软件定义一切：机遇和挑战

　　现在软件很重要，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。我今天讲的题目很大——软件定义一切。

　　无处不在的软件

　　我们正在进入一个新的时代，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。有一项很重要的技术，那就是软件。从某种意义上来说，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，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。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的注册用户达2500万，活跃用户超过800万。这几个数据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。

　　互联网环境下软件呈现

　　新特性和新特征

　　我国学者自己定义了一个词：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。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300万余个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，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。

　　我引用两位名人的话，NetScape创始人Marc Andreessen说，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

　　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。人机物融合环境下的新型应用的需求形态多样。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。在2015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。

　　软件定义带来机遇和挑战

　　我们可以看到的机遇就是软件定义一切，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。软件定义的本身进一步泛化和延伸，要用软件定义物理世界，再进入城市、行业、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、配置相应元素等问题。

　　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，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。

　　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。

　　（本文根据梅宏在2017中国计算机大会上的演讲整理而成，未经本人确认。）

　　中国科学院院士 梅宏

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