□供稿/民建高新區(qū)（濱江）三支部

技術(shù)分析：云計算技術(shù)的四大優(yōu)勢

□供稿/民建高新區(qū)（濱江）三支部

為什么云計算擁有劃時代的優(yōu)勢？主要原因在于它的技術(shù)特征和規(guī)模效應(yīng)所帶來的壓倒性的性能價格比優(yōu)勢。

性價比優(yōu)勢

全球企業(yè)的IT開銷，分為三部分：硬件開銷、能耗和管理成本。根據(jù)IDC在2007年做過的一個調(diào)查和預(yù)測（如圖1），從1996年到2010年，全球企業(yè)IT開銷中的硬件開銷是基本持平的。但能耗和管理的成本上升非常迅速，以至于到2010年管理成本占了IT開銷的大部分，而能耗開銷越來越接近硬件開銷了。

如果使用云計算的話，系統(tǒng)建設(shè)和管理成本有很大的區(qū)別（如表1）。根據(jù)James Hamilton的數(shù)據(jù)，一個擁有5萬個服務(wù)器的特大型數(shù)據(jù)中心與擁有1000個服務(wù)器的中型數(shù)據(jù)中心相比，特大型數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)和存儲成本只相當于中型數(shù)據(jù)中心的1/5到1/7，而每個管理員能夠管理的服務(wù)器數(shù)量則擴大到7倍之多。因而，對于規(guī)模通常達到幾十萬乃至上百萬臺計算機的Amazon和Google云計算而言，其網(wǎng)絡(luò)、存儲和管理成本較之中型數(shù)據(jù)中心至少可以降低5～7倍。

電力和制冷成本也會有明顯的差別。例如，美國愛達荷州的水電資源豐富，電價很便宜。而夏威夷州是島嶼，電力價格比較貴，二者最多相差7倍（如表2）。

圖1　全球企業(yè)IT開銷發(fā)展趨勢

表1　中型數(shù)據(jù)中心和特大型數(shù)據(jù)中心的成本比較

表2　美國不同地區(qū)電力價格的差異

由于電價有如此顯著的差異，Google的數(shù)據(jù)中心一般選擇在人煙稀少、氣候寒冷、水電資源豐富的地區(qū)，這些地點的電價、散熱成本、場地成本、人力成本等都遠遠低于人煙稠密的大都市。剩下的挑戰(zhàn)是要專門鋪設(shè)光纖到這些數(shù)據(jù)中心。不過，由于光纖密集波分復(fù)用技術(shù)（DWDM）的應(yīng)用，單根光纖的傳輸容量已超過10Tbit/s，在地上開挖一條小溝埋設(shè)的光纖所能傳輸?shù)男畔⑷萘繋缀跏菬o限的，遠比將電力用高壓輸電線路引入城市要容易得多，而且沒有衰減。拿Google的話來說，“傳輸光子比傳輸電子要容易得多”。這些數(shù)據(jù)中心采用了高度自動化的云計算軟件來管理，需要的人員很少，而為了技術(shù)保密而拒絕外人進入?yún)⒂^，讓人有一種神秘的感覺，故被人戲稱為“信息時代的核電站”（如圖2）。

再者，云計算與傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心（IDC）相比，資源的利用率也有很大不同。IDC一般采用服務(wù)器托管和虛擬主機等方式對網(wǎng)站提供服務(wù)。每個租用IDC的網(wǎng)站所獲得的網(wǎng)絡(luò)帶寬、處理能力和存儲空間都是固定的。然而，絕大多數(shù)網(wǎng)站的訪問容量都不是均衡的。例如，有的時間性很強，白天訪問的人少，到了晚上7、8點鐘就會容量暴漲；有的季節(jié)性很強，平時訪問人不多，但是到圣誕節(jié)前訪問量就很大；有的一直默默無聞，但是由于某些突發(fā)事件（如邁克爾·杰克遜突然去世），使得訪問量暴增而陷入癱瘓。網(wǎng)站擁有者為了應(yīng)對這些突發(fā)容量，會按照峰值要求來配置服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)資源，造成資源的平均利用率只有10%～15%（如圖3）。而云計算平臺提供的是有彈性的服務(wù)，它根據(jù)每個租用者的需要在一個超大的資源池中動態(tài)分配和釋放資源，而不需要為每個租用者預(yù)留峰值資源。而且云計算平臺的規(guī)模極大，其租用者數(shù)量非常多，支撐的應(yīng)用種類也是五花八門，比較容易平穩(wěn)整體負載，因而云計算資源利用率可以達到80%左右，這又是傳統(tǒng)模式的5～7倍。

