云計(jì)算與軟件開發(fā)變革

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      以下為文字實(shí)錄：
      我今天要談的題目是云計(jì)算和群體軟件工程。最近這幾年大家都非常關(guān)心云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)，我也想談?wù)勎业囊豢字?，和大家一起討論?br />       什么是物聯(lián)網(wǎng)呢？因?yàn)檎劻撕芏?，我?jiǎn)單講一講。99年MIT的教授在使用電子標(biāo)簽的時(shí)候首先提出的。物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)什么東西大家都知道，是面向特定領(lǐng)域和行業(yè)的，擁有超量數(shù)據(jù)的復(fù)雜信息應(yīng)用系統(tǒng)。我不詳細(xì)講了。
      物聯(lián)網(wǎng)在各個(gè)方面，比如智能交通，智能電網(wǎng)，現(xiàn)代物流，醫(yī)療健康，信息刪除方面，這都是今后要使用的。所以物聯(lián)網(wǎng)是未來信息社會(huì)的基礎(chǔ)設(shè)施，我們的目標(biāo)是搞工業(yè)信息化，工業(yè)信息化的標(biāo)志性成果是在這些振興行業(yè)里頭都實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)，也是我們戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的切入點(diǎn)。所以逃跑關(guān)鍵技術(shù)，擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)是今后信息領(lǐng)域的主要任務(wù)。
      物聯(lián)網(wǎng)怎么實(shí)現(xiàn)呢？我認(rèn)為云計(jì)算提出一個(gè)實(shí)現(xiàn)方法。李德毅院士上午大會(huì)講了，什么是云計(jì)算？云計(jì)算是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的大眾參與的計(jì)算模式，它的計(jì)算資源包括計(jì)算能力、存儲(chǔ)能力、交互能力等等，是動(dòng)態(tài)、可伸縮、被虛擬化的，而且以服務(wù)的方式提供的。我認(rèn)為云計(jì)算的實(shí)質(zhì)在哪里呢？實(shí)質(zhì)是對(duì)用戶屏蔽有關(guān)計(jì)算、存儲(chǔ)、通信和控制的底層操作細(xì)節(jié)。目的是為用戶提供簡(jiǎn)單易用、安全可靠、需用即得的服務(wù)。用戶變得很方便了，為什么用戶變得很方便了呢？因?yàn)樗袑?shí)現(xiàn)過程全部對(duì)用戶屏蔽了，想要什么取就可以了，這是云計(jì)算的基本思想。
     比如說大家都了解的事，云計(jì)算提出了一個(gè)以服務(wù)為綱的體系結(jié)構(gòu)。第一個(gè)是軟件即服務(wù)，終端用戶無需關(guān)心使用了哪些特定應(yīng)用軟件和資源，直接得到所需的服務(wù)。平臺(tái)即服務(wù)，下一層的應(yīng)用軟件無需關(guān)心操作系統(tǒng)以及中間件的底層模塊的具體操作和運(yùn)行，直接獲得所需要的功能。什么是基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)呢？平臺(tái)無需關(guān)心硬件設(shè)備的細(xì)節(jié)，直接得到所要求的計(jì)算和處理的資源，這是最著名的三個(gè)S——SaaS、PaaS、IaaS。
       所以云計(jì)算為物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)，特別是軟件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提供了解決方案，所以它的作用我認(rèn)為是一種解決方案，理念是服務(wù)用戶，怎么樣實(shí)現(xiàn)它最核心的是要屏蔽最下層的那些東西。
