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云計算行業(yè)技術(shù)特點
思瀚產(chǎn)業(yè)研究院    2023-02-03

云計算技術(shù)是一套不斷演進的前沿底層技術(shù)合集，通過虛擬化、軟件定義存儲、軟件定義網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，將物理 IT 資源進行虛擬化，并整合到資源池中并進一步通過資源分配、訪問控制等自動化資源管理技術(shù)，真正實現(xiàn)靈活配置、管理 IT 資源的能力。

①虛擬化技術(shù)

虛擬化技術(shù)是一種計算機資源管理技術(shù)，可實現(xiàn)底層物理資源的池化，從而彈性地分配給用戶。例如，通過軟件將一臺服務(wù)器進行邏輯分區(qū)，從而模擬出多臺虛擬機同時運行，然后在這些虛擬機中安裝操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件，并根據(jù)需要配置內(nèi)存、CPU、硬盤、網(wǎng)卡等資源，這樣就可以將一臺服務(wù)器的資源交由多位用戶同時使用，而不再需要為每位用戶單獨分配物理服務(wù)器。

虛擬化的意義在于，可將原本固定的物理資源進行拆分，對計算機資源進行更加靈活的組合和調(diào)配，從而提高資源利用率和管理靈活度，節(jié)約服務(wù)器空間和用電成本。虛擬化技術(shù)的出現(xiàn)，實現(xiàn)了大規(guī)模的 IT 資源調(diào)用下資源利用效率的提高和邊際成本的降低，讓 IT 資源的共享在商業(yè)層面具備了可行性，為云計算模式奠定了核心技術(shù)基礎(chǔ)。虛擬化技術(shù)始終保持發(fā)展演進，在初期階段主要代表是虛擬機技術(shù)，結(jié)構(gòu)如下：

圖：虛擬機結(jié)構(gòu)

資料來源：《云計算通俗講義》

②軟件定義網(wǎng)絡(luò)

軟件定義網(wǎng)絡(luò)屬于網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)，其通過分離網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能和路徑控制功能，實現(xiàn)了對網(wǎng)絡(luò)資源的靈活調(diào)配。計算機網(wǎng)絡(luò)擁有兩大功能：一是數(shù)據(jù)的接收、存儲和轉(zhuǎn)發(fā)，二是數(shù)據(jù)傳輸路徑的選擇和控制。傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備同時完成這兩大功能，用戶難以對內(nèi)部軟硬件結(jié)構(gòu)進行調(diào)整，因此導(dǎo)致廠商捆綁銷售、采購成本高企、業(yè)務(wù)需求無法快捷滿足、網(wǎng)絡(luò)資源無法共享、數(shù)據(jù)傳輸路徑無法進行全局優(yōu)化等問題。而軟件定義網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將這兩大功能進行分離，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備僅負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，而由獨立的服務(wù)器承擔(dān)路徑控制功能，統(tǒng)一下達(dá)指令給網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

軟件定義網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢包括：A. 提高了網(wǎng)絡(luò)控制的靈活性，可從全局的角度優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸路徑，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的高效利用；B. 可定制網(wǎng)絡(luò)參數(shù)并進行實施配置，對新業(yè)務(wù)響應(yīng)更快；C. 實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)虛擬化，促進網(wǎng)絡(luò)計算和存儲資源整合；D. 將網(wǎng)絡(luò)軟件和硬件解耦，降低了對高性能網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的依賴，從而可以使用相對廉價的架構(gòu)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能；E. 通過網(wǎng)絡(luò)自動化部署和故障診斷，實現(xiàn)故障快速修復(fù)，減少人工干預(yù)，降低運維費用。軟件定義網(wǎng)絡(luò)幫助大型數(shù)據(jù)中心實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸路徑優(yōu)化和負(fù)載均衡，使得數(shù)據(jù)交換更為迅速，同時通過軟硬件解耦降低了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的采購成本，推動了云計算的進一步發(fā)展。

③軟件定義存儲

軟件定義存儲屬于存儲虛擬化，是由 VMware 2012 年提出的概念，此后 Gartner、IDC、EMC、HP、DELL 等機構(gòu)都提出了各自對軟件定義存儲的闡釋，但尚未形成行業(yè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)云計算開源產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的定義，軟件定義存儲是指將存儲物理資源通過抽象、池化整合，并通過智能軟件對存儲資源進行管理，實現(xiàn)控制平面和數(shù)據(jù)平面的解耦，最終以存儲服務(wù)的形式提供給應(yīng)用，滿足應(yīng)用按需（如容量、性能、服務(wù)質(zhì)量、服務(wù)等級協(xié)議等）使用存儲的需求。

軟件定義存儲的優(yōu)勢包括：A. 提供塊/文件/對象存儲接口，支持異構(gòu)，可實現(xiàn)統(tǒng)一池化管理，從而打通眾多異種存儲資源，降低管理難度，提高存儲資源的利用效率；B. 采用分布式存儲架構(gòu)，提供在線擴展性能和容量的能力，理論上存儲資源的規(guī)模沒有上限；C. 軟件與硬件完全解耦，從而可以利用價格低廉的設(shè)備實現(xiàn)過去僅有高端設(shè)備才具備的性能，降低基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)建成本；D. 可通過軟件根據(jù)設(shè)定的策略進行自動化管理，極大地降低運維復(fù)雜程度和管理成本。