綜上所述，云計算有更低的硬件和網(wǎng)絡(luò)成本，更低的管理成本和電力成本，以及更高的資源利用率，能夠?qū)⒊杀竟?jié)省30倍以上（如圖4），這是個驚人的數(shù)字！這也是云計算成為劃時代技術(shù)的根本原因。

Google2008年花了16億美元建設(shè)云計算數(shù)據(jù)中心，如果不采用云計算技術(shù)，要達到同樣的效果，則需要640億美元。也就是說，Google的云計算成本只相當于傳統(tǒng)方式的1/40，這可能是Google迅速成為全球第一大互聯(lián)網(wǎng)公司的關(guān)鍵原因。

從前面可以知道，云計算能夠大幅節(jié)省成本，規(guī)模是極其重要的因素。那么，如果企業(yè)要建設(shè)自己的私有云，規(guī)模不大，也無法享受到電價優(yōu)惠，是否就沒有成本優(yōu)勢了呢？但它仍然會有數(shù)倍的優(yōu)勢。一方面，硬件采購成本還是會節(jié)省好幾倍，這是因為云計算技術(shù)的容錯能力很強，企業(yè)可以使用低端硬件代替高端硬件。另一方面，對云計算設(shè)施的管理是高度自動化的，極少需要人工干預(yù)，可以大大減少管理人員的數(shù)量。中國移動研究院建立了256個節(jié)點的BigCloud云計算設(shè)施，并用它進行海量數(shù)據(jù)挖掘，可以大大節(jié)省成本。

圖2　被稱為“信息時代的核電站”的Google數(shù)據(jù)中心

圖3　某典型網(wǎng)站的容量數(shù)據(jù)

圖4　云計算較之傳統(tǒng)方式的性價比優(yōu)勢

應(yīng)用優(yōu)勢

在應(yīng)用方面，云計算具有低門檻和高可擴展性的優(yōu)勢。

云計算的低門檻應(yīng)用優(yōu)勢主要針對的是使用云服務(wù)的企業(yè)用戶或個人用戶。云計算的商業(yè)模式是基于使用的支付模式，也就是最終使用云服務(wù)的用戶是按照使用了多少服務(wù)來付費的。這種支付模式為應(yīng)用部署到云計算基礎(chǔ)架構(gòu)上降低了準入門檻。

雖然服務(wù)器、操作系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件的價格不斷下降，但安裝、操作和維護這些系統(tǒng)和軟件需要一定的成本?！霸朴嬎恪眲t進一步降低用戶使用軟件和IT資源的門檻，因為一切的安裝、維護和管理都由云計算提供商來管理，用戶只需要使用就可以了。因此云計算真正讓軟件成為了“服務(wù)”，而不是一件復(fù)雜的產(chǎn)品，降低了用戶的使用門檻。

美國在其國內(nèi)倡導(dǎo)的“藍領(lǐng)計算計劃”（一種云計算應(yīng)用），以公共計算平臺推動和提升美國中小企業(yè)的創(chuàng)新能力。高性能計算系統(tǒng)的構(gòu)建、維護，相關(guān)應(yīng)用軟件的開發(fā)等，意味著要投入巨額的人力、物力、財力。“藍領(lǐng)計算計劃”幫助美國中小企業(yè)突破了成本和開發(fā)上的障礙。中小企業(yè)可以租用超級計算中心的硬件、軟件資源，甚至可雇用超算中心的專家隊伍，針對工程項目進行研發(fā)，大大降低了高性能計算的使用門檻。

云計算的高可擴展性是指云的規(guī)?？梢詣討B(tài)伸縮，滿足應(yīng)用和用戶規(guī)模增長的需要。普通企業(yè)里的許多IT資源（人力資源，軟件資源、硬件資源）是為了最大使用場景（在這時應(yīng)用達到峰值）而設(shè)計的，大多數(shù)時候這些基礎(chǔ)架構(gòu)的利用率非常低。云應(yīng)用的出現(xiàn)，避免了這一現(xiàn)象，其云計算環(huán)境具有大規(guī)模、無縫擴展的特點，能自如地應(yīng)對應(yīng)用使用急劇增加的情況。