      下面我重點(diǎn)談一談所謂群體軟件工程。
      云計(jì)算使得用戶變得很簡(jiǎn)單了，想要什么直接獲取就行了，但是獲取的整個(gè)過程是十分復(fù)雜的，那么這個(gè)部分怎么樣才能完成呢？這是咱們?cè)谲浖缢械娜藗兌家冻鼍薮蟮膭趧?dòng)來滿足這些用戶們、使用者們的需求，特別是對(duì)于基于云計(jì)算的這些社會(huì)服務(wù)系統(tǒng)。比如各種物聯(lián)網(wǎng)和面向行業(yè)的超量信息，它和我們過去所做的軟件有些不同，主要在三個(gè)方面：具有超、變、散的特點(diǎn)。
     首先是超，所有的物聯(lián)網(wǎng)和由云計(jì)算這個(gè)方法實(shí)現(xiàn)的這套物聯(lián)網(wǎng)，成千上萬上億的人來使用，所以都是一些超大規(guī)模的系統(tǒng)。比如說大量感知受控的設(shè)備，這些感知設(shè)備要十的七次方，千萬級(jí)。同時(shí)在網(wǎng)上進(jìn)行海量信息和通訊進(jìn)程大約要10的12次方，兆級(jí)每秒，這么多的進(jìn)程在進(jìn)行。第三個(gè)是超量的非結(jié)構(gòu)化動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，10的18次方。第一是超大規(guī)模。
     第二是這些系統(tǒng)，不論是智能電網(wǎng)、智能交通，甚至軍事信息柵格這些東西，都在不間斷、持續(xù)演化和部署。所以有什么改進(jìn)都是在運(yùn)行當(dāng)中的改進(jìn)，和過去一個(gè)軟件版本可以用很長(zhǎng)時(shí)間不同。這是變。
     第三是散，任何物聯(lián)網(wǎng)都涉及到多部門、多領(lǐng)域、多產(chǎn)業(yè)、多地域。比如美國(guó)的Cyber Infrastructure系統(tǒng)，是覆蓋全美范圍，包括很多學(xué)科領(lǐng)域，涉及幾十所高校和研究院。這種要求和這種量對(duì)軟件工程，對(duì)系統(tǒng)的，過去傳統(tǒng)的軟件工程提出了一個(gè)挑戰(zhàn)，咱們大家想想，傳統(tǒng)的軟件工程到現(xiàn)在為止我們有什么特點(diǎn)呢？我認(rèn)為至少有三點(diǎn)：一是精英化，不論是各種軟件公司，在里面工作的人都畢業(yè)于優(yōu)秀的大學(xué)，至少碩士畢業(yè)的優(yōu)等生。我說的精英不是天才，是經(jīng)過系統(tǒng)有效訓(xùn)練的人，高等教育的人，精英化。二是計(jì)劃性，要做一個(gè)軟件預(yù)先規(guī)劃需求，而且需求能夠提得很清楚，然后把需求不斷的展開，做到細(xì)節(jié)。開發(fā)的時(shí)候是自底向下的開發(fā)，自底向下的測(cè)試，整個(gè)活動(dòng)是自閉的，不對(duì)外開放的。有的時(shí)候我們?cè)黾右恍┦裁碅lpha測(cè)試、Beta測(cè)試，但是總體是不開放的，這是咱們傳統(tǒng)軟件工程的來法。面對(duì)超量的信息系統(tǒng)這就遇到麻煩。
      傳統(tǒng)軟件工程與超量的信息系統(tǒng)的對(duì)比
      舉一個(gè)例子。世界上最好的軟件公司是Microsoft。Windows Vista的功能模塊約6萬個(gè)，代碼6000萬行，9千熟練的專業(yè)人士，微軟的這些骨干們，耗時(shí)五年完成的Vista，這個(gè)量應(yīng)該說在傳統(tǒng)的軟件工程的框架之下的杰作，這個(gè)量級(jí)。但是咱們現(xiàn)在討論的，各位專家今天上午或者以前會(huì)議上討論的云計(jì)算，社會(huì)服務(wù)系統(tǒng)，它的規(guī)模遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過Windows的代碼量。舉一個(gè)例子，比如說Facebook每個(gè)月都有60億張照片上傳，這是他們自己說的。如果把每張照片都要和個(gè)人的信息等情況關(guān)聯(lián)起來，我們國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提出一個(gè)四面體全信息的標(biāo)注和處理方法。經(jīng)過這三年的試驗(yàn)，要把一張照片四方面的信息標(biāo)注連接起來，一張照片大概需要12分鐘。如果按照一萬人開發(fā)來做這個(gè)事的話，需要41年才完成，但是咱用了嗎？沒有。Facebook是怎么解決的信息如此超量的問題呢？采用的群體模式。
