資料中心的能耗佔全社會的總能耗的比例越來越大
近年來,隨著計算機和網際網路的廣泛應用,資料中心的能耗佔全社會的總能耗的比例越來越大,據統計,資料中心的能耗成本佔到了總成本的50%左右,包括電力、機房佔地、頻寬等各方面。資料中心能耗巨大,主要集中在伺服器裝置和製冷裝置方面,其中製冷系統能耗佔整個機房執行能耗的30%~50%。而運用雲端計算技術透過虛擬化、實時遷移電源管理技術,可以極大降低主裝置的數量和執行時間,進而極大降低主裝置的能耗,提供能效,真正實現節能減排。
雲端計算的定義
雲端計算的出現並非偶然,早在20世紀60年代,麥卡錫就提出了把計算能力作為一種像水和電一樣的公用事業提供給使用者的理念,這成為雲端計算思想的起源。在20世紀80年代網格計算、90年代公用計算、21世紀初虛擬化技術、SOA、SaaS應用的支撐下,雲端計算作為一種新興的資源使用和交付模式逐漸為學界和產業界所認知。
對於雲端計算的理解和認識,當前還處在起始階段,沒有建立完善的理論體系,所以湧現出了幾十種不同的雲端計算定義詮釋。
基於當前的理論體系和社會需要,要給出一個被業界公認的雲端計算定義並非易事。不過從IT企業、科研機構、行業組織和專家等對雲端計算的不同定義,提示我們應該從以下幾個角度來認識雲端計算:一是應該從模式的角度來認識雲端計算,如IBM認為雲端計算是一種新的IT資源提供模式,NIST認為是透過網路獲取資源的模式;二是應該從服務的角度認識雲端計算,業界90%的定義中都將雲端計算歸結為服務;三是應該從資源形式來認識雲端計算,幾乎所有的IT企業都在雲端計算定義中多次提到計算資源;四是應該看出網路在雲端計算中發揮的基礎和必要作用,Google在定義狹義雲端計算時甚至將雲定義為提供資源的網路。
在總結分析了多數定義共性的和差異的基礎上,仍可以明確的判定,雲端計算應該是基於現代資訊網路,利用虛擬化、分散式計算等核心技術,對大規模的計算、儲存、網路等池化資源統一管理和智慧排程,提供便利、動態、彈性的服務,實現使用者按需使用的計算模式和服務模式。
雲端計算的內涵及特點
儘管雲端計算的定義有很多種,但是仔細分析,不難發現各組織對雲端計算內涵和核心要素的理解是一致的,基本包含以下三個方面。
1.以網路為載體
架構雲端計算平臺和提供雲服務都離不開寬頻網路環境,雲端計算的發展依賴於網路的發展,足夠的寬頻和廉價的成本是雲端計算發展的重要前提,通訊網路作為雲端計算發展的基礎環境,承擔著載體作用。美國國家標準與計算研究所、Google、維基百科、HP、Berkely大學在對雲端計算的定義中,都強調了雲服務透過網路提供的本質內涵,通訊和網路是實現雲服務交付的渠道。雲端計算發展過程中,傳統的電信運營商、網路企業在提供通訊網路管道資源等基礎服務的同時,為順應技術變革、產業變革、商業模式變革的趨勢,正在向資訊科技服務提供商、雲端計算服務商轉型,提供雲端計算服務。
2.以IT資源交付和共享為核心
雲端計算的基因來源是軟體服務商、資訊科技服務商的業態創新和服務模式創新,美林證券、維基百科、Microsoft(微軟)、Cisco(思科)、NIST在對雲端計算的定義中,都提到了資源的共享特徵。可以說,雲端計算創新了IT資源的配置、交付和管理模式,透過配置和管理池化的IT資源,以動態、可伸縮的多租戶模式共享和交付給雲服務使用者。在這種新的IT資源交付模式下,使用者不需要知道資源的物理位置,也不用管理後臺資源,就可以隨時按需獲取計算、儲存、軟體、應用、網路等各種IT資源。
3.以服務為導向的商業模式創新
雲端計算以服務模式創新為核心價值。從服務維度來看,被統一列入“IT專業服務”門類的傳統硬體裝置租賃、資訊系統租賃服務再存有數十年了,屬於資訊科技服務業(ITS)和資訊科技服務外包(ITO)範疇,但云服務與之相比有著質的飛躍。雲服務提供商利用虛擬化、分散式資料儲存和管理、安全管理等日益成熟的技術,擁有快速彈性的分配資源能力,能夠快速自動擴充套件和迅速釋放資源實現收縮,並基於寬頻網路為使用者提供靈活的服務,這是傳統外包服務不可比擬的新型服務模式。電信企業、裝置製造企業構建雲平臺提供雲端計算服務時,已經逐步向資訊科技服務商演化,而不再侷限於傳統意義的電信、網路服務商了。
雲端計算的分類
雲端計算若按照行業應用分類則頗為廣泛,教育雲、醫療雲、政務云為其中的典型代表。除此之外,近年來又增加了諸如金融雲、工業雲、電子商務雲等新的行業雲的概念,不過目前傳統IT專案泛化為雲端計算專案的情況比較普遍。
1)教育雲
雲端計算在教育領域中的應用稱之為“教育雲”,作為教育資訊化的基礎,教育雲整合軟硬體教育資源,向教育機構、教育從業人員和學員提供雲服務。雲端計算的提出,最小化了終端裝置的需求,不僅僅是教育課堂,甚至是個人計算機或者實驗室都可以從“雲”中獲取資訊。學生執行簡單的終端裝置和網路,就能進行學習、資料處理和實驗,降低了教學成本。各個院校可以將現有的硬體資源共同加入一個“雲”中,減少單個院校的成本投入,實現資源共享。同時所有的應用程式和檔案都在伺服器端,使用者只需要透過終端訪問伺服器即可實現文件、表格和課件的編輯,編輯完成後直接儲存在伺服器端。一些常用的應用軟體如辦公軟體、電子郵件系統等也可以採用雲服務,大大降低資訊系統的構建成本,也減少為維護和升級軟體而投入的費用。
雲端計算的發展有助於構建網路學習平臺,網路學習平臺上的學員可以使用網路平臺提供的資源、環境進行學習、實驗和交流。在可靠性和安全性方面,教育雲的優勢也很突出,雲端計算服務提供商可以提供專業、高效和安全的資料儲存,因此無須擔心病毒和駭客的侵襲以及硬體的損壞所導致的資料丟失問題。
2)醫療雲
醫療雲是在醫療護理領域採用雲端計算相關技術和服務理念構建醫療保健服務的系統,從而有效地提高醫療保健的質量、控制成本和實現便捷訪問。多個醫院之間可以共享由大量系統連線在一起形成的基礎設施資源池,減少醫院的執行成本,提高效率。對於醫生、護理人員和其他醫療支持者來說,透過雲端計算技術可以實時獲得病人資料,不受病人當前位置的限制,因為病人的電子醫療記錄或檢驗資訊、系統軟體和資訊都在中央伺服器中,資料以由一個醫院群分享,而不在某個醫院單獨的IT系統中。
3)政務雲
雲端計算在政府入口網站建設、政務應用系統建設、資料中心建設等領域將得到廣泛的應用。隨著政府入口網站使用者數量的快速增長,以及內容的日趨多媒體化,政府入口網站要處理海量的資料,將比以前承受更多的負載,需要雲端計算平臺作為支撐。雲端計算的引入同樣可以縮減政府資料中心建設和執行的成本(包括電力成本、空間成本、維護成本等)。同時,隨著移動終端的普及,以及3G等大容量行動通訊技術的應用,會有越來越多的移動裝置進入政務應用系統,政務系統需要處理大量的資料,將比以前承受更多的負載,也需要雲端計算平臺的幫助來縮短政務應用系統的相應時間。
我國先進地區2011年已經開始規劃並開始建設基礎雲端計算的電子政務公共平臺、安全支撐平臺、物聯網資料中心、移動電子政務平臺等新型政務支撐服務平臺,規劃建設千兆級(1000Mbps級)網際網路統一出口。除業務承載的需要外,重點解決資訊共享效率低、業務協同性差、應用系統國產化率低等問題,實現自主可控、資訊保安的全能型政務雲。
4)金融雲
金融雲就是利用雲端計算技術將金融機構的資料中心與客戶端應用整合到雲端計算體系架構之中,從而達到提高自身系統運算能力、資料處理能力和網路吞吐能力,改善客戶體驗評價,提高金融機構迅速發現並解決問題的能力,提升整體工作效率,改善流程,降低運營成本的目的。
中國電信上海公司和服務提供商聯合打造了國內第一朵“金融雲”。在“金融雲”的催生下,在我國臺灣地區金融圈中具有重要影響力的臺灣第一銀行在祖國大陸的第一家分行—上海分行將正式開業。
5)工業雲
“工業雲”是在雲端計算模式下對工業企業提供軟體服務,使工業企業的社會資源實現共享化。工業雲有望成為我國中小型工業企業進行資訊化建設的另外一個理想選擇,因為工業雲的出現將大大降低我國製造業資訊建設的門檻。
6)電子商務雲
電子商務(Electronic Commerce)是在Internet開放的網路環境下,基礎B/S架構,實現消費者的網路購物、與商戶之間的網上交易和線上電子支付的一種新型的商業運營模式。電子商務雲是指基於雲端計算商業模式應用的電子商務服務平臺。在雲平臺上,所有的電子商務供應商、代理商、策劃服務商、製作商、業協會、管理機構、行業媒體、法律機構等都集中整合成資源池,各個資源互相展示和互動,按需交流,達成意向,從而降低成本,提高效率。
雲端計算產業相關定義
無論是IaaS、PaaS、SaaS模式,還是私有云、公有云,或是雲端計算在不同行業的應用,都圍繞著雲服務這個共同核心而開展,所以說雲端計算產業客觀存在,雲端計算產業的發展需要一個富有開拓性的理論先導,需要與各界專家共同探討其發展、問題和政策引導,共同尋找未來發展的道理。
要準確理解雲端計算產業,必須理清產業主體、核心要素的基本定義和概念,要從上一節對雲端計算內涵的分析出發,抓住網路、資源和服務三大特徵,從雲端計算平臺、雲企業、雲技術、雲服務的建設和執行去理解,構建真正的雲端計算產業鏈。
1、雲端計算平臺
雲端計算平臺是一種基於雲端計算架構的、透過網路部署的、以服務形式交付的IT資源池,資源池中匯聚了各種軟體、硬體、系統和環境等實體和虛擬資源,為不同使用者提供可在雲平臺資源之上管理、部署和使用應用程式的能力。雲端計算平臺是雲端計算服務的資源載體,雲服務提供商均基於雲端計算平臺提供雲服務,通常業界所說的SaaS平臺、PaaS平臺、IaaS平臺都屬於雲端計算平臺的範疇。
雲端計算以IT資源交付、共享為核心,是一種IT資源的配置、交付和管理模式的創新,而這種資源的匯聚、交付、共享、管理都是基於雲端計算平臺展開的。基於雲端計算平臺,使用者可以按照自己的需求,以動態、可伸縮、虛擬化的方式獲得計算、儲存、軟體、應用、網路等各種IT資源。以SaaS平臺為例,使用者無須購買軟硬體、建設機房、招聘IT人員,不需要負責前期的實施和後期的維護,SaaS平臺直接為使用者提供資訊系統,各類應用軟體的線上使用服務。
PaaS平臺提供應用程式的開發、部署和執行環境,使用者在滿足PaaS平臺對程式語言、應用框架以及執行環境要求的前提下,對於應用程式執行相關的支撐元件進行定製和配置,部署和管理應用程式,但不需要對環境和底層支撐雲平臺資源執行的基礎設施進行管理和配置。傳統的平臺作為應用系統部署的基礎,是由應用程式提供商搭建和運營該基礎平臺,並將該平臺以服務的方式提供給應用系統、應用軟體運營商。而IaaS平臺提供商負責最底層的計算、儲存裝置、網路等IT資源池,直接提供給終端使用者或者被PaaS平臺和SaaS平臺呼叫。
亞馬遜、Google和微軟這樣的IT巨頭公司都在雲端計算平臺上展開角逐。亞馬遜從2002年起推出了AWS(Amazon Web Services)服務,任何能訪問網際網路的使用者都可以使用它來訪問、使用亞馬遜的計算基礎設施,知名的微博服務商Twitter、意外天氣保險公司Climate Corporation都基於亞馬遜的AWS快速形成面向數以億計的客戶的計算架構和服務,使用亞馬遜網路服務的公司中不乏一流媒體影片巨頭Netflix、照片分享網站Instagram等大牌科技公司,甚至連沒美國國家航空航天局(NASA)也是亞馬遜網路服務的客戶,月訪問量達1700萬人的知名社交網路Pinterest也利用亞馬遜網路服務來管理公司資料,他們主要依賴亞馬遜提供的資料庫存取、內容交付和支付扥業務,隱藏在這些服務背後的基礎設施保障正是基於網路構建的數十個異地的大型資料中心,以及集中在資料中心內的數以萬計的伺服器和儲存裝置,當然還有用於IT資源管理的各類軟體,為不同使用者提供可在雲平臺資源之上部署、管理和使用應用程式的能力。
