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梅宏院士:软件定义的未来,万物皆可互联,一切均可编程

授权转载自军观察(ID:junguancha)

结合当下的人工智能热潮,梅宏教授认为我们正在进入一个软件定义的时代。软件定义的技术本质是把原先一体化的硬件设施打破,将基础硬件虚拟化并提供标准化的基本功能,然后通过管控软件,控制其基本功能,提供更开放、灵活、智能的管控服务。

梅宏,中国科学院院士,发展中国家科学院院士,中国计算机学会会士,IEEE Fellow。曾任北京大学信息科学技术学院院长,上海交通大学副校长,现任北京理工大学副校长,北京大学高可信软件技术教育部重点实验室主任。主要从事软件工程和系统软件领域的研究,在构件化软件中间件、开发方法学和工具环境等方面取得了系列成果。

梅宏教授的主题报告是《软件定义一切:挑战和机遇》。主要内容分为三部分,无处不在的软件,软件定义的时代,新时代的机遇和挑战。

他从软件从业者的视角,将计算机软件发展历程分为三个阶段,并分别总结概括了各个阶段的大体体征以及应用领域。

  • 第一个阶段是1946—1975年,软硬一体化阶段;
  • 第二个阶段是1975年以后,软件的产品化、产业化阶段;
  • 第三个阶段是1995年以后,软件的网络化、服务化阶段。

结合当下的人工智能热潮,梅宏教授认为我们正在进入一个软件定义的时代。软件定义的技术本质是把原先一体化的硬件设施打破,将基础硬件虚拟化并提供标准化的基本功能,然后通过管控软件,控制其基本功能,提供更开放、灵活、智能的管控服务。

他认为软件技术是新一轮制造业革命的核心竞争力之一。智能制造业需要实现“硬件”、知识和工艺流程的软件化,进而实现软件的平台化,本质上即“软件定义”。

报告中除了回顾了软件技术的发展,梅宏教授还从操作系统的视角来理解软件定义的本质和内涵:硬件资源虚拟化、管理功能可编程。最后,梅宏教授也展望了软件定义的未来,他认为在人-机-物融合计算的场景下,万物皆可互联、一切均可编程、进而分析了软件定义的带来的机遇和挑战。

软件定义一切,人-机-物互联就是软件人的机遇。软件定义的挑战是什么?梅宏教授认为是体系结构设计决策,系统安全,系统质量以及如何更轻量的虚拟化,还有怎样打造高度自适应的软件平台。

以下是梅宏教授的会场实录。

感谢大会给的这个机会!近几年中,我在不同的场合也做了很多不同的报告,但是这几年都是被动地被拉去讲大数据,后来想想,差点把自己的主业忘了。现在软件很重要,我们每天的生活都离不开软件,可能大多数人每天早上起床的第一件事儿就是打开某个APP。所以我今年给自己订了一个小目标,但凡有机会做报告,我就只讲软件,也是为本行业的人呼吁一下,所以我今天讲的题目很大,软件定义一切。

无处不在的软件

“软件定义一切”并不是我说的,我要是这么说可能把咱们今天在座的很多同行都给得罪了。我是想借这个题目讲一讲软件的三个阶段。第一个题目我想大家都认可,软件已经无处不在,第二个题目是软件定义的时代。我们正在进入一个新的时代,刚刚过去的十九大讲是中华民族复兴的时代,我是从信息技术对人类社会的改造这个角度来谈这个新时代,不同的人从不同的角度也给了这个时代不同的赋名。

从基础设施视角来看,这是一个互联网+时代;从计算模式视角来看,这是一个云计算时代;从信息资源视角来看,这是一个大数据时代;从信息应用视角来看,这是智能化时代。我想说在这些里面有一项很重要的技术,那就是软件。某种意义上来说,我们这个时代就是一个软件定义的时代。

软件产业呈持续增长态势。从国内来看,国家工信部公布的2012年到2016年的五年数据中,软件和信息技术服务业始终保持高增长,在电子信息行业的比重也在不断上升。2008年金融危机开始以后,很多行业都在下滑,而信息技术行业还在保持增长,而软件行业的增长又是远远高于信息技术其他的比重。

