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步入云计算

2016/1/17    来源:e-works    作者:佚名      
关键字:云计算  为什么需要云计算  
云计算不仅带来了IT模式的变化,也将引发IT服务的变革,云服务将成为下一代IT的核心内容。
  2007年以来,云计算成为IT领域最令人关注的话题之一,也是当前大型企业、互联网的IT建设正在考虑和投入的重要领域。云计算的提出,引发了新的技术变革和新的IT服务模式。但是对大多数而言人,云还是一种还不确切的定义,什么是云,为什么需要云?
 
  1、为什么需要云计算?
 
  企业的IT建设过程,以当前的基准来衡量,主要有三个阶段,如图1所示。
企业IT向云计算演进路线图
图1 企业IT向云计算演进路线图
 
  第一个阶段:大集中过程。
 
  这一过程将企业分散的数据资源、IT资源进行了物理集中,形成了规模化的数据中心基础设施。在数据集中过程中,不断实施数据和业务的整合,大多数企业的数据中心基本完成了自身的标准化,使得既有业务的扩展和新业务的部署能够规划、可控,并以企业标准进行IT业务的实施,解决了数据业务分散时期的混乱无序问题。
 
  在这一阶段中,很多企业在数据集中后期也开始了容灾建设,特别是在雪灾、大地震之后,企业的容灾中心建设普遍受到重视,以金融为热点行业几乎开展了全行业的容灾建设热潮,并且金融行业的大部分容灾建设的级别都非常高,面向应用级容灾(数据零丢失为目标)。
 
  总的来说,第一阶段过程解决了企业IT分散管理和容灾的问题。
 
  第二个阶段:实施虚拟化的过程。
 
  在数据集中与容灾实现之后,随着企业的快速发展,数据中心IT基础设施扩张很快,但是系统建设成本高、周期长,即使是标准化的业务模块建设(哪怕是系统的复制性建设),软硬件采购成本、调试运行成本与业务实现周期并没有显著下降。标准化并没有给系统带来灵活性,集中的大规模IT基础设施出现了大量系统利用率不足的问题,不同的系统运行在独占的硬件资源中,效率低下而数据中心的能耗、空间问题逐步突显出来。因此,以降低成本、提升IT运行灵活性、提升资源利用率为目的的虚拟化开始在数据中心进行部署。
 
  虚拟化屏蔽了不同物理设备的异构性,将基于标准化接口的物理资源虚拟化成逻辑上也完全标准化和一致化的逻辑计算资源(虚拟机)和逻辑存储空间。虚拟化可以将多台物理服务器整合成单台,每台服务器上运行多种应用的虚拟机,实现物理服务器资源利用率的提升,由于虚拟化环境可以实现计算与存储资源的逻辑化变更,特别是虚拟机的克隆,使得数据中心IT实施的灵活性大幅提升,业务部署周期可用数月缩小到一天以内。虚拟化后,应用以VM为单元部署运行,数据中心服务器数量可大为减少且计算能效提升,使得数据中心的能耗与空间问题得到控制。
 
  总的来说,第二阶段过程提升了企业IT架构的灵活性,数据中心资源利用率有效提高,运行成本降低。
 
  第三个阶段:云计算阶段。
 
  对企业而言,数据中心的各种系统(包括软硬件与基础设施)是一大笔资源投入。新系统(特别是硬件)在建成后一般经历3-5年即面临逐步老化与更换,而软件技术则不断面临升级的压力。另一方面,IT的投入难以匹配业务的需求,即使虚拟化后,也难以解决不断增加的业务对资源的变化需求,在一定时期内扩展性总是有所限制。
 
  于是企业IT产生新的期望蓝图:IT资源能够弹性扩展、按需服务,将服务作为IT的核心,提升业务敏捷性,进一步大幅降低成本。因此,面向服务的IT需求开始演化到云计算架构上。云计算架构可以由企业自己构建,也可采用第三方云设施,但基本趋势是企业将逐步采取租用IT资源的方式来实现业务需要,如同水力、电力资源一样,计算、存储、网络将成为企业IT运行的一种被使用的资源,无需自己建设,可按需获得。
 
  从企业角度,云计算解决了IT资源的动态需求和最终成本问题,使得IT部门可以专注于服务的提供和业务运营。
 
  这三个阶段中,大集中与容灾是面向数据中心物理组件和业务模块,虚拟化是面向数据中心的计算与存储资源,云计算最终面向IT服务。这样一个演进过程,表现出IT运营模式的逐步改变,而云计算则最终根本改变了传统IT的服务结构,它剥离了IT系统中与企业核心业务无关的因素(如IT基础设施),将IT与核心业务完全融合,使企业IT服务能力与自身业务的变化相适应。
 