Google的雲端計算平臺硬體條件優勢、大型的資料中心、搜尋引擎的支柱應用,都促進了Google雲端計算迅速發展。Google的雲端計算主要由Mapreduce、Google檔案系統(GFS)、BigTable組成,它們是Google內部雲端計算基礎平臺的3個主要部分。此外Google還構建了其他雲端計算元件,包括一個領域描述語言以及分散式鎖服務機制等。Sawzall是一種建立在Mapreduce基礎上的領域語言,專門用於大規模的資訊處理。Chubby是一個高可用、分散式資料鎖服務,當有機器是失效時,Chubby使用Paxos演算法來保障備份。
微軟的Windows Azure也是基於其基礎平臺構建的。全球各地有無數的資料中心同時也為Windows Azure提供資料支援,資料中心中有數以萬計的支撐PaaS所需的伺服器,以及基於伺服器構建的開發環境和開發工具,這些軟硬體就成為微軟提供Windows Azure服務的基礎平臺。Windows Azure透過控制底層的網狀控制器(Fabric Controller)將資料中心能量龐大的Windows伺服器有效地組織起來,給前端的應用提供計算和儲存功能,並保證其可靠性。Windows Azure就像一個線上的作業系統環境,統治著整個資料中心的運算資源,使用者可以很方便地呼叫這些資源來執行各種應用程式,作業系統升級、維護等也可以再系統不當機的情況下自動完成。同時微軟的Windows Azure還提供了一套基於Visual Studio的Azure工具,供開發者在個人計算機上開發、模擬和測試Azure平臺上的應用程式。美國的Azure資料中心分別位於芝加哥、聖安東尼奧、德克薩斯,微軟在歐洲的愛爾蘭都柏林和荷蘭的阿姆斯特丹建設有資料中心,亞洲地區的資料中心設立在新加坡和中國香港。
2.雲端計算技術
雲端計算技術是指搭建雲端計算平臺和基於雲端計算平臺提供雲服務用到的各類技術,雲端計算技術體系中包括軟體、硬體、通訊網路、安全等各種資訊科技,這其中既有成熟技術,也有新興技術。作為分散式處理、平行計算和網路計算等概念的發展和商業化實現,雲端計算技術實質是計算、儲存、網路、應用軟體等IT軟硬體資源的虛擬化實現,其核心技術涉及虛擬化、資料儲存和管理、分散式計算、雲安全等。從廣義角度分析,雲端計算技術涉及軟硬體(如積體電路、作業系統、資料庫、整機等)、通訊網路、資訊保安等各種技術,當前各類廠商紛紛基於自身技術、產品優勢,提出雲端計算的各種解決方案。
3.雲服務
雲服務分為雲技術服務和雲平臺服務兩大類。雲技術服務是指雲服務提供商幫忙客戶前期搭建雲端計算平臺、後期運維雲端計算平臺而提供的各類服務,包括諮詢服務、關鍵軟硬體產品、解決方案、系統整合、運維等服務。例如,IBM作為雲端計算平臺提供商提供的就是典型的雲端計算服務,2007年11月推出藍雲平臺,為企業提出完整的雲端計算解決方案,可以對企業現有的基礎架構進行整合,透過虛擬化技術和自動化技術,構建私有云計算中心,從而幫助企業實現雲端計算理念。雲平臺服務是指各類雲服務企業基於雲端計算平臺,透過網路向客戶隨需提供的各類服務。當前,SaaS有各種典型的應用,如線上郵件服務、網路會議、網路傳真、線上防毒等各種工具型服務,還有線上CRM、線上HR、線上進銷存、線上專案管理等各種管理型服務。美國Salesforce.com是提供這類服務最有名的公司之一,Google Doc、Google Apps和Zoho Office也屬於這類服務,國內八百客和Xtools就是其中的典型代表。大的PaaS提供商有Google Apps Engine,Microsoft Azure,Heroku,Force.com,Engine Yard。最近興起的公司有Appfog,Mendix,Standing Cloud和八百客的800APP等。在IaaS領域,Amazon的AWS是一個典型的IaaS服務,它提供了包括儲存(S3)、計算能力(EC2)、訊息傳遞(SQS)、資料集(SDB)等一組服務,企業使用者可以在幾分鐘之內迅速地獲得一個基於Amazon基礎設施的虛擬基礎設施,並且這個基礎設施是彈性的,可以根據需求擴充套件和收縮。
4.雲企業
在對雲平臺和雲服務有了清楚認識的基礎上,我們認為,真正的雲企業只有兩類,一類是支援構建雲端計算平臺的雲端計算服務商,如解決方案提供商、技術諮詢服務商;另一類是基於雲端計算平臺提供雲平臺服務的企業。下面列舉了兩個典型的雲企業:
1)VMware—雲技術服務商
VMware公司擁有著豐富的客戶資源、大量的合作伙伴,以及市場上可能是最廣泛的雲端計算組合,因此佔據了x86虛擬化市場。該公司的雲端計算戰略是成為領先的雲端計算推動者,提供基礎設施和管理元件以實現私有云和公有云的實施,這一戰略在過去的幾年中都是很成功的。vCloudAPI是其混合雲端計算戰略的一個重要組成部分,VMware特推出了供防火牆內部雲端計算基礎設施使用的vSphere和推動公有云實施的vCloudExpress。VMware公司的私有云產品vSphereESXi是技術領先的專用管理程式,而vMotion是在資料中心內實現虛擬伺服器遷移的先進工具。
2)微軟—雲技術服務商和雲平臺服務商
微軟作為雲技術服務商擁有成熟的Windows作業系統、已大規模商用的Hyper-V虛擬化產品和使用者熟悉的.NET技術架構等,能夠提供領先的技術、產品和全面的解決方案,最大優勢就是體現了以使用者為中心的最佳實踐。作為雲平臺服務商,全球50%的500強企業已經在用Windows Azure了,它可同時向個人消費者和企業客戶提供雲服務,不僅向開發者提供基礎設施資源(IaaS),也提供平臺增值服務。Azure在中國的團隊挑選了十個重要領域,包括影片、車聯網、遊戲以及電影特效製作,這些都是資料量極大且處在上升期的行業,現在整個平臺上的企業數量是一萬多個,以至於在歐美建資料中心的速度跟不上需求。
5.雲端計算產業
雲端計算產業是基於雲端計算平臺,利用雲端計算技術提供雲技術服務和雲平臺服務的各個相關行業內雲企業所組成的業態總稱。儘管雲端計算產業內各雲企業的經營方式、經營形態、企業模式和流通環節有所不同,但是它們都是在資訊科技服務業的範圍內圍繞著雲服務而展開的,並且可以在構成業態的各個行業內部完成各自的迴圈。
雲端計算產業的內涵
雲端計算產業的定義和界定關係到產業統計範疇、企業扶持物件、產業發展思路和戰略。準確地說,雲端計算產業基於雲端計算模式的服務業,邊界是不應該無線擴充套件的。目前,一些地方政府提出的雲端計算產業幾乎涵蓋了IT產業的全部。嚴格來說,這是不準確的,實際上好多內容和概念甚至是反“雲”思想的,作為政府推動IT產業發展整體思路的合理的,作為雲端計算和雲產業發展思路就值得商榷。我們認為,對於雲端計算產業的界定,關鍵是要把握以下幾方面要素。
1、雲端計算平臺是基礎
雲端計算是基於雲端計算平臺、透過網路實現IT資源的動態、可伸縮、虛擬化的配置、交付和管理,雲端計算產業的核心是依託雲端計算平臺提供的服務。雲端計算平臺是雲端計算服務的資源載體,無論是第三方、SaaS、PaaS、IaaS服務商,還是基於雲端計算模式提供自主軟體產品服務、硬體裝置租賃服務、資訊系統租賃服務的企業,無論是私有云還是公有云,都是基於雲端計算平臺實現的。
2、屬於資訊科技服務業範疇
雲端計算產業是基於雲端計算模式提供IT資源服務、為架構雲端計算平臺提供技術服務的資訊科技服務業。與傳統的ITO模式相比,雲端計算產業交付模式和途徑都發生了變化,新服務提供了新的商業價值,實現了新正規化的轉變,但云計算產業本質上還是資訊科技服務業,是新一代資訊科技服務業。雲端計算產業中的雲企業主體應該有足夠的前瞻性,開發適合在雲架構下執行的軟硬體,利用雲端計算技術從大資料中挖掘出用於決策的資訊,創造靈活的計算環境。
3、創新的商業模式和服務模式
雲端計算產業不但包含技術上的創新,而且包含商業模式的創新和產品服務的創新,雲端計算產業的內涵和外延比傳統產業更為豐富和廣泛,也更為複雜。傳統IT產業在經濟全球化和外包浪潮的推動下,逐漸透過網路選擇大規模、跨區域的服務交付平臺。這也對企業內部組織結構提出了融合需求,傳統的IT企業內分別專注於計算、網路和儲存的不同團隊,當轉向在雲端計算中執行應用程式時,團隊工作會發生變化,不但需要員工學習新的技能,而且整合外包系統與現有平臺帶來了技術挑戰,企業需要與新的供應商建立合作關係。另一方面,隨著網際網路產業的快速發展和規模的擴大,網際網路運營商對計算資源和儲存資源產生更大的需求。特別是在網際網路時代,業務需求隨時間、市場變化很大,網際網路運營商急需成本更低、按需分配的技術資源。雲端計算的服務模式恰好滿足了這一需求,雲端計算使使用者從基礎架構管理中解脫出來,將更多的經歷投入前端業務,創造出更大的價值增值。
我們再規劃雲端計算產業發展的時候,關注的側重面是不同的。在推動雲端計算產業發展時,涉及的要素側重於網路設施、基礎設施(如IDC佈局和建設)、技術研發、標準制定和實施(技術和服務)、安全、產業、應用、政策法規等各種綜合要素。在研究和規劃雲端計算產業時,更關注產業發展要素和環境建設,涉及市場和應用環境、市場準入和規範、技術創新、商業模式創新、企業發展、標準制定和實施、人才培養、資金投入、產業政策、基地建設、產業佈局等產業要素。
雲端計算的作用和意義
從微觀層面來看,雲端計算提升了中小企業資訊化應用水平,降低了中小企業資訊化成本和投資風險。對使用者尤其是企業使用者而言,使用公有云服務隊成本的節省顯而易見,對於中小企業和剛起步的創業公司尤為重要,使用者無需購買安裝硬體、開發軟體,用比原來低得多的使用成本,就可以快速部署應用系統,動態伸縮系統的規模,可以更容易地共享資料。如果企業要建設自己的私有云,因為雲端計算技術的容錯能力強,所以低端硬體便可滿足同樣的需求,節省了硬體採購成本,另外管理的高度自動化減少了運維人員的投入數量。
資料顯示,規模達到萬臺伺服器以上的資料中心,其網路、儲存和管理成本較之幾千臺伺服器的中型資料中心至少可降低5~7倍。
與傳統網際網路資料中心(IDC)相比,雲端計算的資源利用率大幅提高。IDC對使用者提供的網路寬頻、處理能力和儲存空間都是固定的。然而,絕大多數網站的訪問流量都不是均衡的,網站擁有者為了應對這些突發流量,會按照峰值要求來配置伺服器和網路資源,造成資源的平均利用率只有10%~15%,而云計算平臺提供的是有彈性的服務,它根據每個租用者的需要再一個超大的資源池中動態分配和釋放資源,而不需要為每個租用者預留峰值資源。而且雲端計算平臺的規模極大,其租用者數量非常多,支撐的應用種類也是五花八門,比較容易平衡整體負載。據統計,雲端計算資源利用率可以達到80%左右,是傳統模式的5~7倍。
從宏觀層面來看,雲端計算作為新一代產業浪潮的重要驅動力,隨著我國雲端計算產業的逐步成熟,正在滲透到經濟和社會各個領域,對我國經濟社會發展更加深遠的影響。當前,資訊化發展正進入一個新的歷史階段,資訊化與工業化深度融合日益成為經濟發展方式轉變的內在動力,雲端計算為我國轉型升級提供了重要契機。同時雲端計算作為軟體和資訊科技服務業的重要組成部分,對傳統軟體產業和資訊科技服務業發展產生了巨大影響,加速了戰略性新興產業發展,促進了區域產業結構和經濟結構最佳化升級。
雲端計算提高經濟社會資訊化發展水平
由現代資訊科技發展與應用所推動的資訊化,雖然歷史不長,但已經給經濟和社會帶來了深刻的影響。雲端計算平臺實現了社會資源的高度集中,使用者能夠使用的資源規模極大,但獲得成本低,獲得的途徑多樣,並且可以按需定製;雲端計算平臺緊耦合資源聚集使用模式使得計算機資源保持較高的穩定利用率,整體節約社會資源。