从国际上来看,全球有19个国家软件支出占国内生产总值的比重超过0.5%,其中美国已经超过1%。这个产业规模一直在保持增长。第二个软件从业的人数,2014年全球ICT技术工人约为2900万人,其中专业软件开发人员约1100万人。国家工信部给出的近五年数据中,软件从业人数也在逐年增长,2016年达到576万人。但如果换一个视角,从开源社区来看,比如程序员经常去的一个软件问答网站stack overflow,注册3200万人,其中超过2500万人是多次访问。再比如CSDN,注册用户达2500万,活跃用户超过800万。

它们普遍都要比工信部公布的数据高,这说明和软件相关的从业人数有很多。

回顾过去计算机软件发展,我认为大概可以分为三个阶段。第一个是1946到1975中期,是软硬一体化阶段。第二个是1975年以后,软件产品化、产业化阶段;第三个是1995年以后,软件的网络化、服务化阶段。

我想讲一讲这三个阶段的大体特征。在软硬一体化阶段,也就是计算机刚出现的时候,是没有软件的,都是以程序实现的,大体上展现方式的是机器语言,汇编语言。早期应用领域以破解密码,军事领域的计算为主。60年代初期,开始出现“软件”一词,融合程序和文档为一体,作为独立的形态从硬件分离出来,以IBM 360系列机为代表(尽管还是和硬件捆版一起销售),也逐渐形成了计算机学科和程序员行业。它的展性形式是高级程序语言+文档,应用领域主要是商业计算和其他科学计算领域。

软件产品化、产业化阶段,以Microsoft和Oracle的出现,标志着软件开始成为一个独立产业。PC的广泛应用和软件产品化催生了人类历史上信息化的第一波浪潮,其主要特征即以单机应用为特征的数字化阶段。紧接着就出现了办公软件,彻底改变了人类传统的办公行为,微软office迄今依然是微软标志性产品之一。九十年代中期开始 ,软件进入网络化,服务化阶段。互联网推动了软件从单机向网络计算环境的延伸,带来了信息化的第二波浪潮 ,其基本特征是以联网应用为特征的网络化阶段。

做软件的人总是希望把互联网作为平台,来研究软件。软件的形式也因互联网发生变化,形态从传统的拷贝行为变为软件服务,等到后期移动互联网的产生,促成APP的诞生,整个软件模式都发生了变化。应用领域已经渗透到社会经济生活中的方方面面。

互联网环境下软件呈现新特性和新特征

我们中国学者自己定义一个词:网构软件。指的就是面向互联网计算的软件新范型。这些新范型是什么,总结有几个性质,实体的自主性,实体对环境的情景感知,实体之间的自主协同,实体的在线演化,以及可信性需求。简单来说,软件呈现网络化体系结构,基于网络进行开发,通过网络交付分发并提供服务,这就是软件的服务化。

软件和硬件相比,同样都作为功能性产品,但软件这种工具和互联网结合就能够实现一种真正的服务化。紧接着移动互联网的产生,又产生了一种新的模式,这就是APP。苹果商店拥有300万+个APP,累计下载量超过1500亿次。这个时候创造了一种新的模式,客户端要和服务器端合起来完成一件任务,他也是一种拷贝,不过是一种新的拷贝方式。互联网深刻改变了人类社会和生活模式,而互联网的核心价值是连接,软件是实现互联网核心价值的重要使能技术。硬件连接虽然很重要,但最终的灵活连接还要靠软件。

最终我引用两位名人的话,NetScape创始人Marc Andreessen说:Software eats the world! 软件吞噬世界。另一位是C++语言发明人,Bjarne Stroustrup说:人类文明运行在软件之上。

软件定义的时代

第二部分我讲的是软件定义的时代。互联网及其延伸,正在导向我们走在一个新的模式,人-机-物的融合。信息技术的网络化、泛在化、智能化趋势蕴含了人-机-物和谐发展的愿景。当前,正在兴起信息化的第三波浪潮,即以数据的深度挖掘与融合应用为特征的智慧化阶段。这个阶段我命名为智能化阶段,在这个新的环境下,人机物融合环境下的信息基础设施是海量的资源。第二来看他的应用,人机物融合环境下的新型应用:需求形态多样。面对海量资源和应用需求形态多样的这两个特征,人机物融合需要新的平台环境,如何凝练应用共性,如何有效管理资源这是这个平台的基本要求。在这样的平台之下,由于应用需求变化频繁和应用场景动态多变,这个平台能否实现按需灵活定制?

什么是软件定义?