對云計算用戶而言，云計算的優(yōu)勢也是無與倫比的。他們不用開發(fā)軟件，不用安裝硬件，用低得多的使用成本，就可以快速部署應(yīng)用系統(tǒng)，而且可以動態(tài)伸縮系統(tǒng)的規(guī)模，可以更容易地共享數(shù)據(jù)。租用公共云的企業(yè)不再需要自建數(shù)據(jù)中心，只需申請云計算賬號并按量付費，這一點對于中小企業(yè)和剛起步的創(chuàng)業(yè)公司尤為重要。目前，云計算的應(yīng)用領(lǐng)域涵蓋應(yīng)用托管、存儲備份、內(nèi)容推送、電子商務(wù)、高性能計算、媒體服務(wù)、搜索引擎、Web托管等多個領(lǐng)域，代表性的云計算應(yīng)用企業(yè)包括Abaca、BeInSync、AF83、Giveness、紐約時報、華盛頓郵報、GigaVox、SmugMug、Alexa、Digitaria等。紐約時報使用亞馬遜云計算服務(wù)在不到24個小時的時間里處理了1100萬篇文章，累計花費僅240美元。如果用自己的服務(wù)器，需要數(shù)月時間和多得多的費用。

可靠性優(yōu)勢

可靠性，即計算機系統(tǒng)必須持續(xù)地提供正確的服務(wù)。為保證數(shù)據(jù)高可靠性，云計算的數(shù)據(jù)一般采用分布式的方式來存儲和管理（如圖5）。類似于一般的數(shù)據(jù)存儲安全保證辦法，云計算采用冗余存儲的方式來保證存儲數(shù)據(jù)的可靠性。如Google的文件系統(tǒng)，對于每份數(shù)據(jù)，GFS（Google File System）在系統(tǒng)中保存3個以上的備份，其中兩份拷貝在同一機架的不同節(jié)點上，以充分利用機柜內(nèi)部帶寬，另外一份拷貝存儲在不同機架的節(jié)點上。同時，為了保證數(shù)據(jù)的一致性,對于數(shù)據(jù)的所有修改需要在所有的備份上進行。

由于云計算系統(tǒng)需要同時滿足大量用戶的需求，并行地為大量用戶提供服務(wù)，因此云計算的數(shù)據(jù)存儲技術(shù)必須具有高吞吐率，分布式集群滿足了這一需求特點?，F(xiàn)在，云計算的數(shù)據(jù)存儲技術(shù)主要有谷歌的非開源的體系GFS（Google File System）和Hadoop團隊開發(fā)的對于GFS的開源實現(xiàn)HDFS（Hadoop Distributed File System）。有很大一部分IT廠商，包括Intel、阿里巴巴的云存儲計劃采用的都是HDFS的數(shù)據(jù)存儲技術(shù)。

圖5　云計算可靠性

從長遠來看，云計算基礎(chǔ)架構(gòu)實際上可能比典型的企業(yè)基礎(chǔ)架構(gòu)更可靠。領(lǐng)先的幾家云服務(wù)提供商如Google、Amazon等大型云服務(wù)提供商已經(jīng)為各自的系統(tǒng)增添了大規(guī)模冗余功能，提供更高的可見性，以減少服務(wù)不可用的可能。一旦云計算服務(wù)成為核心業(yè)務(wù)后，云計算服務(wù)提供商可以利用更多的資源逐步完善云計算平臺，提供比任何特定企業(yè)應(yīng)用程序高得多的可靠性。

安全性優(yōu)勢

安全性，即計算機系統(tǒng)必須避免人為的或者環(huán)境的災(zāi)難性錯誤。云計算的安全由于中央集權(quán)的數(shù)據(jù)管理而提高，這是因為供應(yīng)商能夠把資源用于進行安全審計和解決安全問題，而一般的用戶能力或者資金有限。

網(wǎng)絡(luò)安全廠商RSA已經(jīng)宣布與Intel和VMware共同推出一個更加安全、透明、負責的云計算基礎(chǔ)架構(gòu)，包括硬件信任根、安全虛擬環(huán)境、安全信息與事件管理、GRC (治理、風(fēng)險與合規(guī))管理軟件。這種軟件架構(gòu)的好處顯而易見：首先可對云計算底層的實際情況提供前所未有的可視性，可看到物理和虛擬機內(nèi)的活動和實際狀態(tài)，使企業(yè)能夠擁有驗證安全條件的能力，深入云計算“黑盒子”中：其次使用戶能夠更精細地控制資源，增強私有云的區(qū)分策略。

圖6　云計算安全的目標

云計算安全問題的挑戰(zhàn)主要來自于如何在云計算環(huán)境下保護用戶的數(shù)據(jù)、如何保證可管理性和性能。云計算安全專家已經(jīng)提出云計算安全的四個具體目標：安全的可見性、可評估性、可信任性和可提供合規(guī)證明（如圖6）。