1、推動資訊基礎設施建設
雲端計算能夠提供可靠的技術軟硬體、豐富的網路資源、可有效加速資訊基礎設施建設,低成本的構建和管理能力解決了政府、大型企事業單位面臨的運維難、人工成本和能源消耗巨大等問題。以此為基礎,雲端計算可以推動我國資訊化發展和企業資訊化程式想更高的層級躍進。
2、提高政府公關服務水平
政府將雲端計算應用與政務和公共服務領域時,能夠實現電子政務資訊資源的有效整合,醫療、社保等社會公共服務資源共享和業務的協同,從而提升社會公共服務效率,為人民生活提供更好的公共服務。
3、提供企業科技創新能力
雲端計算強大的資料儲存和管理技術為科技創新提供了堅實基礎,可提高科技創新能力,並縮短產品和服務進入市場的週期。同時,PaaS服務模式可以實現業務的快速部署,並實現雲端計算平臺同其他業務已有的資料庫和能力元件的快速呼叫和整合,提高使用者業務的敏捷性和動態性。
4、助力節能減排綠色發展
雲端計算可以提高現有裝置執行效率,並減少初期投資和運營成本(管理、更新成本),降低使用者總體擁有成本。雲端計算對IT資源的集中和整合使用可以縮小裝置規模,及時關閉空閒資源,有效地降低能源消耗,推動國家節能減排政策的落地。實踐證明,和傳統資料中心相比,雲端計算能夠節省約70%的電能消耗,節能效果顯著。這種節能減排對環境保護有巨大貢獻,而且能夠減少電能消耗,延長硬體使用期限,有效地降低業務運營成本。
雲端計算促進工業轉型升級
工業是實體經濟的主體,也是轉變經濟發展方式、調整最佳化產業結構的主戰場。當前,我國正處在工業化中期,工業的主導作用和支柱地位在較長時期內不會改變,加快工業轉型升級,促進工業由大變強,依然是我國現代化程式中艱鉅的歷史任務。
建設現代產業體系是新型工業化的重要支撐,本質要求是進一步最佳化產業結構,增強產業核心競爭力,促進三次產業在更高水平上協調發展。特別是要大力培育發展戰略性新興產業,推動重大技術突破,加快形成先導性、支柱性產業,切實提高產業核心競爭力和經濟效益,雲端計算的快速發展為我國工業轉型升級提供了重要契機。
1、雲端計算強力推動工業化發展
資訊科技和應用的發展為工業化發展提供了強大支撐,用資訊化改造工業的一個重要內容就是用資訊科技改造製造業的生產工藝,即資訊科技不斷向製造業滲透擴散,改造傳統生產工藝,提供傳統制造業的管理現代化水平。與大型企業不同,中小型工業企業在提升企業創新能力時往往要面臨工業計算軟體及平臺搭建、開發內部計算機建模和模擬技術、高階研發人員的培育等諸多問題,導致不能有效利用計算模擬等工業計算技術降低設計製作成本,提供生產效率。
以美國為首的西方已開發國家在20世紀80年代就加大了資訊化建設投入,以促進工業轉型發展,如美國先後建立了聖地亞哥超級計算中心、美國國家超級計算應用中心、匹茲堡超級計算中心、美國阿貢國家實驗室、美國橡樹嶺國家實驗室等,先後服務於工業、生物、製藥、國防等產業。超級計算中心就是當前雲端計算中心的前身,從某些方面來說,超級計算就是雲端計算的一種形式。可以說,雲端計算等資訊科技以及平臺在西方工業化大國扮演了十分關鍵的角色,雲端計算等新一代資訊科技對其經濟建設貢獻度在不斷提高,從而形成了技術創新良性迴圈。
我國透過自身生產要素優勢成為新的國際製造業中心,以製造業為主導的產業結構顯示了中國加速工業化階段的產業特徵,這種結構促進了中國現階段的高速增長,但工業產業結構的畸形化和低勞動生產率對中國的可持續發展提出了新的挑戰,而且由於工業產業沒有帶動第一和第三產業的發展,致使自身發展缺乏強大的基礎和服務。雲端計算的發展提高了大型工業企業的資訊化管理水平,為中小型工業企業資訊化提供了可能,各種技術的突破和服務模式的創新提高了工業化的生產力,促進了工業發展。
2、雲端計算加快工業化和資訊化的程式
雲端計算開創了IaaS、PaaS和SaaS等全新IT服務模式,大幅度降低了傳統產業特別是工業企業部署實施資訊化的成本,同時極大地促進了資訊科技在傳統產業中的應用廣度和深度。雲端計算服務模式不僅給資訊產業創造了深遠的變革機會,同時也給工業企業等傳統企業帶來了新的發展機遇。
隨著全球經濟一體化和企業國際化程式的加快,大多數的應用場景需要分散式的工作模式,如跨國集團公司,它們的管理部門和工業現場可能不在同一個地理區域。這些分散的應用環境和工作模式使得雲端計算成為一種廣受歡迎的IT服務模型,在工業研發設計、流程控制、製造、管理、運營、服務等產業鏈的應用上發揮重要作用,逐漸形成以雲端計算應用為核心的“工業雲”,併成為未來的發展趨勢。
綠色經濟推動著工業的可持續發展,成為未來“兩化”融合的主旋律。雲端計算給傳統工業節能降耗減排帶來了希望,對促進我國資訊產業和傳統工業持續、快速發展具有重要的戰略和現實意義。兩化融合發展是以資訊化帶動工業化,以工業化促進資訊化。當前,我們抓住雲端計算發展的戰略機遇期,以雲端計算推動兩化融合創新能力的發展,可以說是一條可行之路,也是一條希望之路。
3、雲端計算將有力推動產業升級
雲端計算憑藉其超大規模、無線擴充套件、按需服務、成本低廉、使用便捷等諸多顯著優勢成為全球資訊產業變革的焦點。雲端計算創造新的經濟模式,帶動現代服務業、生產型服務業、文化創意等相關產業和經濟發展,雲端計算技術的應用和推廣成為推動我國工業轉型升級的重要引擎。
從企業角度看,大型企業運營佈局呈現網路化的特點,要求多組織、跨時空、實時業務協同,大企業在邁向國際化、全球化的道路上,表現出更為整合、集約、協同的管理特徵,管理模式、方法、手段需要更為開放、靈活、高效和專業,而云計算則成為大型企業必要的管理工具。與綜合實力較強的大型企業相比,中小企業對雲端計算服務的需求更大,有統計資料顯示:2010年僅有6%~7%的中小企業使用了雲端計算服務,但到2011年中期這個數字已經突破15%。
“兩化融合”、“三網融合”等資訊化戰略的實施,極大地促進了我國工業企業的資訊化應用水平,奠定了雲端計算應用的堅實基礎。透過雲端計算相關企業創新和服務能力的有機整合,依託新的商業模式可為區域經濟體帶來巨大市場和產業倍增效應,藉助移動網際網路、物聯網等新興市場的迅速發展,形成更大的網路市場規模。藉助雲端計算可促進產業整體向產業鏈前端轉移,衍生出新的創業和就業群體,形成產業人力資源分流,助力產業結構調整。
雲端計算促進中小企業發展
據工業和資訊化中小企業司公佈資料:2010年,我國中小企業總數已佔到全國企業總數的99%以上,創造的最終產品和服務價值相當於國內生產總價值的60%左右,提供了全國80%的城鎮就業崗位,上繳的稅收約為國家稅收總額的50%。中小企業在推動我國經濟平穩較快發展、推動創新、擴大出口、增加就業、維持社會穩定等方面發揮了重要作用。促進中小企業發展,是保持國民經濟平穩較快發展的重要基礎,是關係民生和社會穩定的重大戰略任務。
雲端計算開創了軟體服務化、平臺服務化和基礎設施服務化等服務模式,其中軟體服務化模式提供廉價的線上軟體租用服務,平臺服務化模式提供快速的從技術開發到服務運營的能力,基礎設施服務化模式提供低成本和高可靠性的底層資源服務。目前,我國大部分中小企業資訊化應用水平較低,迫切需要推進資訊化。採用雲端計算,中小企業可以在不用投入大量資金到IT基礎裝置的前提下,直接從雲端計算服務提供者那裡按需獲取各種服務,用最小的代價和最短的時間現實資訊化。
1、降低中小企業資訊化成本和投資風險
在傳統模式下中小企業為開發、部署及擴充套件計算機應用系統,需要購買大量新裝置、定期淘汰舊裝置,資金耗費多,風險較大。雲端計算這種變購買為租賃的服務模式,使中小企業資訊化建設和運維成本大幅降低。企業不用再購買繁雜的IT裝置,頭疼後期運維和管理,只需要透過網路租用雲服務,就可以享用靈活高效的資訊化帶來的好處。而且當企業把一個應用程式部署到“雲”中時,可擴充套件性和基礎設施投資等問題就轉移給了雲運營商,降低了企業所面臨的投資風險。
2、中小企業能夠最大化利用資訊資源
在雲端計算應用前,企業根據自身需求投資基礎設施,其可利用的資源受自身設施的限制,不可能無限擴充套件。引入雲端計算後,雲服務提供商所能提供的資源和服務要遠大於單一企業的自建能力,這使得企業客戶能夠支配更多的資源。同時,雲端計算使中小企業使用資訊資源更加靈活,雲端計算除了能夠節省成本外,最大特點就是能夠快速部署。在企業提出定製需求後,雲服務提供商會選擇相應的成熟模組,提供快速部署實施環境。相比於傳統的管理軟體,雲端計算的反應更加快速。此外,使用者還可以根據實際情況的變化,隨時隨地按需改變應用配置。
3、雲端計算提升中小企業資訊化應用水平
雲端計算大幅度降低了傳統產業特別是工業企業部署實施資訊化的成本,同時極大地促進了資訊科技在產業的應用廣度和深度。據統計,70%以上的中小企業在資訊化上的投入不足收入的1%而應用雲端計算以後,中小企業只需要付出非常低的租金,就可以使用與中大企業相媲美的資源。這種租用模式將給中小企業帶來低成本、高效能和專業化等多種好處,從而進一步加深中小企業的資訊化程度,最終提升中小企業的競爭力。
雲端計算將有效地支撐中小企業的資訊化應用,降低其資訊化門檻,彌補其在IT投資和維護方面的不足,促進中小企業生產、管理與市場開拓的升級,提高中小企業收入,從而保障我國總統經濟的平穩較快發展。
雲端計算促進軟體和資訊科技服務業轉型升級
近年來,我國軟體和資訊科技服務業市場規模不斷擴大,創新能力顯著增強,產業聚集日益明顯,國際化水平持續提高,人才隊伍不斷壯大,對國民經濟和社會發展的支撐作用進一步增強。“十二五”期間,伴隨著物聯網、雲端計算等新一代資訊科技的發展和應用的不斷深化,軟體與網路深度耦合,軟體和硬體、應用和服務緊密融合,軟體和資訊科技服務業加快向網路化、服務化、體系化和融合化方向演進。
雲端計算作為軟體和資訊科技服務業的重要組成部分,憑藉其超大規模、無限擴充套件、按需服務、成本低廉、使用便捷等諸多顯著優勢成為全球資訊產業變革的焦點。我國政府高度重視雲端計算產業的發展,釋出了《關於加快培育和發展戰略性新興產業的決定》等一系列政策措施,明確了“十二五”期間將進一步加強新一代資訊科技的基礎設施建設,推進“三網融合”促進物聯網、雲端計算等新興產業技術的研發,增強核心基礎產業的發展能力。
1、雲端計算對傳統軟體產業發展的影響
雲端計算給傳統軟體產業帶來根本性變化。雲端計算將省略傳統軟體複雜的購買和安裝程式,其所有應用和許可都可以隨時購買生效,並透過網路完成軟體服務等應用,無須佔用本地過多的資源。同時,雲端計算也打破了繫結在某一臺單獨機器上的對軟體應用空間和時間的限制,所有應用所需要的計算能力、儲存、頻寬、電力等都有資料中心提供。此外,在雲端計算模式下,軟體銷售將從出售軟體包及終端使用者授權許可,轉變為出售“雲端計算”服務,只要使用“雲”,就需要付費。而已複製光碟為代表的盜版模式在雲端計算的衝擊下將可能不復存在。
2、雲端計算對資訊科技服務業發展的影響
與雲端計算對軟體產業的影響相比,雲端計算對資訊科技服務業的影響更大。具體表現在以下幾方面。
從資源配置角度看,更多的資源將從使用者端走向“雲”端,網際網路的“端到端”理念將面臨巨大挑戰。目前,使用者端主要透過不斷升級硬體和軟體來享受更多的網際網路服務。雲端計算應用以後,幾乎所有的計算和儲存資源都集中到了“雲”端,使用者端將變得越來越簡單。透過虛擬化技術,“雲”端的資源將被使用者以租用方式使用,使用者不再需要自己購置和升級軟硬體。
