杂谈——以一个外行人视角谈谈“云”和“云计算”
发布时间：2022-11-23 11:24:15 所属栏目：云计算 来源：
导读： 笔者在最近的项目开发中，和同事讨论到后续项目可能会上云的问题，之前由于对云计算感兴趣，也查阅过相关资料，现在回顾这些知识，多了些不成熟的想法。在这里笔者想从一个外行人的视角，聊一聊我所理解的&ldquo
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笔者在最近的项目开发中，和同事讨论到后续项目可能会上云的问题，之前由于对云计算感兴趣，也查阅过相关资料，现在回顾这些知识，多了些不成熟的想法。在这里笔者想从一个外行人的视角，聊一聊我所理解的“云”。本文想通俗化地表述一些内容，目的是为了让之前没有任何了解的人也对“云”有所了解。如果存在细节表述不当或者原理性错误，还请各位不吝赐教，在评论中为我指正。 上篇——聊聊一些专业名词 一、虚拟化 在谈云服务之前，需要先介绍一下虚拟化技术，这是一项构成云服务的基础技术。 提到虚拟化，大家会想到什么呢？对于个人，最经常接触到的显然就是虚拟机软件了，用它来学习操作系统，或者在虚拟的系统安装一些不兼容的软件，或者运行病毒玩O(∩_∩)O。我们使用的虚拟机软件，其实是虚拟化技术的一种，它可以在已有操作系统上虚拟出计算机，回顾一下咱们使用虚拟机软件的过程，是不是得先保证自己的实体电脑装了一个操作系统（为了区别于虚拟机中的系统，叫“宿主系统”），然后下载虚拟机软件和操作系统镜像，才能运行一个虚拟系统呢？有研究人员继续深入思考，这样的虚拟化方式要经过宿主系统这个“中间商”，造成大量的性能和资源损耗，为什么不直接在硬件层级上进行虚拟化呢？性能损耗最直观的就是CPU，宿主系统的运行也依靠CPU的运算，必然会分走虚拟系统的CPU运算能力。资源损耗例如内存，如果电脑是8GB内存，宿主系统也需要占用一部分内存运行，导致虚拟系统的内存只能设置得比8GB小（当然理论上可以设置为8GB甚至超过8GB，但是这样的话宿主系统可能会与虚拟系统发生内存交换，二者没有完全隔离，这时在虚拟系统运行病毒或者进行其他破坏行为，会波及宿主系统，是非常危险的）。 在硬件层级上运行虚拟化软件，直接“虚拟化出一台电脑”，这就是现在云服务的基础，例如我有一台8GB内存的电脑，我可以直接虚拟化出8个1GB内存的系统，它们虽然物理上看还存在于一台电脑上，但逻辑上已经完全隔离了，对外完全可以说我有8台1GB内存的电脑，别人使用其中一台“电脑”是不会感觉到有其他“电脑”存在的。虚拟化技术的初始阶段，这种硬件级别的虚拟化软件，依然是在硬件“上层”的（也就是说，先启动硬件，硬件上又安装了一个虚拟化程序），还是会有性能损耗（当然比虚拟机软件要好不少）。这个损耗怎么理解呢？ 笔者举一个火电厂的例子吧，在建火电厂的时候，所有设备都是规划好的，大号的锅炉就是带动大号发电机的，如果我随便买了几台设备就想组装一个火电厂，一查设备型号，发现买了一个小号锅炉和大号发电机，无论发电机买的多大，最终发出的电量都只能跟小号锅炉匹配。同样的，云服务开发商在初期，只能在已有的各种型号处理器，显卡，内存，硬盘上面运行虚拟化软件，“组装”出一个云服务器，设备之间互相拖累造成损耗。后来随着云服务的火热，开发商占据了主导地位，逼着硬件厂商更加统一规范，并且持续改进，现在有些虚拟化技术几乎做到了和硬件融为一体，这个损耗也逐渐在减小。 二、“云”，云计算 “云”到底是什么，其实一直没有标准的定义。但如果我买了多台实体主机构成一个服务器集群，配上一个公网IP，在整个互联网上都可以访问到，这样的能叫在“云”上吗，显然不太合适。“云”必然要在公网上，但“云”强调的是虚拟化的概念——我有很多服务器，但它们在哪儿我看不见摸不着，这并不影响我像实体主机一样对它进行开机关机操作，并且在上面安装操作系统。 “云”上的云服务器，它们的实体依托于云服务提供商庞大的机房，但我使用的云服务器只是机房中的硬件通过虚拟化“虚拟”出的，并不是我买了一台8GB内存的云服务器，云服务提供商的机房就装了一台8G内存的主机。假设机房的硬件总共有1024GB内存，我购买了8GB内存的云服务器，那么通过虚拟化软件会在逻辑上从1024GB分割出8GB内存供我使用。总之，通过虚拟化产生的服务器就叫做云服务器，这些云服务器所在的地方就是“云”上。 云计算其实狭义上来讲，专门指的是用云服务器做计算的（为了强调云服务中的计算作用），但现在基本上云计算和云服务等同了，只要使用的是云服务器都叫做云计算（即使它上面不是真的一直进行科学运算），本文后面也不会可以把云服务和云计算进行区分了，大家理解就好。 