智能设备管理框架、操作系统和平台软件的技术标准体系。 以开放平台、众包众筹的形式提供支撑智能跨终端/平台开发、运营 的设计方案和系统软件，形成覆盖芯片设计、系统软件开发、终端制造、服务运营的产业生态环境。3. 行业信息系统规划设计和解决方案结合国家智慧城市和物联网发展规划布局，深入重点行业和企业 开展调研，把握重点行业应用和服务需求。根据不同区域和行业的特 点，结合信息技术服务标准，如咨询、集成、运维、安全等，提供贯 穿信息系统生命周期的规划设计和解决方案。重点服务领域包括社会 管理、公共服务、金融、物流等行业。4. 加强技术合作及人才储备以产业联盟的形式团结一批上下游厂商与合作伙伴。加强在关键 技术领域的攻关，实现可持续的核心技术掌握，支持基础软件厂商、 联盟通过联合制订技术标准、认证产品和解决方案、社区合作促进市 场推广等方式提高国产“软硬一体化”平台的生产力。发展归根到底需 要靠人才。建议设立国产基础软件人才储备专项资金，培养操作系统 领域顶尖的技术人才和应用推广人才。