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走進雲計算與虛擬化的底層核心

本文講的是走進雲計算與虛擬化的底層核心,2012年3月在國務院政府工作報告附錄部分中,政府對雲計算給出了官方的解釋,體現了政府對雲計算產業的高度重視和美好願景。雲計算在工作報告中是這樣定義的:“雲計算是基於互聯網的服務的增加、使用和交付模式,通常涉及通過互聯網來提供動態易擴展且經常是虛擬化的資源,是傳統計算機和網絡技術發展融合的產物,它意味著計算能力也可作為一種商品通過互聯網進行流通。”

  雲計算是新一代信息技術的重要發展方向,是我國新一代信息技術產業實現創新突破、跨越式發展的戰略機遇。尤其是當前,對中國而言是發展雲計算的最佳時機,也是國內軟硬件廠商趕超國外企業的重大機遇。中國政府高度重視雲計算產業發展,積極探索雲計算發展之路,將北京、上海、深圳、杭州和無錫等五座城市列為雲計算的示範城市,財政部、發改委和工信部聯合設立國家專項配套資金支持雲計算示範應用,精心遴選了12個重點項目,以15億元的真金白銀護航雲計算的落地之旅。各大國產軟硬件廠商也積極開拓雲計算業務,比如我們耳熟能詳的百度雲平臺、淘寶阿裏巴巴雲、移動大雲等。

  在低碳經濟和兩化融合的大潮中,綠色節能的雲計算將推動我國產業結構調整。當前我國經濟區域差異化較大,進入後工業化發展階段,雲計算產業的發展對這些地區經濟起到技術引領作用,也產生了諸多新的需求,而雲計算最大的特點在於低成本和高效率。通過實施雲計算,可以實現人員、軟硬件以及能源的節約,緩解行業資源使用不足的現狀。雲計算強大的數據處理能力和物聯網所倡導的便捷高效的管理控制方式,更是與節能減排這種理念不謀而合。在這樣的大背景下,雲計算行業的發展前景更加樂觀。

  雲計算對於企業而言,最明顯的是企業邊際成本遞減。前期投入大量的成本是不可避免的,而且投入之後的成本具有沈沒屬性,這種投入同固定資產投入有所不同。因為一個用戶和一萬個用戶所付出的平臺的固定成本幾乎是一樣的。此外,隨著供給的擴大而遞增,邊際收益遞增,與一般的傳統產品生產正好相反,但是與軟件產品的經濟學特征表現出強烈的一致性。正如梅特卡夫法則一樣,規模經濟性在雲計算的產業規模中就存在強者更強,弱者更弱的現象。

  雲計算的目標是將各種IT資源以服務的方式通過互聯網交付給用戶。虛擬化實現了IT資源的邏輯抽象和統一調度,在大規模數據中心管理和解決方案交付方面發揮著巨大的作用。

  虛擬化是實現雲計算最重要的技術基礎。通過虛擬化技術可以提高資源的利用率,並能夠根據用戶業務需求的變化,快速、靈活地進行資源部署。虛擬化與雲計算是相輔相成的,雲計算落地的第一步是基礎架構即服務(IAAS),而雲基礎架構本身又是搭建在虛擬化技術上面的。設備虛擬化、網絡虛擬化和應用虛擬化等技術的實現,使得IT資源能夠按需重新分配,實現支持業務運營的實時響應。

  服務器虛擬化使得分隔良好的工作負荷能夠再次共用硬件,並且為IT部門帶來了三類不同的優勢。首先,當然也是被過熱、擁擠不堪的數據中心所困擾的IT部門所最迫切需要的,它通過大幅減少IT服務對空間的占用以及在電力和散熱方面的消耗,終止了服務器蔓延。其次,它帶來了實現彈性化和更高可用性的新途徑。第三,它大大加快了設置的速度。

  對於企業而言,實現服務器虛擬化,由於應用的不同場景有所不同,因而對於服務器選型的指標也有所差異。為了實現虛擬化的最大好處,不但要使用綜合性虛擬化軟件平臺,也需要擁有多核心、高密度、可靠的內存可擴展性和強大的 I/O 吞吐量的硬件平臺。

  針對雲計算的使用特性,企業要考慮不同的因素。如果追求存儲性能,對於CPU的I/O吞吐量有較高要求;如果追求網絡吞吐量,對於計算虛擬化、CPU計算能力,以及浮點計算能力就具有更高的要求。

  對於計算機而言,計算復雜程度越大,要求的內存也就越多,計算所用的時間也就越長,同時也需要更多的晶體管來支持計算。在上世紀九十年代前,這確實是一個難題,怎樣能讓計算機更輕松的處理越來越復雜的運算?直到浮點計算的先驅William M.Kahan的出現,難題迎刃而解。而當前雲計算大環境下,針對密集型計算的需求,超強的浮點運算能力需要得以保障,業界眾多服務器芯片廠商也都致力於此。采用多核技術的高密集運算服務器將獲得更為優秀的處理能力,考慮到數據中心建設兼顧性能卓越與投資經濟的總體原則,要求服務器能夠具有節約空間、降低能耗、優化散熱等優勢。