      Facebook有8.5億個(gè)用戶，這些用戶都對(duì)自己上傳的照片加以標(biāo)注，或者至少一半以上加以標(biāo)注，假設(shè)8.5億個(gè)人，每個(gè)人負(fù)責(zé)自己的照片，或者一個(gè)朋友的照片，一個(gè)半小時(shí)就可以完成。這就是面對(duì)著超量信息以后新的解決辦法，從軟件工程角度這是一個(gè)重要的東西。以前我說是精英化的團(tuán)體，一萬個(gè)精英開發(fā)Windows，或者Vista這樣的系統(tǒng)，現(xiàn)在在處理大量的、超量的，18次方信息的情況下，8億人同時(shí)上就可以解決這個(gè)超量的問題，這是第一個(gè)例子。
      第二個(gè)例子，咱們天天都在得意的APP Store和Android Market，08年7月開始，大家都有手機(jī)，都使用這些應(yīng)用程序，前后有多少人參加？70萬人，Windows Vista有1萬人，現(xiàn)在70萬人，至少是70萬人次，在四年之內(nèi)完成了60萬個(gè)應(yīng)用，這是咱們過去從來沒有過的現(xiàn)象。過去為什么軟件貴？就是因?yàn)檫@個(gè)，現(xiàn)在都是精英經(jīng)過專門研究出來，現(xiàn)在我們達(dá)到至少是應(yīng)用軟件這個(gè)行業(yè)，應(yīng)用程序我們已經(jīng)達(dá)到了極大的豐富，70萬。另外一個(gè)是45萬。這個(gè)例子說明什么呢？用群體開發(fā)模式解決超大規(guī)模建設(shè)人力不足問題的另外一個(gè)很有說服力的例子。但是目前APP Store的技術(shù)只是群體開發(fā)的一個(gè)初級(jí)階段，而且只支持互相獨(dú)立的應(yīng)用開發(fā)程序。這是第二個(gè)例子。
      第三個(gè)例子，TopCoder，采用競(jìng)爭(zhēng)性群體軟件開發(fā)模式，25萬名開發(fā)人員加入。美國(guó)在線委托TopCoder開發(fā)通信后端系統(tǒng)，他任命了兩名職員做設(shè)計(jì)師和項(xiàng)目經(jīng)理，他們組織了少數(shù)人員把這個(gè)系統(tǒng)分成52個(gè)部分，按照傳統(tǒng)軟件工程的來法要一年完成，但是TopCoder僅僅用了五個(gè)月就完成了，而且質(zhì)量還很高，最終產(chǎn)品完全達(dá)到客戶要求，并且程序中每一千行代碼平均只有0.98個(gè)漏洞，低于業(yè)內(nèi)要求他們每千行六個(gè)漏洞標(biāo)準(zhǔn)。所以做的很好，很成功。
      既然物聯(lián)網(wǎng)和在云計(jì)算的思想指導(dǎo)下實(shí)現(xiàn)的軟件系統(tǒng)是超量的信息系統(tǒng)，咱們能不能夠借鑒在Facebook，在APP Store，在TopCoder這些東西，從Facebook的應(yīng)用數(shù)據(jù)處理，APP Store的應(yīng)用程序到TopCoder簡(jiǎn)單服務(wù)系統(tǒng)，這種軟件開發(fā)能不能進(jìn)入在云計(jì)算模式下的超量的復(fù)雜系統(tǒng)，全面開花，使用群體方式來開發(fā)一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)。
這就是我這次想跟大家討論的問題。因?yàn)槿后w一進(jìn)入之后大家馬上就會(huì)想到，解決超量的問題是不假，但是產(chǎn)生了新問題，什么問題？安全問題，安全問題成了大問題。所以我認(rèn)為群體軟件工程這么樣一種新的軟件工程，面對(duì)超量的信息系統(tǒng)，采用群體的研發(fā)，群體競(jìng)爭(zhēng)的研發(fā)方式，產(chǎn)生安全可靠軟件的這樣一種新的工程，這就是群體軟件工程。這是它的目標(biāo)。
