云计算技术演进:从虚拟化到软件定义

2016-04-01 15:03:00 作者:佚名 分类 : 比特网

  2009年是一个非常重要的年份,贝拉克·奥巴马就是在这一年的1月20日,在白宫前宣誓就任第44任美国总统,他是美国历史上第一位黑人总统。

  一天后,希拉里·克林顿在美国首都华盛顿宣誓就任美国国务卿,她不是美国历史上第一位女性国务卿,不过,她应该是美国历史上第一位既做过第一夫人,又做过国务卿的人。

  现在是2016年,希拉里·克林顿正在竞选美国总统的道路上一路高歌猛进,倒是很有可能,她会成为美国历史上第一位女性总统——做过总统夫人,又做总统,想必感觉不一般。

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  好了,有关希拉里·克林顿的玩笑我们到此为止,不过,为什么一篇有关云计算的文章要提贝拉克·奥巴马呢?——小心,本文的第一个问题来了!

  因为他的总统生涯,与云计算有着紧密的关系!

  在精选美国总统期间,奥巴马竞选团队充分利用了云计算快速部署、弹性扩展等优势,以亚马逊AWS EC2服务为基础定制了用于分析实时民意动态的工具,这在竞选期间起到了关键的作用。

  此后,上台之后的奥巴马仍然没有忘记云计算的价值,在政府财政预算吃紧的情况下,他又祭起了云计算的大旗——美国政府CIO威维克•昆德拉(Vivek Kundra)曾说,“这将为美国联邦政府每年节省50亿美元的资金。”

  说到这里,我们就要来聊聊2009年和2011年,两个对云计算有着重要意义的时间点了——这是本文进入正题的开始。

  全球云计算市场的两个重要节点

  2009年,云计算高速发展前的闪光点

  就是在2009年,如今全球云计算市场上的各方势力——私有云、公有云服务商以及IT基础设施供应商们——正准备顺势崛起。

  2009年之前的三年,亚马逊AWS只发布了三款主要产品,但在此之后,“火箭般的产品发布速度让人咋舌”,此后每年,亚马逊AWS都会发布数以十计的新产品和服务,而2009年当年,就发布了Elastic Load Balancing、Auto Scaling、VPC和RDS四款主要产品。

  同样在2009年,仅仅宣布一年的微软Azure开始了正式走出微软内部实验室,时任微软首席架构师的Ray Ozzie将其定位为“更好地帮助企业解决内部冗余的、复杂的、臃肿的服务器所带来的问题”,而走出美国、进入全球市场的第一步,就是在2009年迈出的。

  无独有偶,如今已经走出国门,并在中国本土市场做的风生水起,雄霸市场的阿里云,同样成立于2009年,当年9月,马云阿里巴巴十周年庆典上宣布成立子公司“阿里云”,专注于云计算领域的研究和研发——对于云计算市场来说,2009年真的是个值得注意的年份。

  身为重要服务器供应商的戴尔,也是在2009-2010年开始投入精力研发其面向大型云计算环境的PowerEdge C系列服务器,这一系列服务器面向云服务商、大中型数据中心客户以及互联网服务提供商,“C”这个代号的意思就是Cloud——戴尔将其称作“PowerEdge Cloud(云服务器)”,而惠普IBM等竞争对手亦是如此。

  不过,时光倒回到2009年的话,不要忘记一个幕后英雄,那就是当年推出的英特尔至强5500系列服务器处理器,正是在至强5500时代,英特尔引入了全新的CPU点对点互连技术QPI,它极大的提升了处理器的总线带宽,更为适合扩展到大规模的并行系统(这正是云计算的关键之一),也正是在这一代产品上,Integrated Power Gate(动态能耗管理)、Turbo Boost(动态加速)等技术被交付应用,无论是可以动态调整的能耗,还是可以动态加速的性能,都是“按需供给,动态调配”的云计算所需要的关键技术。

  事实上,如果细心搜索不难发现,在前一代产品发布时,英特尔还未将至强5400和云计算、大数据密切结合,而到了至强5500,“英特尔已经在为搭建云计算提供数据中心的最佳选择而努力”——这是时任英特尔公司高级副总裁兼数字企业事业部总经理的传奇人物帕特·基辛格所说的。