  在技术变革不断发生的过程中,网络逐步从基本互联网功能转换到WEB服务时代(典型的WEB2.0时代),IT也由企业网络互通性转换到提供信息架构全面支撑企业核心业务。技术驱动力也为云计算提供了实现的客观条件,如图2所示,在关键领域云计算技术已经就绪:
云计算的技术基础
图2 云计算的技术基础
 
  标准化:公共技术的长期发展,使得基础组件的标准化非常完善,硬件层面的互通已经没有阻碍(即使是非常封闭的大型机目前也开始支持对外直接出IP接口),大规模运营的云计算能够极大降低单位建设成本。
 
  虚拟化与自动化:虚拟化技术不断纵深发展,IT资源已经可以通过自动化的架构提供全局动态调度能力,自动化提升了IT架构的伸缩性和扩展性。
 
  并行/分布式架构:大规模的计算与数据处理系统已经在分布式、并行处理的架构上得到广泛应用,计算密集、数据密集、大型数据文件系统成为云计算的实现基础,从而要求整个基础架构具有更高的弹性与扩展性。
 
  带宽:大规模的数据交换需要超高带宽的支撑,网络平台在40G/100G能力下可具备更扁平化的结构,使得云计算的信息交互以最短快速路径执行。
 
  因此,从传统WEB服务向云计算服务发展已经具备技术基础,而企业的IT从信息架构演进到弹性的IT服务也成为必然。
 
  2、云计算的定义与基本模型
 
  目前,云计算没有统一的定义,这也与云计算本身特征很相似。维基百科对云计算的定义是:云计算是一种基于互联网的计算新方式,通过互联网上异构、自治的服务为个人和企业提供按需即取的计算。由于资源是在互联网上,而互联网通常以云状图案来表示,因此以云来类比这种计算服务,同时云也是对底层基础设施的一种抽象概念。云计算的资源是动态扩展且虚拟化的,通过互联网提供,终端用户不需要了解云中基础设施的细节,不必具有专业的云技术知识,也无需直接进行控制,只关注自身真正需要什么样的资源以及如何通过网络来获得相应的服务。
 
  关于云计算的描述,在当前具有的共同特征是:云是一种服务,类似水电一样,按需使用、灵活付费,使用者只关注服务本身。
 
  图3给出了一个用户使用云计算的示意,用户对云资源的使用不用关注具体技术实现细节,只需关注业务的体验。比如当前被广泛使用的搜狗拼音输入法,它其实就是一种云服务:搜狗输入法能够以快速简单的方式为使用者提供需要的语境、备选的语素,使得文字的编排可以成为激发灵感的一个辅助工具;但是用户并不关注搜狗输入法在后台运行的数千台服务器提供的大型集群计算,这些工作都交给了ISP。
云计算视图
图3 云计算视图
 
 
  对于云计算的分类,目前比较统一的方式是从以下两个维度进行划分。
 
  按服务的层次。
 
云计算的服务层次
图4 云计算的服务层次
 
  如图4所示,最底层是IT Foundation,严格来说这并不是云计算的一层,是构成云计算的IT基础设施的集合,具体表现为不同的软硬件厂商的产品与方案。
 
  云计算服务的基础层次是IaaS(Infrastructure as a Service,基础架构即服务)。在这一层面,通过虚拟化、动态化将IT基础资源(计算、网络、存储)形成资源池。资源池即是计算能力的集合,终端用户(企业)可以通过网络获得自己所需要的计算资源,运行自己的业务系统,这种方式使用户不必自己建设这些基础设施,而只是通过对所使用资源付费即可。
 
 
  在IaaS之上是PaaS(Platform as a Service,平台即服务)层。这一层面除了提供基础计算能力,还具备了业务的开发运行环境,对于企业或终端用户而言,这一层面的服务可以为业务创新提供快速低成本的环境。
 
  最上层是SaaS(Soft as a Service,软件即服务)。SaaS可以说在云计算概念出现之前已经有了,而随着云计算技术的发展而得到了更好的支撑。SaaS的软件是拿来即用的,不需要用户安装,因为SaaS真正运行在ISP的云计算中心,SaaS的软件升级与维护也无需终端用户参与,SaaS是按需使用的软件,传统软件买了一般是无法退货的,而SaaS是灵活收费的,不使用就不付费。
 
  层次化的云计算一般也称为I-P-S云计算,各层可独立提供云服务,下一层的架构也可以为上一层云计算提供支撑。仍以搜狗拼音为例,由大型服务器群、高速网络、存储系统等组成的IaaS架构为内部的业务开发部门提供基础服务,而内部业务开发系统在IaaS上构建了PaaS,并部署运行搜狗拼音应用系统,这样一个大型的系统对互联网用户而言,就是一个大规模SaaS应用。
 