從服務內容角度看,網際網路將提供更多層次的服務。傳統軟體廠商一般透過出售軟體介質來盈利,這些軟體都安裝在使用者的計算機上,軟體功能越強大,價值就越高。雲端計算應用後,使用者無須關心軟體的購買、維護和升級,這些工作都由雲端計算運營商來完成。使用者透過瀏覽器接入“雲”端後,能以低租金享受更多的服務。軟體廠商會因此而將各類業務轉移至雲端計算平臺,建有大型雲資料中心的運營商將有償提供計算及儲存資源服務。
從行業監管角度看,網際網路監管模式也將隨之轉變。雲端計算的出現打破了地域的概念,資源的跨地域儲存於本地化監管之間的矛盾將會進一步凸顯。對此,網際網路監管必須要有全域性觀,在網路資源儲存、資源共享和網路安全監管等方面做好不同地域之間的溝通與協調工作。
雲端計算參考架構
隨著雲端計算的發展,業界正試圖透過標準化、雲端計算參考架構等對雲端計算達成共識,如金蝶研究院為開放群組貢獻了雲端計算參考架構,IT業巨頭HP、Oracle也釋出了其雲端計算參考架構,VMware參與構建開放雲平臺Cloud Foundry,也有很多中立的組織如NIST、The Open Group、ISO、ITU-T釋出雲端計算參考架構。開源系統和主流廠商的參與正在加快雲端計算標準化的程式,其中NIST的雲端計算參考架構中對雲端計算的概念、屬性及架構的定義得到了業界的廣泛認同。
2011年1月,NIST公佈了雲端計算定義,提出雲端計算模式具有按需自助服務、寬頻網路訪問、資源集中、快速伸縮性、可計量的服務5項基本特徵,以及3種服務模式和4種部署模式。2011年5月,NIST釋出了“雲端計算大綱與建議”,審視了NIST的雲端計算定義,描述了雲端計算的優勢與問題,概述了雲端計算技術的主要類別,並未機構入股應對雲端計算帶來的機遇與風險提供了指導與建議。2011年9月,NIST釋出了雲端計算參考架構,將NIST的雲端計算定義工作向前推進了一步。
NIST雲端計算參考架構是一個一般性的高層概念模型,它是討論雲端計算的需求、結構和操作的強大的工具。它包含一組可以用於對雲端計算特性、使用和標準討論的觀點及描述。NIST的雲端計算參考架構,提出了雲端計算系統中最可能存在的5種角色,分別是雲消費者、雲供應商、雲審計者、雲代理和雲載體。
參考架構中位於雲供應商所在的部分,分為三個主要層次,分別是物理資源層、資源虛擬及控制層和服務層。這個架構得到了世界上主流雲端計算企業的基本認同。各國雲端計算研究機構和企業紛紛參照這個架構開展了雲端計算核心技術的研究工作,其中虛擬化技術是支撐雲端計算構建“資源池”,開展按需、定製服務的基礎技術。
雲資料中心相關技術
資料中心內的實體資源是提供一切資訊服務的基礎,根據IDC報告,2012年中國資料中心市場投資總規模達到119.3億美元,2012年至2017年的複合增長率為9.8%。其中面積超過500平方米的中大型資料中心超過4000個,佔總數約8%,其投資規模佔整體約50%;接近70%的中大型資料中心分佈在以北京、上海和廣州為核心的發達地區,資料中心的分佈和投資都呈現明顯的聚集效應。
雲資料中心是能支撐雲服務要求的資料中心,包括場地、供配電、空調暖通、伺服器、儲存、網路、管理系統、安全等相關設施,具有高安全性、資源池化、彈性、規模化、模組化、可管理性、高能效、高可用性等特徵。傳統資料中心在向雲資料中心轉變的過程中面臨以下問題。
1、功能上需要滿足彈性擴充套件、按需、按量計費、模組化、效率高等要求。
2、雲端計算對資料安全和業務延續性產生了更高的要求,傳統資料中心在規模、效率、快速響應以及資訊保安方面都面臨著巨大的挑戰。
3、能耗問題已成為各國政府考核資料中心的一個重要指標,傳統資料中心平均PUE值在2.5以上,能效降低的改造丞待加強。
雲端計算按需自助服務、寬頻網路訪問、資源集中、快速伸縮性、可計量的5項基本特徵,對雲資料中心提出了更高要求。從組成上來看,雲資料中心包含以下幾個方面。
1、建築、電氣、空調、網路等基礎設施,這是保證雲端計算服務商IT環境和服務正常執行而必須建設的各類設施,需要滿足模組化、彈性擴充套件、按需提供和智慧化排程。
2、各類硬體和軟體構成的資源池,可分為計算資源池、儲存資源池和網路資源池。其中計算資源池由執行和管理計算任務的軟硬體資源組成,包括了雲資料中心內的物理主機、管理物理主機硬體資源的系統軟體,以及協調多物理主機計算行為的中介軟體等,可以以池化方式實現虛擬主機的排程與分配;儲存資源池包括各類以儲存資料為目的的提供的資源,提供一種實用性的儲存服務,為眾多使用者提供一個透過網路訪問的共享儲存池;網路資源池由網路軟硬體、網路協議和網路接入資源構成,主要實現了雲資料中心各個元件的互連、使用者業務的按需部署和服務。資源池根據使用者的需要動態分配和釋放資源,資料中心不在需要為每個使用者預留峰值資源,因而資源利用率可大大提高。
3、能效管理包括能效計量、能效評定、能效管理機制。能效計量實現對雲資料中心各種元件的能源和效率進行計量資料採集、監測。能效評定的目的是加強雲資料中心的設計、建設及執行管理,提高雲資料中心的能效水平,包括評定的原則、指標、基本要求與方法。能效管理機制是在雲資料中心執行過程中,為有效進行能效管理而需要建立的對應的組織架構、流程和制度。雲資料中心擁有更多使用者,改善能源效率相對成本較低,可以將成本分攤到更多的伺服器中。
4、安全性要求包含安全措施和安全管理兩部分內容,主要防禦各種來自雲資料中心外部和內部的攻擊、破壞和意外情況等安全威脅,保障雲資料中心不受影響,資訊系統可以穩定執行。
雲使用者所使用的雲資源可以根據其應用的需要進行調整和動態伸縮,能夠有效地滿足應用和使用者大規模增長的需要,主要得益於雲資料中心資源池中資源的整合和重複利用,尤其是低成本、高寬頻、高可靠的網路拓撲,以及提高了效能比的綠色節能技術。
雲資料中心網路設計
雲端計算的多租戶模式,要求網路層面必須具有優異的隔離能力。傳統的網路技術在多個層面實現了邏輯隔離,如資料鏈路層的VLAN,PVLAN,VSAN隔離,網路層的VRF,VPN安全隔離,但它們都是基於同一程式的。雲資料中心的核心交換機採用虛擬交換機VDC的隔離技術,即一個交換機可以再邏輯上分為多個虛擬交換機。這些虛擬交換機之間是徹底隔離的,它們有各自獨立的二層和三層的協議棧和程式,實現了完善的故障隔離。
雲端計算節點的大規模性對資料中心網路的容錯能力和可擴充套件性帶來挑戰。傳統的樹形結構網路拓撲存在可靠性低、可擴充套件性差、網路頻寬有限等缺陷,研究學者提出了VL2,Portland,DCell,BCube等新型的網路拓撲結構,這些拓撲在傳統的樹形結構中加入了類似於mesh的構造,使得節點之間的連通性與容錯能力更強,易於負載均衡。同時,這些新型的拓撲結構利用小型交換機便可構建,使得網路建設成本降低,節點更容易擴充套件。
考慮到基於虛擬化的應用,如VMotion,LPAR Mobility等都需要一個二層網路的支撐,雲資料中心的網路需要再二層上提供超大規模的網路擴充套件能力。vPC是一種擴充套件技術,它透過2個交換機的轉發平面,採用Port-Channel實現接入裝置同時上連2個匯聚交換機,實現雙倍的聚合頻寬。採用板卡延伸技術和vPC技術,可以有效擴充套件網路規模,同時減少生成樹對網路的影響。
為了支援更大規模的無阻塞的二層網路,並且減少大規模網路中生成樹的影響,業界提出了FabricPath這一在二層上實現多路徑的協議。FabricPath的指導思想就是保留二層即插即用的好處,以及對於應用程式設計的簡便,同時將轉發平面和控制平面分離以實現更大規模的網路擴充套件和扁平化。FabricPath給每一個交換機一個48位的switch ID作為標識,透過ISIS協議來構建FabricPath的控制平面,形成基於switch ID的路由表。採用FabricPath技術之後,網路裡的交換機上會有2張轉發表,邊緣交換機上會同時有MAC的轉發表和基於switch ID的轉發表,FabricPath核心的交換機則維護switch ID的轉發表。由於在二層網路上採用了ISIS這樣基於連線狀態的路由協議,FabricPath的網路可以支援16路的等價多路徑,將網路的擴充套件性在vPC的基礎上又提高了8倍。FabricPath可以在縮短網路拓撲改變時的收斂時間,提高全網的效能和可靠性。同時FabricPath完全相容原有的生成樹和vPC技術,也就是說在一個典型的二層網路環境下,原有的採用生成樹和vPC的部分可以無縫地接入FabricPath網路。在超大規模的虛擬化技術創新地透過基於會話的MAC地址學習機制,有效地減小了邊緣交換機MAC地址表的壓力。透過FabricPath技術可以構建一個非常扁平高效的超大規模資料中心網路,可以說FabricPath技術徹底改變了現有網路的架構,是今天雲資料中心非常重要的技術之一。
雲資料中心的節能技術
據統計,資料中心的能耗成本佔到了總成本的50%左右,包括電力、機房佔地、頻寬等各方面。資料中心能耗巨大,主要集中在伺服器裝置和製冷裝置方面,其中製冷系統能耗佔整個機房執行能耗的30%~50%。史丹佛大學教授Ohnathan G.Koomey針對資料中心的能耗報告稱,全球資料中心2010年共消耗1988億千瓦時的電力,是全年總髮電量的1.1%~1.5%。電費支出已佔資料中心運營成本的50%以上,有的甚至達到70%。傳統電信業務的電費支出僅佔業務收入的2%左右,而資料中心業務的電費支出佔業務收入的30%~50%。
史丹佛大學研究表明,全球資料中心的能耗在2000—2005年間翻了一番,2010年增加了75%。Gantner的調查顯示,2007—2020年間全球資料中心的碳排放量將由80百萬噸當量激增到340百萬噸當量,直追鋼鐵、造船、航空等產業。能源花費佔IT預算的比例已經從8%激增到48%,電力和製冷問題成為資料中心面臨的最大問題,資料中心產業已進入高耗能行業序列。
艾默生研究顯示,通訊/IT裝置節能是機房節能的基礎,主裝置降耗100W,機房可降耗284W;空調裝置節能是機房節能的關鍵,消除274W機房熱能需要消耗107W電能;供電系統節能是機房節能的重要因素,為194W負載供電,供電系統需要消耗18W電能。因此主裝置的節能可以帶來級聯性的節能效果,不但降低了裝置本身能耗,也降低了相關的空調、供電等能耗。為此Nathuji等人提出一種面向資料中心虛擬化的自適應能耗管理系統Virtual Power,該系統透過整合虛擬化平臺自身具備的能耗管理策略,以虛擬機器為單位為資料中心提供一種線上能耗管理能力。Pallipadi 等人根據CPU利用率,控制和調整CPU頻率已達到最佳化IT裝置能耗的目的。Rao 等人研究了在多電力市場環境中,如何在保證服務質量的前提下最佳化資料中心能耗總量的問題。針對製冷系統能耗最佳化問題,Samadiani 等人綜合考慮空間大小、機架和風扇的擺放以及空氣的流動方向燈因素,提出了一種多層次的資料中心冷卻裝置設計思路,並對空氣流和熱交換進行建模和模擬,為資料中心佈局提供理論支援。此外,資料中心建成以後,可採用動態製冷策略降低能耗。例如,對於處於休眠的伺服器,可適當關閉一些製冷設施或改變冷氣流的走向,以節約成本。
總之,雲端計算技術透過虛擬化、實時遷移電源管理技術,可以極大降低主裝置的數量和執行時間,進而極大降低主裝置的能耗,提供能效,真正實現節能減排。例如,Google,Facebook等大型雲資料中心的能源利用率都達到了90%以上。
編者語:隨著我國雲端計算產業的逐步成熟,正在滲透到經濟和社會各個領域,對我國經濟社會發展更加深遠的影響。雲端計算在網路成本的能耗節約中能夠充分的應用,有利於我國節能減排的滲透,透過雲端計算整合一切可以整合的計算資源、儲存資源,起到既能節約成本空間,又減少能耗,是未來網路大發展的有力支撐!