  仔细一想,2009年是不是对云计算来说,非常具有意义的一年呢?慢着,还有2011年呢。

  今天的云世界自2011年起日渐成型

  2011年云计算市场最令人兴奋的事情,就是“那一年是OpenStack的诞生元年”,正是在这一年,OpenStack以“数据中心操作系统、云计算操作系统”等一系列名号扑面而来,其气势一直贯穿到今天,成为云计算领域最热的热词之一。

  也是在那一年,VMware清醒的认识到,是时候全力投入到云计算市场中去了,继前一年8月推出VMware vCloud数据中心服务之后,虚拟化巨头推出了VMware云基础架构套件,它被称为“企业混合云的基础”。

  在OpenStack、VMware以及整个市场企业客户的巨大推动作用下,云计算市场正变得越来越理性和成熟,2011年的重要性在于,正是从2011-2012年开始,云计算正开始远离单纯的“虚拟化或是网络服务”,真正成为独立、成型以及普及度较高的IT基础设施服务和应用模式。

  也正是从此时开始,云计算开始显著、彻底的改变同时代与其有关的事务:IT基础设施被要求更大规模的扩展、更高的密度、更低的功耗以及更低的成本,同时要有灵活、弹性、直观与深入的管理方式,并以标准化、通用化的形式提供给客户;面向企业私有云的机架服务器、融合基础设施、一体化设备开始崭露头角,而混合云也开始逐步得到认可;更重要的是,甲骨文创始人拉里·埃里森在那一年的Oracle Open World上,彻底一改此前对云计算嗤之以鼻的态度,坚称“云计算是甲骨文的未来”。

  值得注意的是,2011年所发生的事情,在2012年英特尔至强E5处理器的发布会上造成了显著的影响:

  一方面,为了满足不同云计算应用和用户的需要,英特尔彻底重新划分了至强5x00系列服务器产品线,脱胎换骨的至强E5系列处理器,拥有1600、2400、2600和4600四个不同的产品,基本上涵盖了云计算市场的各个不同领域;

  另一方面,至强E5不仅集成了PCIe 3.0控制器,还加入了Integrated I/O(英特尔整合I/O,IIO)和Data Direct I/O(英特尔数据直接I/O,DDIO)等技术,以及更先进的节点控制器、SAS控制器等技术,很显然在技术研发上已经向着云计算开始倾斜;

  最重要的是,仿佛是个信号,至强E5将英特尔、服务器供应商、存储供应商、网络供应商首次“聚”在了一起,正是从那时开始(实际上是从2011年开始),包括EMC、NetApp、HDS在内 17家存储供应商和12家业内知名的网络产品供应商都进入了x86平台——这同时奠定了IA架构在此之后,在云计算市场占据绝对主导地位的基础。

  需要补充一点的是,2011年起,英特尔就在开始支持OpenStack及其社区的发展,时至今日,英特尔在OpenStack领域,已帮助国内众多开源云服务提供商优化其解决方案,同时不断推动OpenStack商用进程,在国内已收获多个实用案例。

  云计算的“贪婪”:既要灵活 又要规模

  如今回头去看早期的云计算市场,很多所谓的“云计算”,在当时不过是数据中心虚拟化,甚至仅仅只是服务器的虚拟化,但随着云计算概念、需求、应用的逐渐成型,云计算开始真正成为一种改变现有IT基础设施部署、管理和应用的全新IT形态。

  在这一成型的过程中,要说云计算的发展有什么特点,那就是“云计算实在是一个‘贪婪’的技术”,这是一个“要在规模化的IT应用环境中得到前所未有的灵活度的技术形态”,换句话说,就是既要规模,又要灵活。

  虚拟化、自动化、智能化、数据中心资源池化,所有这些云计算早期发展中所涉及的技术,实际上都是为了能够灵活的让企业的IT业务自由、顺畅的调配数据中心资源,或者说是云计算资源,但在传统IT解决方案框架下,这是与规模化相悖的,越大的传统数据中心,其灵活度必然会受到极大的影响。

  云计算却又恰恰是一种向规模要效益的IT形态,它通过规模化的数据中心,为不同工作负载峰值的业务提供统一的资源调配与负载均衡,从而不仅能够即刻满足业务的IT需求,更能够使得IT基础设施的利用被最大化,且不锁死在单一业务之上。