软件定义的真正落地,还是在云计算平台里面的应用。2011年前后,OpenFlow被用于云计算平台中进行网络管理,并被广泛接受。在15年的时候,Gartner战略报告首次出现SDN(软件定义),SDN重新“定义”了传统的网络架构甚至通信产业。

软件定义网络的技术原理是通过一组API对网络设备进行任意的编程从而实现新型的网络协议、拓扑架构而不需改动网络设备本身。

计算机的操作系统是什么,是管理硬件资源、控制程序运行、改善人机界面和为应用软件提供支持的一种系统软件,即向上提供公共服务,向下管理资源。如果从操作系统视角来看软件定义,操作系统是软件定义的“计算机”,从软件研究者的视角,操作系统体现了“软件定义”之集大成。

在我的理解看来,软件定义的技术本质就是把过去的一体化硬件设施打破,基础硬件及其虚拟化提供标准化的基本功能,然后通过管控软件控制基本功能,提供更开放、灵活、智能的管控服务。

软件定义的技术本质:硬件资源虚拟化,管理功能可编程。硬件资源抽象为虚拟资源,然后用系统软件对虚拟资源管理和调度。就是在硬件资源虚拟化的基础上,用户可编写应用程序,满足访问资源的多样性的需求。大家现在可以看到软件定义出现了各种各样的延伸,软件定义的存储,软件定义的计算,软件定义的环境,软件定义的数据中心等等。但所有架构都跳不出操作系统的三层架构,就是说软件平台的三层架构,这些SDX均符合“硬件资源虚拟化”与“管理任务可编程”的技术原理。

这就是我对软件定义的理解。

软件定义带来的机遇和挑战是什么?

我们可以看到的机遇就是软件定义一切。定义一切,人-机-物互联是我们追求的目标。我们是不是最终能做到万物皆可互联,一切均可编程呢?这就是软件定义给未来世界达成的目标,也就是我们的机遇所在。我们看到软件定义的本身进一步泛化和延伸,我们要软件定义我们的物理世界,再进入我们的城市、我们的行业、我们的校园,从单一的资源管控到人、机、物融合环境下对各种资源全方位的互联互通。这是我们今后努力的方向。

人工智能是当今的热潮,但我个人的观点还是认为处于数据驱动的算法智能阶段,软件平台如何提供“通用”的智能应用支撑,并允许按需深度定制?是否会出现面对AI的操作系统?我想这个也是可以通过平台的方式去实现。软件技术在新一轮革命技术中毫无疑问是核心竞争力之一,新一轮制造革命需要实现“硬件”、知识和工艺流程的软件化,进而实现软件的平台化,本质上即“软件定义”。随着人、机、物的融合,软件定义的挑战可以分为这几个方面:体系结构设计决策,系统质量,系统安全,更轻量的虚拟化,从原有系统到软件定义系统平滑过渡,高度自适应智能软件平台。

体系结构设计决策,包括比如如何确定受管元素的合理“粒度”和“层次”?如何界定软、硬件的功能划分并组装、配置相应元素?等。

系统的质量,需要解决的问题有如何合理平衡管理灵活性和“虚拟化”后的性能损耗(与直接访问原系统相比)?如何降低“软件实现”的复杂性和故障率,有效定位故障以保障可靠性?等等。

系统安全,对硬件资源管理可编程带来开放性、灵活性的同时,也可能会带来更多的安全隐患。对于工业控制等安全攸关领域来说,可能会带来难以难以估量的损失。

更轻量的虚拟化。大量的新设备产生,虚拟化实现了对硬件资源的软化,是软件定义的基础技术,现有以虚拟机为单位的技术过于重载,难以满足性能和实时性要求。

原有系统到软件定义系统平滑过渡。如何将原有系统平滑过渡到软件定义系统?通过对已有的资源进行大幅度的改造,我们需要安装新的硬件,需要做新的软件管理系统,以及面临的人力,时间,经济,风控等因素。这个平滑过渡也需要合理的方案,否则很难做成这样的事情。

高度自适应软件平台。从软件人追求的目标来看,我们想追求一种更为高度自适应的智能软件平台。现在平台方式是以硬件资源为中心的,如果基础设施层发生变化,软件平台就要发生改变,改完之后,上面的应用也可能发生改变。我们追求的理想方式是,软件平台具有预测和管理未来硬件资源变化的能力。

本文分享自微信公众号 - 大数据文摘(BigDataDigest)

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原始发表时间:2017-11-04

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