雲端計算的定義
雲端計算的出現並非偶然,早在20世紀60年代,麥卡錫就提出了把計算能力作為一種像水和電一樣的公用事業提供給使用者的理念,這成為雲端計算思想的起源。在20世紀80年代網格計算、90年代公用計算、21世紀初虛擬化技術、SOA、SaaS應用的支撐下,雲端計算作為一種新興的資源使用和交付模式逐漸為學界和產業界所認知。
對於雲端計算的理解和認識,當前還處在起始階段,沒有建立完善的理論體系,所以湧現出了幾十種不同的雲端計算定義詮釋。
基於當前的理論體系和社會需要,要給出一個被業界公認的雲端計算定義並非易事。不過從IT企業、科研機構、行業組織和專家等對雲端計算的不同定義,提示我們應該從以下幾個角度來認識雲端計算:一是應該從模式的角度來認識雲端計算,如IBM認為雲端計算是一種新的IT資源提供模式,NIST認為是透過網路獲取資源的模式;二是應該從服務的角度認識雲端計算,業界90%的定義中都將雲端計算歸結為服務;三是應該從資源形式來認識雲端計算,幾乎所有的IT企業都在雲端計算定義中多次提到計算資源;四是應該看出網路在雲端計算中發揮的基礎和必要作用,Google在定義狹義雲端計算時甚至將雲定義為提供資源的網路。
在總結分析了多數定義共性的和差異的基礎上,仍可以明確的判定,雲端計算應該是基於現代資訊網路,利用虛擬化、分散式計算等核心技術,對大規模的計算、儲存、網路等池化資源統一管理和智慧排程,提供便利、動態、彈性的服務,實現使用者按需使用的計算模式和服務模式。
雲端計算的內涵及特點
儘管雲端計算的定義有很多種,但是仔細分析,不難發現各組織對雲端計算內涵和核心要素的理解是一致的,基本包含以下三個方面。
1.以網路為載體
架構雲端計算平臺和提供雲服務都離不開寬頻網路環境,雲端計算的發展依賴於網路的發展,足夠的寬頻和廉價的成本是雲端計算發展的重要前提,通訊網路作為雲端計算發展的基礎環境,承擔著載體作用。美國國家標準與計算研究所、Google、維基百科、HP、Berkely大學在對雲端計算的定義中,都強調了雲服務透過網路提供的本質內涵,通訊和網路是實現雲服務交付的渠道。雲端計算發展過程中,傳統的電信運營商、網路企業在提供通訊網路管道資源等基礎服務的同時,為順應技術變革、產業變革、商業模式變革的趨勢,正在向資訊科技服務提供商、雲端計算服務商轉型,提供雲端計算服務。
2.以IT資源交付和共享為核心
雲端計算的基因來源是軟體服務商、資訊科技服務商的業態創新和服務模式創新,美林證券、維基百科、Microsoft(微軟)、Cisco(思科)、NIST在對雲端計算的定義中,都提到了資源的共享特徵。可以說,雲端計算創新了IT資源的配置、交付和管理模式,透過配置和管理池化的IT資源,以動態、可伸縮的多租戶模式共享和交付給雲服務使用者。在這種新的IT資源交付模式下,使用者不需要知道資源的物理位置,也不用管理後臺資源,就可以隨時按需獲取計算、儲存、軟體、應用、網路等各種IT資源。
3.以服務為導向的商業模式創新
雲端計算以服務模式創新為核心價值。從服務維度來看,被統一列入“IT專業服務”門類的傳統硬體裝置租賃、資訊系統租賃服務再存有數十年了,屬於資訊科技服務業(ITS)和資訊科技服務外包(ITO)範疇,但云服務與之相比有著質的飛躍。雲服務提供商利用虛擬化、分散式資料儲存和管理、安全管理等日益成熟的技術,擁有快速彈性的分配資源能力,能夠快速自動擴充套件和迅速釋放資源實現收縮,並基於寬頻網路為使用者提供靈活的服務,這是傳統外包服務不可比擬的新型服務模式。電信企業、裝置製造企業構建雲平臺提供雲端計算服務時,已經逐步向資訊科技服務商演化,而不再侷限於傳統意義的電信、網路服務商了。
雲端計算的分類
雲端計算若按照行業應用分類則頗為廣泛,教育雲、醫療雲、政務云為其中的典型代表。除此之外,近年來又增加了諸如金融雲、工業雲、電子商務雲等新的行業雲的概念,不過目前傳統IT專案泛化為雲端計算專案的情況比較普遍。
1)教育雲
雲端計算在教育領域中的應用稱之為“教育雲”,作為教育資訊化的基礎,教育雲整合軟硬體教育資源,向教育機構、教育從業人員和學員提供雲服務。雲端計算的提出,最小化了終端裝置的需求,不僅僅是教育課堂,甚至是個人計算機或者實驗室都可以從“雲”中獲取資訊。學生執行簡單的終端裝置和網路,就能進行學習、資料處理和實驗,降低了教學成本。各個院校可以將現有的硬體資源共同加入一個“雲”中,減少單個院校的成本投入,實現資源共享。同時所有的應用程式和檔案都在伺服器端,使用者只需要透過終端訪問伺服器即可實現文件、表格和課件的編輯,編輯完成後直接儲存在伺服器端。一些常用的應用軟體如辦公軟體、電子郵件系統等也可以採用雲服務,大大降低資訊系統的構建成本,也減少為維護和升級軟體而投入的費用。
雲端計算的發展有助於構建網路學習平臺,網路學習平臺上的學員可以使用網路平臺提供的資源、環境進行學習、實驗和交流。在可靠性和安全性方面,教育雲的優勢也很突出,雲端計算服務提供商可以提供專業、高效和安全的資料儲存,因此無須擔心病毒和駭客的侵襲以及硬體的損壞所導致的資料丟失問題。
2)醫療雲
醫療雲是在醫療護理領域採用雲端計算相關技術和服務理念構建醫療保健服務的系統,從而有效地提高醫療保健的質量、控制成本和實現便捷訪問。多個醫院之間可以共享由大量系統連線在一起形成的基礎設施資源池,減少醫院的執行成本,提高效率。對於醫生、護理人員和其他醫療支持者來說,透過雲端計算技術可以實時獲得病人資料,不受病人當前位置的限制,因為病人的電子醫療記錄或檢驗資訊、系統軟體和資訊都在中央伺服器中,資料以由一個醫院群分享,而不在某個醫院單獨的IT系統中。
3)政務雲
雲端計算在政府入口網站建設、政務應用系統建設、資料中心建設等領域將得到廣泛的應用。隨著政府入口網站使用者數量的快速增長,以及內容的日趨多媒體化,政府入口網站要處理海量的資料,將比以前承受更多的負載,需要雲端計算平臺作為支撐。雲端計算的引入同樣可以縮減政府資料中心建設和執行的成本(包括電力成本、空間成本、維護成本等)。同時,隨著移動終端的普及,以及3G等大容量行動通訊技術的應用,會有越來越多的移動裝置進入政務應用系統,政務系統需要處理大量的資料,將比以前承受更多的負載,也需要雲端計算平臺的幫助來縮短政務應用系統的相應時間。
我國先進地區2011年已經開始規劃並開始建設基礎雲端計算的電子政務公共平臺、安全支撐平臺、物聯網資料中心、移動電子政務平臺等新型政務支撐服務平臺,規劃建設千兆級(1000Mbps級)網際網路統一出口。除業務承載的需要外,重點解決資訊共享效率低、業務協同性差、應用系統國產化率低等問題,實現自主可控、資訊保安的全能型政務雲。
4)金融雲
金融雲就是利用雲端計算技術將金融機構的資料中心與客戶端應用整合到雲端計算體系架構之中,從而達到提高自身系統運算能力、資料處理能力和網路吞吐能力,改善客戶體驗評價,提高金融機構迅速發現並解決問題的能力,提升整體工作效率,改善流程,降低運營成本的目的。
中國電信上海公司和服務提供商聯合打造了國內第一朵“金融雲”。在“金融雲”的催生下,在我國臺灣地區金融圈中具有重要影響力的臺灣第一銀行在祖國大陸的第一家分行—上海分行將正式開業。
5)工業雲
“工業雲”是在雲端計算模式下對工業企業提供軟體服務,使工業企業的社會資源實現共享化。工業雲有望成為我國中小型工業企業進行資訊化建設的另外一個理想選擇,因為工業雲的出現將大大降低我國製造業資訊建設的門檻。
6)電子商務雲
電子商務(Electronic Commerce)是在Internet開放的網路環境下,基礎B/S架構,實現消費者的網路購物、與商戶之間的網上交易和線上電子支付的一種新型的商業運營模式。電子商務雲是指基於雲端計算商業模式應用的電子商務服務平臺。在雲平臺上,所有的電子商務供應商、代理商、策劃服務商、製作商、業協會、管理機構、行業媒體、法律機構等都集中整合成資源池,各個資源互相展示和互動,按需交流,達成意向,從而降低成本,提高效率。
雲端計算產業相關定義
無論是IaaS、PaaS、SaaS模式,還是私有云、公有云,或是雲端計算在不同行業的應用,都圍繞著雲服務這個共同核心而開展,所以說雲端計算產業客觀存在,雲端計算產業的發展需要一個富有開拓性的理論先導,需要與各界專家共同探討其發展、問題和政策引導,共同尋找未來發展的道理。
要準確理解雲端計算產業,必須理清產業主體、核心要素的基本定義和概念,要從上一節對雲端計算內涵的分析出發,抓住網路、資源和服務三大特徵,從雲端計算平臺、雲企業、雲技術、雲服務的建設和執行去理解,構建真正的雲端計算產業鏈。
1、雲端計算平臺
雲端計算平臺是一種基於雲端計算架構的、透過網路部署的、以服務形式交付的IT資源池,資源池中匯聚了各種軟體、硬體、系統和環境等實體和虛擬資源,為不同使用者提供可在雲平臺資源之上管理、部署和使用應用程式的能力。雲端計算平臺是雲端計算服務的資源載體,雲服務提供商均基於雲端計算平臺提供雲服務,通常業界所說的SaaS平臺、PaaS平臺、IaaS平臺都屬於雲端計算平臺的範疇。
雲端計算以IT資源交付、共享為核心,是一種IT資源的配置、交付和管理模式的創新,而這種資源的匯聚、交付、共享、管理都是基於雲端計算平臺展開的。基於雲端計算平臺,使用者可以按照自己的需求,以動態、可伸縮、虛擬化的方式獲得計算、儲存、軟體、應用、網路等各種IT資源。以SaaS平臺為例,使用者無須購買軟硬體、建設機房、招聘IT人員,不需要負責前期的實施和後期的維護,SaaS平臺直接為使用者提供資訊系統,各類應用軟體的線上使用服務。
PaaS平臺提供應用程式的開發、部署和執行環境,使用者在滿足PaaS平臺對程式語言、應用框架以及執行環境要求的前提下,對於應用程式執行相關的支撐元件進行定製和配置,部署和管理應用程式,但不需要對環境和底層支撐雲平臺資源執行的基礎設施進行管理和配置。傳統的平臺作為應用系統部署的基礎,是由應用程式提供商搭建和運營該基礎平臺,並將該平臺以服務的方式提供給應用系統、應用軟體運營商。而IaaS平臺提供商負責最底層的計算、儲存裝置、網路等IT資源池,直接提供給終端使用者或者被PaaS平臺和SaaS平臺呼叫。
亞馬遜、Google和微軟這樣的IT巨頭公司都在雲端計算平臺上展開角逐。亞馬遜從2002年起推出了AWS(Amazon Web Services)服務,任何能訪問網際網路的使用者都可以使用它來訪問、使用亞馬遜的計算基礎設施,知名的微博服務商Twitter、意外天氣保險公司Climate Corporation都基於亞馬遜的AWS快速形成面向數以億計的客戶的計算架構和服務,使用亞馬遜網路服務的公司中不乏一流媒體影片巨頭Netflix、照片分享網站Instagram等大牌科技公司,甚至連沒美國國家航空航天局(NASA)也是亞馬遜網路服務的客戶,月訪問量達1700萬人的知名社交網路Pinterest也利用亞馬遜網路服務來管理公司資料,他們主要依賴亞馬遜提供的資料庫存取、內容交付和支付扥業務,隱藏在這些服務背後的基礎設施保障正是基於網路構建的數十個異地的大型資料中心,以及集中在資料中心內的數以萬計的伺服器和儲存裝置,當然還有用於IT資源管理的各類軟體,為不同使用者提供可在雲平臺資源之上部署、管理和使用應用程式的能力。