  上述的这些要求,贯穿在私有云、公有云或是混合云上,逐渐人们发现,传统的虚拟化——服务器虚拟化、存储虚拟化、网络虚拟化——并不能完全满足云计算的需求,IT资源的供给模式要做出改变,“定义”也要做出改变;数据中心的交付模式要做出改变,交付单元的颗粒度要变得更大;传统的服务器+存储,也就是Server + SAN的模式也不再适合于云计算的动态、快速的资源交付;而更重要的是,云计算所涉足的领域越来越多,其所要面对的工作负载正变得越来越多,也越来越复杂。

  对于既要灵活,又要规模的云计算来说,开放的标准化、通用化技术,自然是必不可少的,在云计算发展早期,也曾出现过一些基于定制化、专有化技术的云计算解决方案,甚至是公有云服务,但专有的、封闭的技术最大问题在于生态环境封闭、狭小,对于企业客户的云计算平台的扩展和合作,存在着相当程度上的问题。因此,以x86为代表的开放的、标准化的通用技术,才能够在云计算市场,尤其是公有云市场,成为绝对主流的力量。

  与此同时,开放的、标准化的通用技术为云计算及规模化数据中心的建设带来了一个新的可能:机柜级扩展,即以机柜为单位,通过不断重复的“复制、再复制”,快速建立起原本需要耗费大量人力物力和时间的数据中心,将数据中心的部署颗粒度变成“机柜”而不是“机架”。

  为了做到这一目标,Facebook主导发起了OCP(开放计算项目),国内的BAT则联合发起了被称作“中国的OCP计划”的天蝎计划,而像是英特尔这样的基础设施供应商,不仅参加了OCP、天蝎计划,还针对更广阔的企业级用户推出了“整机架构(RSA)”——兼顾兼顾了集中散热、管理、供电设计和可按需灵活配置计算、存储及网络模块的需求的整机柜架构参考设计。

  整机柜的需求是来自于Google、Facebook这些越来越迫切的大型云计算和规模化数据中心用户的,但由于其更好的经济性、极快的部署速度,受到了几乎所有云计算和规模化数据中心用户的欢迎,也正是由于其在一开始就追求开放、标准化、通用化,才让更多的业界企业参与进来,极大的加快了OCP项目的进展。

  当然,为了更好的让中国客户参与到云计算这一趋势中来,像是“英特尔中国云计算创新中心”这样的机构也是必不可少的——它为合作伙伴和用户提供相关方案的测试、验证服务,还可以为相关项目的规划、部署、运维提供专业建议——这正是企业客户所需要的。

  满足了规模,自然下一个话题就是“灵活性”,这一问题相对规模化的问题来说更有些难度,我们都知道,云计算是一种典型的并行处理/分布式架构,无论是计算密集、数据密集还是大型数据文件系统,都是以建立在分布式架构的具有极高弹性和可扩展性的平台为基础的。

  分布式架构也就是Scale-Out提供了相对于Scale-Up更好的经济性,或者说规模效益,它不需要昂贵的单机大系统,在通过利用成本较低的通用型硬件实现规模化扩展时,单一或少量节点即便出现问题也可以被很好的冗余,分布式架构的入门门槛更低、性能/容量扩展的投入产出比更好、规模化扩展的速度和难度也都表现优异。

  但分布式架构想要拥有足够的灵活性,至少要满足两个条件,一是能够摒弃物理上的差异,将物理层完全封闭起来,真正做到硬件资源的集中资源池化;二是由软件(准确说是工作负载)来实现前述所说的对物理层的封闭和资源池化,并由软件提供足够的自动化、智能化、可管理性。

  值得注意的是,云计算与大数据这两个热点结合的正越来越紧密,作为一种具有极佳弹性调度能力的IT资源供给方式,云计算能够让大数据业务在需要时快速、及时、动态的获得所需要的IT资源,这也难怪越来越多的企业选择在公有云或是混合云上部署他们的Hadoop、Spark、HBase等大数据服务。

  但必须要指出的一点是,大数据分析在云平台上所获得的弹性资源调度,来自于趋于统一的IT基础设施平台,正如前文所说,只有以英特尔为代表的x86平台提供的开放的、标准化的通用平台,才能够满足云计算与大数据分析的内容。

  更为关键的是,以开放的、标准化的通用平台为基础,与Hadoop、Spark、HBase生态环境建立长期的、紧密的合作,才能让云平台在支持大数据分析上有更进一步的优异表现,像是英特尔就在与Cloudera展开深度的合作,并为Hadoop不断更新的新版本,提供硬件优化上的支持。