      群體軟件工程的核心理論是什么？就是剛才我們所克服的傳統(tǒng)軟件工程的幾點(diǎn)。開發(fā)過程從封閉走向開放，就像TopCoder這些，都是從封閉走向開放。開發(fā)人員從精英走向大眾，像APP Store調(diào)查的一樣，80%以上的開發(fā)人員都是13歲-28歲的青年，精英是指受過嚴(yán)格的高等教育，他們28歲-13歲怎么可能受到這種高等教育。所以從精英走到大眾，另外從工廠走向社區(qū)。三是從機(jī)械工程走到社會(huì)工程?？次覀儸F(xiàn)在開發(fā)一個(gè)系統(tǒng)，跟我們研制一個(gè)大型客機(jī)一樣，從自頂向下的設(shè)計(jì)，專業(yè)人士研究制造，訓(xùn)練有素，現(xiàn)在開發(fā)面向群社會(huì)服務(wù)的這樣一些系統(tǒng)，就像建設(shè)城市一樣，我們所有的城市建設(shè)都是在過去的基礎(chǔ)上逐漸的堆壘起來的。把所有整個(gè)區(qū)域都消滅掉，然后重新建設(shè)，這也不可能。所以社會(huì)工程更多的思想將滲入到超量信息的研究，特別是在云的思想指導(dǎo)下的超量信息系統(tǒng)的構(gòu)造的東西。
      開發(fā)體系是兩個(gè)都要，既要群體性，也要精英，兩面都需要的。群體性和大眾化解決軟件超量開發(fā)的問題，群體性競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制對(duì)軟件資源的形成、組合、測(cè)試、維護(hù)和服務(wù)的生產(chǎn)具有基礎(chǔ)性的作用。精英做什么呢？計(jì)劃性和精英化的整體規(guī)劃和管理，精英化的管理機(jī)制對(duì)軟件的構(gòu)架、組織的法則、社會(huì)規(guī)范的形成具有宏觀的決策作用，這是咱們中國(guó)特色的兩點(diǎn)。市場(chǎng)是起著基礎(chǔ)作用，政府起著宏觀調(diào)控作用，一方面是大眾，另一方面是精英，這兩個(gè)優(yōu)勢(shì)都可以發(fā)揮出來，這是需要的體制。
      群體軟件工程的開發(fā)原則
      開發(fā)原則我認(rèn)為應(yīng)該是使用者即設(shè)計(jì)者，使用者即開發(fā)者，使用者即維護(hù)者。這個(gè)在APP Store應(yīng)用程序做到了，所有開發(fā)設(shè)計(jì)這些應(yīng)用的，同時(shí)自己也是使用者。所以他的原則是這樣。他的基本內(nèi)容我認(rèn)為至少要包括下面幾個(gè)方面：
      因?yàn)橐后w參加，又要保證安全，所以整個(gè)的體系結(jié)構(gòu)必須是多層的體系結(jié)構(gòu)。屏蔽原理，群件組合服務(wù)原理，用戶身份的多重性原理，開發(fā)者的競(jìng)爭(zhēng)選擇原理，競(jìng)爭(zhēng)性測(cè)試和對(duì)抗性安全。我覺得至少應(yīng)該包括這幾個(gè)方面。
      第一個(gè)方面，為什么變成了多層結(jié)構(gòu)？咱們傳統(tǒng)的軟件系統(tǒng)，比如說以前Windows，我不是說Windows不好，我天天都在用，我是指對(duì)他們?cè)谶^去這一階段，實(shí)際上就是兩層：一層是操作系統(tǒng)本身，另外一層是用戶，用戶我拿了操作系統(tǒng)之后，我拿了Windows之后，按照Windows的各種規(guī)定咱們來操作。說我今天覺得這個(gè)不好，我想修改修改，進(jìn)到里面修改某部分，這是不可以的。所以一共就兩層，這兩層之間是不開放的。到了Android和APP Store為什么能夠把群體這個(gè)事整進(jìn)來呢？這是我個(gè)人的看法。第一步是在應(yīng)用程序這方面把整個(gè)群體的積極性給調(diào)動(dòng)起來。從軟件結(jié)構(gòu)看，它變成三層了，最下面這一層是操作系統(tǒng)，第二層是一個(gè)開發(fā)環(huán)境，第三層上是用戶。那么用戶怎么樣呢？用戶在操作系統(tǒng)中間增加了一層，整個(gè)開發(fā)環(huán)境是對(duì)用戶都開放的。所以用戶是個(gè)設(shè)計(jì)者是指我可以設(shè)計(jì)我的應(yīng)用軟件，但是我在開發(fā)環(huán)境里頭進(jìn)行設(shè)計(jì)。再深一步，從理論上說，這三層實(shí)際上的作用是什么呢？就是臨層開放，隔層屏蔽，操作系統(tǒng)不是每個(gè)人都可以開放的，這樣的話至少他在應(yīng)用程序這一層面動(dòng)員了千千萬萬的應(yīng)用程序的愛好者，調(diào)動(dòng)起群眾的銅墻鐵壁。但是同時(shí)操作系統(tǒng)這塊他還能夠保證安全，這是第一個(gè)基本的思想。