  雲計算中就是要將各種資源的剩余價值最大化,能用多少就分配多少。實際應用中,如果要具體開發針對雲計算的服務器,就要針對特殊應用做出優化,使用基於安全軟硬件的可靠雲計算整體解決方案來實現,比如在節能方面或者存儲方面有較高的要求,就要因需而動。把虛擬機托管在帶有低功耗處理器的服務器上,有助於降低能源費用。它還能通過降低數據中心的散熱要求來間接地減少能源費用。耗電減少意味著產生更少的熱量,也就減少了散熱基礎設施的負荷。

  服務器整合是虛擬化出一個中心服務器“農場”,以取代無序化、分布式的服務器大型社區。雲計算也提供了一個類似的增加附加價值的機會:使用托管服務取代未充分發揮作用、難於支持的本地計算。

  在新的虛擬環境中,管理性能也變得越來越具有挑戰性,尤其是當涉及到內部或公共的雲資源時。當從用戶到服務器的路徑可能每小時都不同時,性能將會變得不太容易預測,具體取決於進程在運行時所使用的數據中心服務器池以及它是否從數據中心之內移動到數據中心之外的雲資源。把獨立的物理服務器分解為眾多虛擬機,提高了服務器的利用率、降低了空間和電力的需求、提供了一個靈活且適應性強的平臺,並且帶來了一系列其它IT和商業利益。

  為了了解一個特定的服務器是否應進行整合或者雲計算外包,需要知道在那臺服務器上究竟產生了多少涉及內存、CPU以及存儲I/O活動的應用程序。部署虛擬化的企業應該始終考慮使用能提供高 I/O 帶寬的處理器和能夠提高 I/O 性能的芯片組技術。數據輸入和輸出得越快,在單位時間裏完成的工作就越多,響應時間就越短。這些信息將有助於估計應用程序實現雲計算外包的成本,並確定應用程序是否占用了過多資源,而導致服務器虛擬機上其他應用程序性能的降低。此外,對於企業而言整體投入產出而言,單機運算能力的強弱也將影響到單個虛擬機成本。

  在前不久的重慶雲博會上,我們也看到了諸多業界廠商的身影,更多的芯片廠商加入到雲計算構建的底層核心部件構件當中。如AMD在重慶雲博會上提出的價值雲概念,令人耳目一新。節能、高效、穩定的雲計算基礎設施為那些仍舊存在疑慮的企業提供了多一層的基礎保護傘。

  借助雲計算,普通用戶可以通過終端設備隨時隨地接入網絡,實現對雲中數據的共享和管理,比如上傳下載文檔。對於企業,可以隨意獲取各種高可擴展的、靈活的IT資源,快速部署企業應用,在不加大硬件投資的前提下,滿足業務高速增長的需求。所有這些都需要實現雲服務環境下服務器管理與部署。隨著CPU技術發展,多核心、大內存、大容量、多路多線程、低功耗、綠色節能、與高性能顯卡融合等越來越成為主流趨勢,部署在同一臺服務器上應用越來越多,如何將虛擬化技術和雲計算做有機結合是目前的用戶所關註的焦點。而AMD在這一領域的持續投入和積極實踐,在保持其低耗能高穩定性基礎構件傳統優勢的同時,更將其基於多核,低功耗以及異構計算的虛擬化技術更好地服務於雲時代,從而形成了價值雲的核心,此外還聯合眾多國內廠商,共同構建雲計算價值生態系統,這無疑為其在雲計算市場的長足發展加足砝碼。政府在此領域也進行積極嘗試。目前重慶已啟動“雲端計劃”,以“雲”+“端”相結合的特色模式,打造百萬級服務器的雲計算中心,力爭建設成為中國最大的離岸和在岸數據處理中心。廣州市也在積極籌劃建設中國最大、最先進的面向雲的高性能計算服務平臺。

  在當前國際經濟大環境下,企業選擇雲計算更多的初衷是希望能從中獲得切實的利益,以實現IT資本投入產出比(ROI)最大化。大部分企業要求整個計算平臺在部署、運行、維護、管理和升級的各個環節都要考慮性價比,從而確保高性能網格計算平臺能擁有較低的總體擁有成本(TCO)。

  我們發現雖然企業IT預算有所增加,但是主要更期望在軟件上進行投入,硬件投入則相對要少。服務器虛擬化可以降低IT開支並提高服務器利用率。企業可以應用服務器整合或雲計算外包服務來取代許多特定應用程序的服務器,所以制定最佳的戰略是十分重要的。雲計算的實現,以及虛擬化的技術支撐本身就是一種體現性價比的技術與應用模式,因而在實現雲計算落地上仍舊要看重IT整體性價比的實現。

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