  软件定义将是实现云计算的关键步骤

  这就是为什么软件定义,成为云计算获得灵活性的关键技术的原因,在SDDC中,硬件资源通过软件得到配置并“池化”,来实现灵活性和敏捷性,这也是云服务的关键卖点。新服务可以快速进行开启和关闭,以及快速的扩大和缩小。所带来的最主要好处是潜在的成本节约,更进一步而言,则可以让IT更简单地进行新产品或服务的交付。

  软件定义数据中心与(互联网行业发端的)硬件的透明化结合,能够带来更加智能和自动化的编排和管理能力,提升云平台资源池的管理和使用效率。但不要忘记一点,软件定义数据中心为云计算提供极大灵活性的前提,是软件自身拥有极大的灵活性,这就需要软件不能被束缚。

  换句话说,软件就要与硬件解耦,使其功能不再需要依赖特殊的、定制化的、非标准化的硬件,只需要在成本相对更低的通用化平台上即可实现全部的软件功能,继而逐步实现用后者替代软硬紧耦合的专用平台的目标,进一步降低云计算的成本。

  事实上,无论是横向扩展的分布式架构,还是作为新数据中心“迭代复制”单元的整机柜,抑或是软件定义数据中心,对于云计算相关的这些技术、产品和解决方案来说,在一件事情上是一致的,那就是需要开放的、标准化的通用的IT基础设施。这一需求的体现,就是云计算数据中心的底层架构,应当利用行业标准的、开放的、通用化技术趋于统一。

  但这种统一并不仅仅是在计算领域(比如说服务器虚拟化),在存储、网络领域都是如此,比如说,以英特尔为代表的x86架构早就实现了传统SAN存储的底层架构统一,而现在,致力于提供云计算平台,改变企业存储现状的超融合架构的供应商们,如Nutanix、Maxta等,也都是基于英特尔平台为核心发展起来的。

  在网络领域,英特尔主导的ONP(开放网络平台)在去年10月也刚刚获得了华为的支持,像是Brocade推出Vyatta SDN控制器和Vyatta虚拟路由器,更是以x86架构为基础,在亚马逊AWS等云计算服务商那里得到了应用。

  提到网络就不能不多说几句。在当前的SDI市场,网络领域的SDN和NFV是最早开始被热炒的概念,但软件定义网络相比工作负载优化的计算或是软件定义存储却又是进展最慢的领域,一方面原因是部分传统网络厂商并不积极投身于此,造成了SDN和NFV的普及和发展速度缓慢;另一方面,与服务器、存储不同,在SND、NFV实现软件定义网络,将硬件和软件解耦的过程中,网络对硬件平台的(特别是处理器的需求)与服务器、存储系统略有不同。

  在这一背景下,英特尔推出了更适合于网络市场的至强D-1500系列处理器,是非常适合以x86架构为核心的SDN、NFV网络的核心处理器,同时推出以太网控制器X550,提供经济高效的低功耗万兆以太网连接解决方案;

  其次,英特尔持续推动开源社区及相关标准的发展和协作,致力于与合作伙伴一起提供开放的参考体系架构,并通过Intel NetWork Builders计划构建开放生态系统:“这一计划目前已经有超过180家合作伙伴,并且有7家最终用户在和运营商进行紧密的合作,这些用户已经正式启动了产业中切实可行的解决方案和合作。”英特尔在网络上的举措,正促使软件定义网络以更快的速度发展。

  云计算的未来将如何发展?这是一个很难回答的问题,技术趋势的演进往往存在着极大的不确定性,但我们仍然可以尝试着抛砖引玉:在云计算改变企业IT运营的模式之后,物联网也将改变我们每个人的生活,将云计算与物联网技术相结合,实现从IT技术与IoT技术的融合,将产生很大的变革性作用。

  这不仅能够实现“万物互联”,更能为“万物”融合入计算、存储的能力,更进一步,能够让“万物”拥有分析、洞察甚至是思考的能力,从这一点来说,“Cloud + IoT”是一个非常不错的主意。

  但无论“Cloud + IoT”如何发展,云计算又将涌现出哪些新的趋势,构建开放的、通用的、标准化的底层架构平台,实现融合汇通的基础架构的核心要求是不会改变的,这也就意味着,x86架构在云计算领域所起到的核心作用在短时间内无法被撼动。

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