云的归属
图5 云的归属
 
  如图5所示,主要分为公有云、私有云和混合云。公有云一般属ISP构建,面向公众、企业提供公共服务,由ISP运营;私有云是指由企业自身构建的为内部提供云服务;当企业既有私有云,同时又采用公共云计算服务,这两种云之间形成一种内外数据相互流动的形态,便是混合云的模式。
 
  3、云计算的基础架构要求
 
  从本质上来说,云计算是一种IT模式的改变,这种变化使得IT基础架构的运营专业化程度不断集中和提高从而对基础架构层面提出更高的要求。如图6所示,云计算聚焦于高性能、虚拟化、动态性、扩展性、灵活性、高安全,简化用户的IT管理,提升IT运行效率,大幅节省成本。
云计算对基础架构的关注点
图6 云计算对基础架构的关注点
 
  云计算的基础架构主要以计算(服务器)、网络、存储构成,为满足云计算的上述要求,各基础架构层面都有自身的要求。如图7所示,对于服务器,云计算要求其支持更密集的计算能力(目前多路多核架构),完全的虚拟化能力(CPU指令虚拟化、软件虚拟化、桥片虚拟化、IO虚拟化),多个IO(数据访问与存储)的整合—CEE与FCOE;对于网络,面向100G的性能成为云计算的基本支撑平台,搭建更扁平化、高度可扩展的架构,满足虚拟机算环境的大规模二层无环网络、FCOE/DCE的统一交换、L2-L7的深度高速(10GE级性能)安全集成;对于存储,高速IO将面向10G/16G,高度扩展的虚拟化海量存储,面向统一交换IO整合的FCOE。
云计算的基础架构要求
图7 云计算的基础架构要求
 
  4、构建与交付云计算
 
  不论使用I-P-S的哪一层云计算服务,企业都需要考虑是采用SP的计算资源还是自建云计算资源。从目前运营方式,主要可能有6种方式,如图8所示。
云计算的服务交付方式
图8 云计算的服务交付方式
 
  方式一,企业所有,自行运营。这是一种典型的私有云模式,企业自建自用,基础资源在企业数据中心内部,运行维护也由企业自己承担。
 
  方式二,企业所有,运维外包。这也是私有云,但是企业只进行投资建设,而云计算架构的运行维护外包给服务商(也可以是SP),基础资源依然在企业数据中心。
 
  方式三,企业所有,运维外包,外部运行。由企业投资建设私有云,但是云计算架构位于服务商的数据中心内,企业通过网络访问云资源,这是一种物理形体的托管型。
 
  方式四,企业租赁,外部运行,资源独占。由SP构建云计算基础资源,企业只是租用基础资源形成自身业务的虚拟云计算,但是相关物理资源完全由企业独占使用,这是一种虚拟的托管型服务(数据托管)。
 
  方式五,企业租赁,外部运行,资源共享调度。由SP构建,多个企业同时租赁SP的云计算资源,资源的隔离与调度由SP管理,企业只关注自身业务,不同企业在云架构内虚拟化隔离,形成一种共享的私有云模式。
 
  方式六,公共云服务。由SP为企业或个人提供面向互联网的公共服务(如邮箱、即时通信、共享容灾等),云架构与公共网络连接,由SP保证不同企业与用户的数据安全。
 
  从更长远的周期来看,云的形态会不断演化,从孤立的云逐步发展到互联的云,如图9所示。
云的形态演变
图9 云的形态演变
 
  在云计算建设初期,发展比较快的是公共云,第一阶段企业的数据中心依然是传统IT架构,但是面向互联网应用的公共云服务快速发展,不同的ISP会构建各自的云,这些云之间相互孤立,为互联网的不同用户需求集服务(如搜索、邮件等),企业数据中心与公共云之间存在公网互联(企业可能会采用公共云服务);
 
  第二阶段企业开始构建自己的私有云,或租赁SP提供的私有云服务,这一阶段是企业数据中心架构的变化,同时,企业为降低成本,采用公共云服务的业务会增加。
 
  第三阶段,企业为进一步降低IT成本,逐步过渡到采用SP提供的虚拟私有云服务(也可能直接跨过第二阶段到第三阶段),存在企业内部云与外部云的互通,形成混合云模式。
 
  第四阶段,由于成本差异和服务差异,企业会采用不同SP提供的云计算服务,因此,形成了一种不同云之间的互联形态,即互联云。
 
  5、结束语
 
  云计算不仅带来了IT模式的变化,也将引发IT服务的变革,企业和用户只需要关注数据是自己的,而对数据的计算存储方式、效率均采用云的服务来实现和提升,云的供应商则将核心业务重点放在IT架构的运营上,服务将成为下一代IT的核心内容。
责任编辑:熊东旭
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