Google的雲端計算平臺硬體條件優勢、大型的資料中心、搜尋引擎的支柱應用,都促進了Google雲端計算迅速發展。Google的雲端計算主要由Mapreduce、Google檔案系統(GFS)、BigTable組成,它們是Google內部雲端計算基礎平臺的3個主要部分。此外Google還構建了其他雲端計算元件,包括一個領域描述語言以及分散式鎖服務機制等。Sawzall是一種建立在Mapreduce基礎上的領域語言,專門用於大規模的資訊處理。Chubby是一個高可用、分散式資料鎖服務,當有機器是失效時,Chubby使用Paxos演算法來保障備份。
微軟的Windows Azure也是基於其基礎平臺構建的。全球各地有無數的資料中心同時也為Windows Azure提供資料支援,資料中心中有數以萬計的支撐PaaS所需的伺服器,以及基於伺服器構建的開發環境和開發工具,這些軟硬體就成為微軟提供Windows Azure服務的基礎平臺。Windows Azure透過控制底層的網狀控制器(Fabric Controller)將資料中心能量龐大的Windows伺服器有效地組織起來,給前端的應用提供計算和儲存功能,並保證其可靠性。Windows Azure就像一個線上的作業系統環境,統治著整個資料中心的運算資源,使用者可以很方便地呼叫這些資源來執行各種應用程式,作業系統升級、維護等也可以再系統不當機的情況下自動完成。同時微軟的Windows Azure還提供了一套基於Visual Studio的Azure工具,供開發者在個人計算機上開發、模擬和測試Azure平臺上的應用程式。美國的Azure資料中心分別位於芝加哥、聖安東尼奧、德克薩斯,微軟在歐洲的愛爾蘭都柏林和荷蘭的阿姆斯特丹建設有資料中心,亞洲地區的資料中心設立在新加坡和中國香港。
2.雲端計算技術
雲端計算技術是指搭建雲端計算平臺和基於雲端計算平臺提供雲服務用到的各類技術,雲端計算技術體系中包括軟體、硬體、通訊網路、安全等各種資訊科技,這其中既有成熟技術,也有新興技術。作為分散式處理、平行計算和網路計算等概念的發展和商業化實現,雲端計算技術實質是計算、儲存、網路、應用軟體等IT軟硬體資源的虛擬化實現,其核心技術涉及虛擬化、資料儲存和管理、分散式計算、雲安全等。從廣義角度分析,雲端計算技術涉及軟硬體(如積體電路、作業系統、資料庫、整機等)、通訊網路、資訊保安等各種技術,當前各類廠商紛紛基於自身技術、產品優勢,提出雲端計算的各種解決方案。
3.雲服務
雲服務分為雲技術服務和雲平臺服務兩大類。雲技術服務是指雲服務提供商幫忙客戶前期搭建雲端計算平臺、後期運維雲端計算平臺而提供的各類服務,包括諮詢服務、關鍵軟硬體產品、解決方案、系統整合、運維等服務。例如,IBM作為雲端計算平臺提供商提供的就是典型的雲端計算服務,2007年11月推出藍雲平臺,為企業提出完整的雲端計算解決方案,可以對企業現有的基礎架構進行整合,透過虛擬化技術和自動化技術,構建私有云計算中心,從而幫助企業實現雲端計算理念。雲平臺服務是指各類雲服務企業基於雲端計算平臺,透過網路向客戶隨需提供的各類服務。當前,SaaS有各種典型的應用,如線上郵件服務、網路會議、網路傳真、線上防毒等各種工具型服務,還有線上CRM、線上HR、線上進銷存、線上專案管理等各種管理型服務。美國Salesforce.com是提供這類服務最有名的公司之一,Google Doc、Google Apps和Zoho Office也屬於這類服務,國內八百客和Xtools就是其中的典型代表。大的PaaS提供商有Google Apps Engine,Microsoft Azure,Heroku,Force.com,Engine Yard。最近興起的公司有Appfog,Mendix,Standing Cloud和八百客的800APP等。在IaaS領域,Amazon的AWS是一個典型的IaaS服務,它提供了包括儲存(S3)、計算能力(EC2)、訊息傳遞(SQS)、資料集(SDB)等一組服務,企業使用者可以在幾分鐘之內迅速地獲得一個基於Amazon基礎設施的虛擬基礎設施,並且這個基礎設施是彈性的,可以根據需求擴充套件和收縮。
4.雲企業
在對雲平臺和雲服務有了清楚認識的基礎上,我們認為,真正的雲企業只有兩類,一類是支援構建雲端計算平臺的雲端計算服務商,如解決方案提供商、技術諮詢服務商;另一類是基於雲端計算平臺提供雲平臺服務的企業。下面列舉了兩個典型的雲企業:
1)VMware—雲技術服務商
VMware公司擁有著豐富的客戶資源、大量的合作伙伴,以及市場上可能是最廣泛的雲端計算組合,因此佔據了x86虛擬化市場。該公司的雲端計算戰略是成為領先的雲端計算推動者,提供基礎設施和管理元件以實現私有云和公有云的實施,這一戰略在過去的幾年中都是很成功的。vCloudAPI是其混合雲端計算戰略的一個重要組成部分,VMware特推出了供防火牆內部雲端計算基礎設施使用的vSphere和推動公有云實施的vCloudExpress。VMware公司的私有云產品vSphereESXi是技術領先的專用管理程式,而vMotion是在資料中心內實現虛擬伺服器遷移的先進工具。
2)微軟—雲技術服務商和雲平臺服務商
微軟作為雲技術服務商擁有成熟的Windows作業系統、已大規模商用的Hyper-V虛擬化產品和使用者熟悉的.NET技術架構等,能夠提供領先的技術、產品和全面的解決方案,最大優勢就是體現了以使用者為中心的最佳實踐。作為雲平臺服務商,全球50%的500強企業已經在用Windows Azure了,它可同時向個人消費者和企業客戶提供雲服務,不僅向開發者提供基礎設施資源(IaaS),也提供平臺增值服務。Azure在中國的團隊挑選了十個重要領域,包括影片、車聯網、遊戲以及電影特效製作,這些都是資料量極大且處在上升期的行業,現在整個平臺上的企業數量是一萬多個,以至於在歐美建資料中心的速度跟不上需求。
5.雲端計算產業
雲端計算產業是基於雲端計算平臺,利用雲端計算技術提供雲技術服務和雲平臺服務的各個相關行業內雲企業所組成的業態總稱。儘管雲端計算產業內各雲企業的經營方式、經營形態、企業模式和流通環節有所不同,但是它們都是在資訊科技服務業的範圍內圍繞著雲服務而展開的,並且可以在構成業態的各個行業內部完成各自的迴圈。
雲端計算產業的內涵
雲端計算產業的定義和界定關係到產業統計範疇、企業扶持物件、產業發展思路和戰略。準確地說,雲端計算產業基於雲端計算模式的服務業,邊界是不應該無線擴充套件的。目前,一些地方政府提出的雲端計算產業幾乎涵蓋了IT產業的全部。嚴格來說,這是不準確的,實際上好多內容和概念甚至是反“雲”思想的,作為政府推動IT產業發展整體思路的合理的,作為雲端計算和雲產業發展思路就值得商榷。我們認為,對於雲端計算產業的界定,關鍵是要把握以下幾方面要素。
1、雲端計算平臺是基礎
雲端計算是基於雲端計算平臺、透過網路實現IT資源的動態、可伸縮、虛擬化的配置、交付和管理,雲端計算產業的核心是依託雲端計算平臺提供的服務。雲端計算平臺是雲端計算服務的資源載體,無論是第三方、SaaS、PaaS、IaaS服務商,還是基於雲端計算模式提供自主軟體產品服務、硬體裝置租賃服務、資訊系統租賃服務的企業,無論是私有云還是公有云,都是基於雲端計算平臺實現的。
2、屬於資訊科技服務業範疇
雲端計算產業是基於雲端計算模式提供IT資源服務、為架構雲端計算平臺提供技術服務的資訊科技服務業。與傳統的ITO模式相比,雲端計算產業交付模式和途徑都發生了變化,新服務提供了新的商業價值,實現了新正規化的轉變,但云計算產業本質上還是資訊科技服務業,是新一代資訊科技服務業。雲端計算產業中的雲企業主體應該有足夠的前瞻性,開發適合在雲架構下執行的軟硬體,利用雲端計算技術從大資料中挖掘出用於決策的資訊,創造靈活的計算環境。
3、創新的商業模式和服務模式
雲端計算產業不但包含技術上的創新,而且包含商業模式的創新和產品服務的創新,雲端計算產業的內涵和外延比傳統產業更為豐富和廣泛,也更為複雜。傳統IT產業在經濟全球化和外包浪潮的推動下,逐漸透過網路選擇大規模、跨區域的服務交付平臺。這也對企業內部組織結構提出了融合需求,傳統的IT企業內分別專注於計算、網路和儲存的不同團隊,當轉向在雲端計算中執行應用程式時,團隊工作會發生變化,不但需要員工學習新的技能,而且整合外包系統與現有平臺帶來了技術挑戰,企業需要與新的供應商建立合作關係。另一方面,隨著網際網路產業的快速發展和規模的擴大,網際網路運營商對計算資源和儲存資源產生更大的需求。特別是在網際網路時代,業務需求隨時間、市場變化很大,網際網路運營商急需成本更低、按需分配的技術資源。雲端計算的服務模式恰好滿足了這一需求,雲端計算使使用者從基礎架構管理中解脫出來,將更多的經歷投入前端業務,創造出更大的價值增值。
我們再規劃雲端計算產業發展的時候,關注的側重面是不同的。在推動雲端計算產業發展時,涉及的要素側重於網路設施、基礎設施(如IDC佈局和建設)、技術研發、標準制定和實施(技術和服務)、安全、產業、應用、政策法規等各種綜合要素。在研究和規劃雲端計算產業時,更關注產業發展要素和環境建設,涉及市場和應用環境、市場準入和規範、技術創新、商業模式創新、企業發展、標準制定和實施、人才培養、資金投入、產業政策、基地建設、產業佈局等產業要素。
雲端計算的作用和意義
從微觀層面來看,雲端計算提升了中小企業資訊化應用水平,降低了中小企業資訊化成本和投資風險。對使用者尤其是企業使用者而言,使用公有云服務隊成本的節省顯而易見,對於中小企業和剛起步的創業公司尤為重要,使用者無需購買安裝硬體、開發軟體,用比原來低得多的使用成本,就可以快速部署應用系統,動態伸縮系統的規模,可以更容易地共享資料。如果企業要建設自己的私有云,因為雲端計算技術的容錯能力強,所以低端硬體便可滿足同樣的需求,節省了硬體採購成本,另外管理的高度自動化減少了運維人員的投入數量。
資料顯示,規模達到萬臺伺服器以上的資料中心,其網路、儲存和管理成本較之幾千臺伺服器的中型資料中心至少可降低5~7倍。
與傳統網際網路資料中心(IDC)相比,雲端計算的資源利用率大幅提高。IDC對使用者提供的網路寬頻、處理能力和儲存空間都是固定的。然而,絕大多數網站的訪問流量都不是均衡的,網站擁有者為了應對這些突發流量,會按照峰值要求來配置伺服器和網路資源,造成資源的平均利用率只有10%~15%,而云計算平臺提供的是有彈性的服務,它根據每個租用者的需要再一個超大的資源池中動態分配和釋放資源,而不需要為每個租用者預留峰值資源。而且雲端計算平臺的規模極大,其租用者數量非常多,支撐的應用種類也是五花八門,比較容易平衡整體負載。據統計,雲端計算資源利用率可以達到80%左右,是傳統模式的5~7倍。
從宏觀層面來看,雲端計算作為新一代產業浪潮的重要驅動力,隨著我國雲端計算產業的逐步成熟,正在滲透到經濟和社會各個領域,對我國經濟社會發展更加深遠的影響。當前,資訊化發展正進入一個新的歷史階段,資訊化與工業化深度融合日益成為經濟發展方式轉變的內在動力,雲端計算為我國轉型升級提供了重要契機。同時雲端計算作為軟體和資訊科技服務業的重要組成部分,對傳統軟體產業和資訊科技服務業發展產生了巨大影響,加速了戰略性新興產業發展,促進了區域產業結構和經濟結構最佳化升級。
雲端計算提高經濟社會資訊化發展水平
由現代資訊科技發展與應用所推動的資訊化,雖然歷史不長,但已經給經濟和社會帶來了深刻的影響。雲端計算平臺實現了社會資源的高度集中,使用者能夠使用的資源規模極大,但獲得成本低,獲得的途徑多樣,並且可以按需定製;雲端計算平臺緊耦合資源聚集使用模式使得計算機資源保持較高的穩定利用率,整體節約社會資源。
1、推動資訊基礎設施建設
雲端計算能夠提供可靠的技術軟硬體、豐富的網路資源、可有效加速資訊基礎設施建設,低成本的構建和管理能力解決了政府、大型企事業單位面臨的運維難、人工成本和能源消耗巨大等問題。以此為基礎,雲端計算可以推動我國資訊化發展和企業資訊化程式想更高的層級躍進。