      所以我們把這個(gè)想法再推廣一下，如果我們想把群體軟件、群體的開發(fā)深入到整個(gè)云計(jì)算的開發(fā)里面去，那么我們就應(yīng)該把整個(gè)超量信息的云計(jì)算的系統(tǒng)分成很多個(gè)層次，使得每一個(gè)層次里面都遵從臨層開放、隔層封閉，這樣的話安全性問題就解決了，這是多層次。每一層怎么樣？每一層就三樣?xùn)|西：一是群件庫(kù)，函數(shù)庫(kù)，給上層應(yīng)用的。二是我的開發(fā)環(huán)境。三是數(shù)據(jù)庫(kù)，在我這一層次里，這個(gè)已經(jīng)都對(duì)我的上層、臨層開放了，對(duì)我的上上層封閉。所以屏蔽原理我也講了，臨層開放，隔層屏蔽的原理。群件怎么樣呢？每一層有基本群件和組合群件，組合群件為了云計(jì)算里的組合服務(wù)，但是我們仔細(xì)有一想Android之后會(huì)發(fā)現(xiàn)，組合服務(wù)其實(shí)就是一個(gè)基本的程序。怎么來組合這個(gè)層次里的服務(wù)呢？首先它基本的服務(wù)是從下一層提供的，比如說函數(shù)庫(kù)。基本的組合是通過順序語(yǔ)句組合，通過發(fā)收并存語(yǔ)句組合，這是核心的，比如Android領(lǐng)域用的Java，但是真正核心的就是這些東西。每一個(gè)層次都是這樣，只是不同的層次里的基本群件是由下一層提供的。這是組合群件。
      所以每一個(gè)層次既然都是這樣，都類似JAY信息機(jī)一樣，所以它是多態(tài)的層次。什么是多態(tài)？比如說我們?cè)谶\(yùn)用函數(shù)的時(shí)候，整形的除和實(shí)數(shù)的除法類型是一樣的，但是態(tài)不同，一個(gè)是實(shí)數(shù)，一個(gè)是自然數(shù)，是整數(shù)，這個(gè)就是多態(tài)。我不詳細(xì)講了。
      另外，什么叫群件基本達(dá)標(biāo)呢？每層開發(fā)者的數(shù)量和該層群件的直接數(shù)量遵從二八律，遵從二八律我們才認(rèn)為他達(dá)到了群體參與開發(fā)的要求。比如說咱們講TopCoder，它實(shí)際上是25萬人，但實(shí)際開發(fā)者只有48850人，占注冊(cè)用戶的19.6%，來自204個(gè)國(guó)家，中國(guó)的選手為11541個(gè)人。我在杭州講的時(shí)候，浙江大學(xué)院長(zhǎng)告訴我了，他們學(xué)院大概有幾十個(gè)學(xué)生都從中國(guó)直接參與TopCoder的開發(fā)，而且很多同學(xué)就是因?yàn)門opCoder的開發(fā)解決了自己的學(xué)費(fèi)、住宿所有的問題。說明這個(gè)群體軟件適合我們中國(guó)。
      怎么組織？要有執(zhí)委會(huì)和協(xié)委會(huì)，像社會(huì)工程一樣，有政府和人大的性質(zhì)。另外很重要的一點(diǎn)，為什么TopCoder的開發(fā)質(zhì)量還比原來的專業(yè)隊(duì)伍還好，原因在哪里呢？就是把競(jìng)爭(zhēng)性測(cè)試“引進(jìn)來”，實(shí)戰(zhàn)勝于沙盤。
      總結(jié)一下，物聯(lián)網(wǎng)是什么呢？物聯(lián)網(wǎng)是為工業(yè)信息化和國(guó)防信息化服務(wù)的基礎(chǔ)設(shè)施。云計(jì)算是什么呢？云計(jì)算是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的一種軟件解決方案。群體軟件工程是什么呢？是實(shí)現(xiàn)云計(jì)算服務(wù)的有效開發(fā)方法。
      我就講到這里，謝謝大家。