三、Iaas、Paas，Saas 云服务提供商可以提供三个层级的云服务，分别是： Iaas（Infrastructure as a Service）基础设施即服务，个人认为这个翻译可以优化为：将基础设施作为（云服务提供商）所提供的服务，这一层级上，购买服务器相当于购买了一个自己攒的裸机，它上面是没有操作系统的，需要自己安装操作系统。 Paas（Platform as a Service）平台即服务，个人认为这个翻译可以优化为：将平台作为（云服务提供商）所提供的服务虚拟化与云计算第3章 虚拟化的关键技术，这一层级上，购买云服务器后，云服务提供商会让你选安装什么操作系统，安装完毕后，一开机就可以运行云服务器了。 Saas（Software as a Service）软件即服务，个人认为这个翻译可以优化为：将软件作为（云服务提供商）所提供的服务，这一层级上普通用户接触的就很多了，比如各种云盘，都是运行在云服务上的，但是我们只需要打开指定的软件就可以使用云服务。 四、B端、C端、G端 这几个词是非常经典的“互联网黑话”，如果经常关注互联网行业一定不会陌生。B指的是business，也就是商业客户，一个软件（产品）开发目标如果是“to B”的，那么它开发出来就是卖给公司（企业）使用的。反推B端产品的开发过程，一切设计思路都是按照一个公司如何使用来思考的，如果直接给个人用，就会觉得非常难用。C指的是Consumer，也就是消费者，同样的也叫做“to C”，它面向的就是我们每个个人。G指的是Government，也就是政府，显然政府与普通的B端公司是不同的，作为国家单位，在安全和保密性上另有要求，并且相关的项目不会只考虑利润，还有国计民生等因素考虑在内，所以单独有一个“G端”的提法。印象中有些公司和政府合作的是普通业务，把政府也看成一个集体随便叫成“C端”了，有些公司要满足的需求特殊，或者想强调自己和政府的合作关系，会更注意把面向政府的项目单独叫做“G端”。 大家就算不刻意关注，也会经常在新闻中看到云计算相关词汇，印象中这个东西已经铺天盖地哪里都有了，可是总有一个感觉，好像自己并没有接触过云计算呀？这就是因为云计算大部分都是to B的，我们直接接触到的，都是在to B的云计算基础上开发出的to C的软件。想一下也是，我需要存一些文件到云盘，直接登陆账号，把文件往云盘软件一扔就可以，没必要自己买一个云服务器，甚至搭建一个集群，再配置网络服务，最后把文件传到服务器上。 五、算力网 各个云服务提供商都有自己的技术，购买不同厂家的云服务器无论是性能还是配置上都有很大区别，如果可以将它们以某种形式统一起来，按照计算量对外出售就好了，于是有专家提出了算力网的概念。同样地，和电网类比就很好理解了，虽然全国有各种规模的火电厂，新能源电厂等，但它们发出的电都要经过电网，在用户看来，无论在哪儿从电网上取电，电压、频率都是一样的。算力网也是类似的构想，我想要运行一个Python写的深度神经网络的程序，需要运行一万次，或者运行一天，不需要买一个云服务器然后再配置我的Python环境，只需要购买“算力”，把程序丢上去就好了。算力网可以看成云服务器进一步的虚拟化，对我们使用来说更加抽象了，但也更加的方便。 和算力网相关的政策就是东数西算，东部地区计算量大，但又无法大规模搭建机房，所以将机房设在西部，这样“算力”是西部地区产生的，但是可以通过算力网将算力提供给东部地区，和通过西电东输将电力从西部送到东部非常像。 六、负载均衡，弹性伸缩，内容分发 如果你购买了多个云服务器，通过配置将它们组成了一个服务器集群给用户提供网络服务，如何把服务器要完成的任务（负载）分摊到各个服务器上，大家都干一样多的活，不会出现一个服务器累死累活的工作其他服务器在看戏的情况，这就是服务器集群需要考虑的负载均衡问题。现在的云服务提供商都会自带负载均衡策略，当然我们也可以自己进行配置。说到这里想放一张之前看到的动图，但是找不到了，内容是一个微软专家演示他们云服务器的调度响应速度，开了8行8列64个云服务器的任务管理器，用任务管理器玩俄罗斯方块，CPU占用率为0那台电脑就是白色背景，CPU占用率为100那台电脑就是蓝色方块，这个有64个云服务器的集群，每隔一秒钟就有几台CPU占用率从100猛降到0，另外几台CPU占用率从0快速升到100，这个调度速度真的非常恐怖。 这个概念其实很好理解，就是说某些资源是动态的/可调整的，云服务器能够根据设置的策略自动调整云服务器资源。