軟件定義存儲技術(shù)突破了傳統(tǒng)存儲方式的性能瓶頸、拓展難題和運維困境，滿足了云計算時代數(shù)據(jù)爆炸式增長帶來的存儲需求，進一步擴大了云計算相對于傳統(tǒng) IT 架構(gòu)的優(yōu)勢。

④超融合系統(tǒng)

根據(jù)中國數(shù)據(jù)中心聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)的定義，超融合是以虛擬化為核心，將計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)等虛擬資源融合到一臺標(biāo)準(zhǔn) x86 服務(wù)器中形成基準(zhǔn)架構(gòu)單元，并通過網(wǎng)絡(luò)聚合多套單元設(shè)備，實現(xiàn)模塊化的無縫橫向擴展，形成統(tǒng)一資源池的創(chuàng)新 IT 架構(gòu)。IT 架構(gòu)包括計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)等眾多組件，傳統(tǒng)的融合系統(tǒng)是將各個組件進行物理上的集成，減少了在采購和安裝調(diào)試過程中設(shè)備選型和適配的問題，但用戶仍需要對各個組件進行單獨管理，后續(xù)運維難度很高；而超融合架構(gòu)綜合虛擬化、軟件定義存儲等技術(shù)，通過虛擬化平臺將服務(wù)器、存儲、網(wǎng)絡(luò)等資源共同池化，以軟件定義的方式控制和管理底層硬件，用戶只需要在軟件層面進行控制，而無需再對底層硬件進行管理。

超融合的優(yōu)勢包括：A. 一體機的形式減少了初期安裝調(diào)試的復(fù)雜性，軟件定義的自動化管理降低了后期運維難度，將 IT 管理人員從簡單枯燥的工作中解放出來；B. 資源的池化提高了硬件使用效率，軟硬件的解耦使得以標(biāo)準(zhǔn)化硬件取代高性能硬件成為可

能，從而降低了整體投入成本；C. 集群的架構(gòu)設(shè)計使得超融合系統(tǒng)資源或性能不足時僅需增加節(jié)點即可擴大資源量和提高性能，可以實現(xiàn)快捷簡便的拓展，適應(yīng)業(yè)務(wù)增長的需求；D. 分布式架構(gòu)避免了單點故障帶來的數(shù)據(jù)損失，應(yīng)用的多主機故障切換保證發(fā)生故障時業(yè)務(wù)仍能持續(xù)推進，從而提高了 IT 架構(gòu)整體的可靠性。

超融合系統(tǒng)整合計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)等方面的前沿技術(shù)，以一體化解決方案緩解了海量計算和存儲任務(wù)給大規(guī)模云計算數(shù)據(jù)中心帶來的運維管理挑戰(zhàn)和成本上漲難題，助推云計算行業(yè)實現(xiàn)新的突破。

⑤容器技術(shù)

容器技術(shù)是一種輕量級的操作系統(tǒng)層虛擬化技術(shù)。傳統(tǒng)的虛擬機技術(shù)需要為服務(wù)器上運行的每一個虛擬機都安裝單獨的操作系統(tǒng)，因此占用了大量的 IT 資源；而容器技術(shù)則在操作系統(tǒng)層上創(chuàng)建容器，這些容器共享同一個操作系統(tǒng)內(nèi)核而無需重復(fù)安裝，但每個容器仍然可以像虛擬機一樣單獨限制各類 IT 資源并設(shè)置單獨的 IP 地址和管理賬戶，實現(xiàn)與虛擬機類似的功能，從而實現(xiàn)了 IT 資源利用效率的提高。采用容器技術(shù)的計算機相較采用傳統(tǒng)虛擬機技術(shù)的計算機可以服務(wù)更多租戶。

圖：容器架構(gòu)

資料來源：《云計算通俗講義》

相對于全系統(tǒng)虛擬機技術(shù)而言，容器技術(shù)具備眾多優(yōu)勢：A. 無需重復(fù)搭建操作系統(tǒng)，總體資源占用量較少；B. 直接在主機操作系統(tǒng)上運行，無需借助虛擬化軟件層模擬，資源利用率較高且性能更強，甚至可以與主機自身媲美；C. 資源占用較少，可以實現(xiàn)快速部署和啟動；D. 不再需要搭建多個操作系統(tǒng)占用內(nèi)容，因而能夠提供較虛擬機方案更好的服務(wù)器整合；E. 以代碼形式部署封裝后的運行環(huán)境和配置，簡化配置并實現(xiàn)跨平臺部署；F. 使開發(fā)環(huán)境與服務(wù)器實際部署環(huán)境更為一致，提高應(yīng)用開發(fā)效率。

容器技術(shù)的成熟，進一步改善了計算資源的利用效率，提高了云計算帶來的經(jīng)濟效益，促進云計算模式更為廣泛的應(yīng)用。

編輯：如皋

來源：青云科技 思瀚