2、提高政府公關服務水平
政府將雲端計算應用與政務和公共服務領域時,能夠實現電子政務資訊資源的有效整合,醫療、社保等社會公共服務資源共享和業務的協同,從而提升社會公共服務效率,為人民生活提供更好的公共服務。
3、提供企業科技創新能力
雲端計算強大的資料儲存和管理技術為科技創新提供了堅實基礎,可提高科技創新能力,並縮短產品和服務進入市場的週期。同時,PaaS服務模式可以實現業務的快速部署,並實現雲端計算平臺同其他業務已有的資料庫和能力元件的快速呼叫和整合,提高使用者業務的敏捷性和動態性。
4、助力節能減排綠色發展
雲端計算可以提高現有裝置執行效率,並減少初期投資和運營成本(管理、更新成本),降低使用者總體擁有成本。雲端計算對IT資源的集中和整合使用可以縮小裝置規模,及時關閉空閒資源,有效地降低能源消耗,推動國家節能減排政策的落地。實踐證明,和傳統資料中心相比,雲端計算能夠節省約70%的電能消耗,節能效果顯著。這種節能減排對環境保護有巨大貢獻,而且能夠減少電能消耗,延長硬體使用期限,有效地降低業務運營成本。
雲端計算促進工業轉型升級
工業是實體經濟的主體,也是轉變經濟發展方式、調整最佳化產業結構的主戰場。當前,我國正處在工業化中期,工業的主導作用和支柱地位在較長時期內不會改變,加快工業轉型升級,促進工業由大變強,依然是我國現代化程式中艱鉅的歷史任務。
建設現代產業體系是新型工業化的重要支撐,本質要求是進一步最佳化產業結構,增強產業核心競爭力,促進三次產業在更高水平上協調發展。特別是要大力培育發展戰略性新興產業,推動重大技術突破,加快形成先導性、支柱性產業,切實提高產業核心競爭力和經濟效益,雲端計算的快速發展為我國工業轉型升級提供了重要契機。
1、雲端計算強力推動工業化發展
資訊科技和應用的發展為工業化發展提供了強大支撐,用資訊化改造工業的一個重要內容就是用資訊科技改造製造業的生產工藝,即資訊科技不斷向製造業滲透擴散,改造傳統生產工藝,提供傳統制造業的管理現代化水平。與大型企業不同,中小型工業企業在提升企業創新能力時往往要面臨工業計算軟體及平臺搭建、開發內部計算機建模和模擬技術、高階研發人員的培育等諸多問題,導致不能有效利用計算模擬等工業計算技術降低設計製作成本,提供生產效率。
以美國為首的西方已開發國家在20世紀80年代就加大了資訊化建設投入,以促進工業轉型發展,如美國先後建立了聖地亞哥超級計算中心、美國國家超級計算應用中心、匹茲堡超級計算中心、美國阿貢國家實驗室、美國橡樹嶺國家實驗室等,先後服務於工業、生物、製藥、國防等產業。超級計算中心就是當前雲端計算中心的前身,從某些方面來說,超級計算就是雲端計算的一種形式。可以說,雲端計算等資訊科技以及平臺在西方工業化大國扮演了十分關鍵的角色,雲端計算等新一代資訊科技對其經濟建設貢獻度在不斷提高,從而形成了技術創新良性迴圈。
我國透過自身生產要素優勢成為新的國際製造業中心,以製造業為主導的產業結構顯示了中國加速工業化階段的產業特徵,這種結構促進了中國現階段的高速增長,但工業產業結構的畸形化和低勞動生產率對中國的可持續發展提出了新的挑戰,而且由於工業產業沒有帶動第一和第三產業的發展,致使自身發展缺乏強大的基礎和服務。雲端計算的發展提高了大型工業企業的資訊化管理水平,為中小型工業企業資訊化提供了可能,各種技術的突破和服務模式的創新提高了工業化的生產力,促進了工業發展。
2、雲端計算加快工業化和資訊化的程式
雲端計算開創了IaaS、PaaS和SaaS等全新IT服務模式,大幅度降低了傳統產業特別是工業企業部署實施資訊化的成本,同時極大地促進了資訊科技在傳統產業中的應用廣度和深度。雲端計算服務模式不僅給資訊產業創造了深遠的變革機會,同時也給工業企業等傳統企業帶來了新的發展機遇。
隨著全球經濟一體化和企業國際化程式的加快,大多數的應用場景需要分散式的工作模式,如跨國集團公司,它們的管理部門和工業現場可能不在同一個地理區域。這些分散的應用環境和工作模式使得雲端計算成為一種廣受歡迎的IT服務模型,在工業研發設計、流程控制、製造、管理、運營、服務等產業鏈的應用上發揮重要作用,逐漸形成以雲端計算應用為核心的“工業雲”,併成為未來的發展趨勢。
綠色經濟推動著工業的可持續發展,成為未來“兩化”融合的主旋律。雲端計算給傳統工業節能降耗減排帶來了希望,對促進我國資訊產業和傳統工業持續、快速發展具有重要的戰略和現實意義。兩化融合發展是以資訊化帶動工業化,以工業化促進資訊化。當前,我們抓住雲端計算發展的戰略機遇期,以雲端計算推動兩化融合創新能力的發展,可以說是一條可行之路,也是一條希望之路。
3、雲端計算將有力推動產業升級
雲端計算憑藉其超大規模、無線擴充套件、按需服務、成本低廉、使用便捷等諸多顯著優勢成為全球資訊產業變革的焦點。雲端計算創造新的經濟模式,帶動現代服務業、生產型服務業、文化創意等相關產業和經濟發展,雲端計算技術的應用和推廣成為推動我國工業轉型升級的重要引擎。
從企業角度看,大型企業運營佈局呈現網路化的特點,要求多組織、跨時空、實時業務協同,大企業在邁向國際化、全球化的道路上,表現出更為整合、集約、協同的管理特徵,管理模式、方法、手段需要更為開放、靈活、高效和專業,而云計算則成為大型企業必要的管理工具。與綜合實力較強的大型企業相比,中小企業對雲端計算服務的需求更大,有統計資料顯示:2010年僅有6%~7%的中小企業使用了雲端計算服務,但到2011年中期這個數字已經突破15%。
“兩化融合”、“三網融合”等資訊化戰略的實施,極大地促進了我國工業企業的資訊化應用水平,奠定了雲端計算應用的堅實基礎。透過雲端計算相關企業創新和服務能力的有機整合,依託新的商業模式可為區域經濟體帶來巨大市場和產業倍增效應,藉助移動網際網路、物聯網等新興市場的迅速發展,形成更大的網路市場規模。藉助雲端計算可促進產業整體向產業鏈前端轉移,衍生出新的創業和就業群體,形成產業人力資源分流,助力產業結構調整。
雲端計算促進中小企業發展
據工業和資訊化中小企業司公佈資料:2010年,我國中小企業總數已佔到全國企業總數的99%以上,創造的最終產品和服務價值相當於國內生產總價值的60%左右,提供了全國80%的城鎮就業崗位,上繳的稅收約為國家稅收總額的50%。中小企業在推動我國經濟平穩較快發展、推動創新、擴大出口、增加就業、維持社會穩定等方面發揮了重要作用。促進中小企業發展,是保持國民經濟平穩較快發展的重要基礎,是關係民生和社會穩定的重大戰略任務。
雲端計算開創了軟體服務化、平臺服務化和基礎設施服務化等服務模式,其中軟體服務化模式提供廉價的線上軟體租用服務,平臺服務化模式提供快速的從技術開發到服務運營的能力,基礎設施服務化模式提供低成本和高可靠性的底層資源服務。目前,我國大部分中小企業資訊化應用水平較低,迫切需要推進資訊化。採用雲端計算,中小企業可以在不用投入大量資金到IT基礎裝置的前提下,直接從雲端計算服務提供者那裡按需獲取各種服務,用最小的代價和最短的時間現實資訊化。
1、降低中小企業資訊化成本和投資風險
在傳統模式下中小企業為開發、部署及擴充套件計算機應用系統,需要購買大量新裝置、定期淘汰舊裝置,資金耗費多,風險較大。雲端計算這種變購買為租賃的服務模式,使中小企業資訊化建設和運維成本大幅降低。企業不用再購買繁雜的IT裝置,頭疼後期運維和管理,只需要透過網路租用雲服務,就可以享用靈活高效的資訊化帶來的好處。而且當企業把一個應用程式部署到“雲”中時,可擴充套件性和基礎設施投資等問題就轉移給了雲運營商,降低了企業所面臨的投資風險。
2、中小企業能夠最大化利用資訊資源
在雲端計算應用前,企業根據自身需求投資基礎設施,其可利用的資源受自身設施的限制,不可能無限擴充套件。引入雲端計算後,雲服務提供商所能提供的資源和服務要遠大於單一企業的自建能力,這使得企業客戶能夠支配更多的資源。同時,雲端計算使中小企業使用資訊資源更加靈活,雲端計算除了能夠節省成本外,最大特點就是能夠快速部署。在企業提出定製需求後,雲服務提供商會選擇相應的成熟模組,提供快速部署實施環境。相比於傳統的管理軟體,雲端計算的反應更加快速。此外,使用者還可以根據實際情況的變化,隨時隨地按需改變應用配置。
3、雲端計算提升中小企業資訊化應用水平
雲端計算大幅度降低了傳統產業特別是工業企業部署實施資訊化的成本,同時極大地促進了資訊科技在產業的應用廣度和深度。據統計,70%以上的中小企業在資訊化上的投入不足收入的1%而應用雲端計算以後,中小企業只需要付出非常低的租金,就可以使用與中大企業相媲美的資源。這種租用模式將給中小企業帶來低成本、高效能和專業化等多種好處,從而進一步加深中小企業的資訊化程度,最終提升中小企業的競爭力。
雲端計算將有效地支撐中小企業的資訊化應用,降低其資訊化門檻,彌補其在IT投資和維護方面的不足,促進中小企業生產、管理與市場開拓的升級,提高中小企業收入,從而保障我國總統經濟的平穩較快發展。
雲端計算促進軟體和資訊科技服務業轉型升級
近年來,我國軟體和資訊科技服務業市場規模不斷擴大,創新能力顯著增強,產業聚集日益明顯,國際化水平持續提高,人才隊伍不斷壯大,對國民經濟和社會發展的支撐作用進一步增強。“十二五”期間,伴隨著物聯網、雲端計算等新一代資訊科技的發展和應用的不斷深化,軟體與網路深度耦合,軟體和硬體、應用和服務緊密融合,軟體和資訊科技服務業加快向網路化、服務化、體系化和融合化方向演進。
雲端計算作為軟體和資訊科技服務業的重要組成部分,憑藉其超大規模、無限擴充套件、按需服務、成本低廉、使用便捷等諸多顯著優勢成為全球資訊產業變革的焦點。我國政府高度重視雲端計算產業的發展,釋出了《關於加快培育和發展戰略性新興產業的決定》等一系列政策措施,明確了“十二五”期間將進一步加強新一代資訊科技的基礎設施建設,推進“三網融合”促進物聯網、雲端計算等新興產業技術的研發,增強核心基礎產業的發展能力。
1、雲端計算對傳統軟體產業發展的影響
雲端計算給傳統軟體產業帶來根本性變化。雲端計算將省略傳統軟體複雜的購買和安裝程式,其所有應用和許可都可以隨時購買生效,並透過網路完成軟體服務等應用,無須佔用本地過多的資源。同時,雲端計算也打破了繫結在某一臺單獨機器上的對軟體應用空間和時間的限制,所有應用所需要的計算能力、儲存、頻寬、電力等都有資料中心提供。此外,在雲端計算模式下,軟體銷售將從出售軟體包及終端使用者授權許可,轉變為出售“雲端計算”服務,只要使用“雲”,就需要付費。而已複製光碟為代表的盜版模式在雲端計算的衝擊下將可能不復存在。
2、雲端計算對資訊科技服務業發展的影響
與雲端計算對軟體產業的影響相比,雲端計算對資訊科技服務業的影響更大。具體表現在以下幾方面。
從資源配置角度看,更多的資源將從使用者端走向“雲”端,網際網路的“端到端”理念將面臨巨大挑戰。目前,使用者端主要透過不斷升級硬體和軟體來享受更多的網際網路服務。雲端計算應用以後,幾乎所有的計算和儲存資源都集中到了“雲”端,使用者端將變得越來越簡單。透過虛擬化技術,“雲”端的資源將被使用者以租用方式使用,使用者不再需要自己購置和升級軟硬體。
從服務內容角度看,網際網路將提供更多層次的服務。傳統軟體廠商一般透過出售軟體介質來盈利,這些軟體都安裝在使用者的計算機上,軟體功能越強大,價值就越高。雲端計算應用後,使用者無須關心軟體的購買、維護和升級,這些工作都由雲端計算運營商來完成。使用者透過瀏覽器接入“雲”端後,能以低租金享受更多的服務。軟體廠商會因此而將各類業務轉移至雲端計算平臺,建有大型雲資料中心的運營商將有償提供計算及儲存資源服務。