比如你在云服务器上隔一段时间跑一个程序，通过弹性伸缩在需要大量CPU资源的时候申请，不需要就释放这些CPU资源，你只需要购买这种服务就可以虚拟化与云计算第3章 虚拟化的关键技术，云服务器提供商自己就实现了弹性伸缩。 内容分发（CDN），这个是一个小概念，如果所购买的云服务器对外提供的是视频点播，音乐点播，新闻推送等内容上的服务，就叫做提供内容分发。 下篇——私货环节 一、工业上云的思考 由于云服务器的便利性，要开发一个网页，或者做一个小程序，不再需要操心实体服务器的运维工作，这些都由云服务提供商负责，现在很多网页都是在云服务器上实现的。云计算的概念非常火热，与各行各业结合就形成了“教育云”，“医疗云”等各种概念，但是在与工业结合的时候会有更多问题。 浏览一下主流的云服务提供商，互联网气息都是十分浓厚的，笔者认为互联网思维有一个特点就是——他们要做一个项目，目的是为了跑通一个商业模式，比如给A学校做一个项目，最终可以形成一整套成果，以后如果B学校C学校也要上云的话，在A学校项目成果上改巴改巴，直接就可以上线了。这个其实完全可以理解，因为IT公司要想赚钱，或者直白点说为了能够发出那么高的工资，必然要找一种“一本万利”的方式，每个项目都从头开发，实在费力不讨好。但是很遗憾，在工业上很多项目可以说就是要从头开始的，我在A电厂做完一个项目，要去B电厂做，发现两个电厂设备参数不同，厂家也不同，厂里使用的通讯协议也不同，等等等等，每个电厂都需要单独分析，单独设计。要想上云的话，云服务提供商也只能做到提供云服务器和基本的运维工作，要让他们参与进来整体架构的讨论也是比较困难的。 上述问题还是可以理解的，接下来的问题，是笔者认为工业上云最大的困难。还是以电力行业为例，“电”作为国计民生最最最基本的资源，如果三天两头出故障，必然会造成社会不稳定。把整个电厂的控制系统都放在云上，也就意味着放在了整个公网上，如果安全防护稍有不当，被黑客攻击，造成的损失是难以估量的，现在电厂的控制系统都是运行在局域网中的，可以在物理上避免这个问题。不过，工业上云好处还是很大的，电厂中设备间也有着很多服务器，如果都放在云上，设备间的维护可以省很多精力，甚至不需要设备间了，那么工业上云应该做到哪个级别呢？如果是厂级对外提供一些整体上的运营和生产数据，这与现有的网络结构并没有什么不同，把厂级数据放在云上，也就是放在公网上而已，最多省一台电脑。所以，工业上云应当是控制系统级甚至精确到每个就地设备级别的，这样相当于把几个不同电厂组合在一起，统筹起来进行控制，并且节省了大量的设备场地，这就又回到了前面的问题，一定要保证在云上的设备足够的安全。 二、为什么云服务会强者渐强？ 前面也提到，云服务需求的火爆，使的云服务提供商能够硬气地逼迫硬件厂商进行改进，进一步的，如果云服务提供商率先进入某地的市场，它可以不断地扩大规模，遇到新兴的竞争对手，可以拿出一部分前期的利润，以超低价格提供云服务来压垮还很弱势的竞争对手，这种烧钱游戏，在互联网行业都是相同的。 三、数字孪生和云服务 如果有些人真的不是故意揣着明白装糊涂想蹭热点，而是真的想搞明白所谓的“元宇宙”是什么的话，笔者建议可以先了解一个概念叫数字孪生。数字孪生和云服务相同的地方就是都进行了虚拟化，云服务是将实际的硬件虚拟化成云服务器，而数字孪生是采集实际环境的数据，进而通过仿真得到一个非常接近的虚拟环境，这个非常接近可以是肉眼意义上的，比如我看起来它就是一个大楼，也可以是数字意义上的，比如虚拟战场，并不是建立一个肉眼看起来逼真的环境，而是将战场中所有的兵力，资源进行一比一的模拟，在虚拟环境中进行全局战况的指挥和推演。数字孪生在预期的成果上比虚拟现实更进一步，强调了所虚拟的环境要让人感觉和真实环境相同。“元宇宙”在概念上是非常美好的，有个动漫叫《刀剑神域》，里面提到的完全沉浸式虚拟现实，就是人带上一个头盔后，像做梦一样，进入的虚拟世界和现实世界是完全无法区分的，首先是看着很逼真，然后是人的感官都有反馈，可以说就是现实世界了，到达这样的程度才是真正的元宇宙。真正的元宇宙不光需要研究深度神经网络，最最重要的是脑科学的深入研究，欺骗人的大脑，分不清是做梦还是醒着，这样才能让人区别不出虚拟和真实。不用说元宇宙，目前的技术在数字孪生上还需要大量研究呢。总之，“虚拟化”这个思想将会贯穿未来的科技发展，很多技术本质上就是进行 不同的虚拟化 。 （编辑：PHP编程网 - 襄阳站长网） 【声明】本站内容均来自网络，其相关言论仅代表作者个人观点，不代表本站立场。若无意侵犯到您的权利，请及时与联系站长删除相关内容! |
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