從行業監管角度看,網際網路監管模式也將隨之轉變。雲端計算的出現打破了地域的概念,資源的跨地域儲存於本地化監管之間的矛盾將會進一步凸顯。對此,網際網路監管必須要有全域性觀,在網路資源儲存、資源共享和網路安全監管等方面做好不同地域之間的溝通與協調工作。
雲端計算參考架構
隨著雲端計算的發展,業界正試圖透過標準化、雲端計算參考架構等對雲端計算達成共識,如金蝶研究院為開放群組貢獻了雲端計算參考架構,IT業巨頭HP、Oracle也釋出了其雲端計算參考架構,VMware參與構建開放雲平臺Cloud Foundry,也有很多中立的組織如NIST、The Open Group、ISO、ITU-T釋出雲端計算參考架構。開源系統和主流廠商的參與正在加快雲端計算標準化的程式,其中NIST的雲端計算參考架構中對雲端計算的概念、屬性及架構的定義得到了業界的廣泛認同。
2011年1月,NIST公佈了雲端計算定義,提出雲端計算模式具有按需自助服務、寬頻網路訪問、資源集中、快速伸縮性、可計量的服務5項基本特徵,以及3種服務模式和4種部署模式。2011年5月,NIST釋出了“雲端計算大綱與建議”,審視了NIST的雲端計算定義,描述了雲端計算的優勢與問題,概述了雲端計算技術的主要類別,並未機構入股應對雲端計算帶來的機遇與風險提供了指導與建議。2011年9月,NIST釋出了雲端計算參考架構,將NIST的雲端計算定義工作向前推進了一步。
NIST雲端計算參考架構是一個一般性的高層概念模型,它是討論雲端計算的需求、結構和操作的強大的工具。它包含一組可以用於對雲端計算特性、使用和標準討論的觀點及描述。NIST的雲端計算參考架構,提出了雲端計算系統中最可能存在的5種角色,分別是雲消費者、雲供應商、雲審計者、雲代理和雲載體。
參考架構中位於雲供應商所在的部分,分為三個主要層次,分別是物理資源層、資源虛擬及控制層和服務層。這個架構得到了世界上主流雲端計算企業的基本認同。各國雲端計算研究機構和企業紛紛參照這個架構開展了雲端計算核心技術的研究工作,其中虛擬化技術是支撐雲端計算構建“資源池”,開展按需、定製服務的基礎技術。
雲資料中心相關技術
資料中心內的實體資源是提供一切資訊服務的基礎,根據IDC報告,2012年中國資料中心市場投資總規模達到119.3億美元,2012年至2017年的複合增長率為9.8%。其中面積超過500平方米的中大型資料中心超過4000個,佔總數約8%,其投資規模佔整體約50%;接近70%的中大型資料中心分佈在以北京、上海和廣州為核心的發達地區,資料中心的分佈和投資都呈現明顯的聚集效應。
雲資料中心是能支撐雲服務要求的資料中心,包括場地、供配電、空調暖通、伺服器、儲存、網路、管理系統、安全等相關設施,具有高安全性、資源池化、彈性、規模化、模組化、可管理性、高能效、高可用性等特徵。傳統資料中心在向雲資料中心轉變的過程中面臨以下問題。
1、功能上需要滿足彈性擴充套件、按需、按量計費、模組化、效率高等要求。
2、雲端計算對資料安全和業務延續性產生了更高的要求,傳統資料中心在規模、效率、快速響應以及資訊保安方面都面臨著巨大的挑戰。
3、能耗問題已成為各國政府考核資料中心的一個重要指標,傳統資料中心平均PUE值在2.5以上,能效降低的改造丞待加強。
雲端計算按需自助服務、寬頻網路訪問、資源集中、快速伸縮性、可計量的5項基本特徵,對雲資料中心提出了更高要求。從組成上來看,雲資料中心包含以下幾個方面。
1、建築、電氣、空調、網路等基礎設施,這是保證雲端計算服務商IT環境和服務正常執行而必須建設的各類設施,需要滿足模組化、彈性擴充套件、按需提供和智慧化排程。
2、各類硬體和軟體構成的資源池,可分為計算資源池、儲存資源池和網路資源池。其中計算資源池由執行和管理計算任務的軟硬體資源組成,包括了雲資料中心內的物理主機、管理物理主機硬體資源的系統軟體,以及協調多物理主機計算行為的中介軟體等,可以以池化方式實現虛擬主機的排程與分配;儲存資源池包括各類以儲存資料為目的的提供的資源,提供一種實用性的儲存服務,為眾多使用者提供一個透過網路訪問的共享儲存池;網路資源池由網路軟硬體、網路協議和網路接入資源構成,主要實現了雲資料中心各個元件的互連、使用者業務的按需部署和服務。資源池根據使用者的需要動態分配和釋放資源,資料中心不在需要為每個使用者預留峰值資源,因而資源利用率可大大提高。
3、能效管理包括能效計量、能效評定、能效管理機制。能效計量實現對雲資料中心各種元件的能源和效率進行計量資料採集、監測。能效評定的目的是加強雲資料中心的設計、建設及執行管理,提高雲資料中心的能效水平,包括評定的原則、指標、基本要求與方法。能效管理機制是在雲資料中心執行過程中,為有效進行能效管理而需要建立的對應的組織架構、流程和制度。雲資料中心擁有更多使用者,改善能源效率相對成本較低,可以將成本分攤到更多的伺服器中。
4、安全性要求包含安全措施和安全管理兩部分內容,主要防禦各種來自雲資料中心外部和內部的攻擊、破壞和意外情況等安全威脅,保障雲資料中心不受影響,資訊系統可以穩定執行。
雲使用者所使用的雲資源可以根據其應用的需要進行調整和動態伸縮,能夠有效地滿足應用和使用者大規模增長的需要,主要得益於雲資料中心資源池中資源的整合和重複利用,尤其是低成本、高寬頻、高可靠的網路拓撲,以及提高了效能比的綠色節能技術。
雲資料中心網路設計
雲端計算的多租戶模式,要求網路層面必須具有優異的隔離能力。傳統的網路技術在多個層面實現了邏輯隔離,如資料鏈路層的VLAN,PVLAN,VSAN隔離,網路層的VRF,VPN安全隔離,但它們都是基於同一程式的。雲資料中心的核心交換機採用虛擬交換機VDC的隔離技術,即一個交換機可以再邏輯上分為多個虛擬交換機。這些虛擬交換機之間是徹底隔離的,它們有各自獨立的二層和三層的協議棧和程式,實現了完善的故障隔離。
雲端計算節點的大規模性對資料中心網路的容錯能力和可擴充套件性帶來挑戰。傳統的樹形結構網路拓撲存在可靠性低、可擴充套件性差、網路頻寬有限等缺陷,研究學者提出了VL2,Portland,DCell,BCube等新型的網路拓撲結構,這些拓撲在傳統的樹形結構中加入了類似於mesh的構造,使得節點之間的連通性與容錯能力更強,易於負載均衡。同時,這些新型的拓撲結構利用小型交換機便可構建,使得網路建設成本降低,節點更容易擴充套件。
考慮到基於虛擬化的應用,如VMotion,LPAR Mobility等都需要一個二層網路的支撐,雲資料中心的網路需要再二層上提供超大規模的網路擴充套件能力。vPC是一種擴充套件技術,它透過2個交換機的轉發平面,採用Port-Channel實現接入裝置同時上連2個匯聚交換機,實現雙倍的聚合頻寬。採用板卡延伸技術和vPC技術,可以有效擴充套件網路規模,同時減少生成樹對網路的影響。
為了支援更大規模的無阻塞的二層網路,並且減少大規模網路中生成樹的影響,業界提出了FabricPath這一在二層上實現多路徑的協議。FabricPath的指導思想就是保留二層即插即用的好處,以及對於應用程式設計的簡便,同時將轉發平面和控制平面分離以實現更大規模的網路擴充套件和扁平化。FabricPath給每一個交換機一個48位的switch ID作為標識,透過ISIS協議來構建FabricPath的控制平面,形成基於switch ID的路由表。採用FabricPath技術之後,網路裡的交換機上會有2張轉發表,邊緣交換機上會同時有MAC的轉發表和基於switch ID的轉發表,FabricPath核心的交換機則維護switch ID的轉發表。由於在二層網路上採用了ISIS這樣基於連線狀態的路由協議,FabricPath的網路可以支援16路的等價多路徑,將網路的擴充套件性在vPC的基礎上又提高了8倍。FabricPath可以在縮短網路拓撲改變時的收斂時間,提高全網的效能和可靠性。同時FabricPath完全相容原有的生成樹和vPC技術,也就是說在一個典型的二層網路環境下,原有的採用生成樹和vPC的部分可以無縫地接入FabricPath網路。在超大規模的虛擬化技術創新地透過基於會話的MAC地址學習機制,有效地減小了邊緣交換機MAC地址表的壓力。透過FabricPath技術可以構建一個非常扁平高效的超大規模資料中心網路,可以說FabricPath技術徹底改變了現有網路的架構,是今天雲資料中心非常重要的技術之一。
雲資料中心的節能技術
據統計,資料中心的能耗成本佔到了總成本的50%左右,包括電力、機房佔地、頻寬等各方面。資料中心能耗巨大,主要集中在伺服器裝置和製冷裝置方面,其中製冷系統能耗佔整個機房執行能耗的30%~50%。史丹佛大學教授Ohnathan G.Koomey針對資料中心的能耗報告稱,全球資料中心2010年共消耗1988億千瓦時的電力,是全年總髮電量的1.1%~1.5%。電費支出已佔資料中心運營成本的50%以上,有的甚至達到70%。傳統電信業務的電費支出僅佔業務收入的2%左右,而資料中心業務的電費支出佔業務收入的30%~50%。
史丹佛大學研究表明,全球資料中心的能耗在2000—2005年間翻了一番,2010年增加了75%。Gantner的調查顯示,2007—2020年間全球資料中心的碳排放量將由80百萬噸當量激增到340百萬噸當量,直追鋼鐵、造船、航空等產業。能源花費佔IT預算的比例已經從8%激增到48%,電力和製冷問題成為資料中心面臨的最大問題,資料中心產業已進入高耗能行業序列。
艾默生研究顯示,通訊/IT裝置節能是機房節能的基礎,主裝置降耗100W,機房可降耗284W;空調裝置節能是機房節能的關鍵,消除274W機房熱能需要消耗107W電能;供電系統節能是機房節能的重要因素,為194W負載供電,供電系統需要消耗18W電能。因此主裝置的節能可以帶來級聯性的節能效果,不但降低了裝置本身能耗,也降低了相關的空調、供電等能耗。為此Nathuji等人提出一種面向資料中心虛擬化的自適應能耗管理系統Virtual Power,該系統透過整合虛擬化平臺自身具備的能耗管理策略,以虛擬機器為單位為資料中心提供一種線上能耗管理能力。Pallipadi 等人根據CPU利用率,控制和調整CPU頻率已達到最佳化IT裝置能耗的目的。Rao 等人研究了在多電力市場環境中,如何在保證服務質量的前提下最佳化資料中心能耗總量的問題。針對製冷系統能耗最佳化問題,Samadiani 等人綜合考慮空間大小、機架和風扇的擺放以及空氣的流動方向燈因素,提出了一種多層次的資料中心冷卻裝置設計思路,並對空氣流和熱交換進行建模和模擬,為資料中心佈局提供理論支援。此外,資料中心建成以後,可採用動態製冷策略降低能耗。例如,對於處於休眠的伺服器,可適當關閉一些製冷設施或改變冷氣流的走向,以節約成本。
總之,雲端計算技術透過虛擬化、實時遷移電源管理技術,可以極大降低主裝置的數量和執行時間,進而極大降低主裝置的能耗,提供能效,真正實現節能減排。例如,Google,Facebook等大型雲資料中心的能源利用率都達到了90%以上。
編者語:隨著我國雲端計算產業的逐步成熟,正在滲透到經濟和社會各個領域,對我國經濟社會發展更加深遠的影響。雲端計算在網路成本的能耗節約中能夠充分的應用,有利於我國節能減排的滲透,透過雲端計算整合一切可以整合的計算資源、儲存資源,起到既能節約成本空間,又減少能耗,是未來網路大發展的有力支撐!
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