云计算平台：三大问题与发展趋势

内容看点

通过阅读这一讲的内容，你将会掌握以下3个问题的答案：

云计算发展存在哪些问题？

云计算平台的发展趋势是什么？

5G 的发展对云计算会带来哪些影响？

这个模块我给你分享了云计算平台的发展现状，介绍了亚马逊和谷歌两个主要的云计算平台，以及它们在云计算业务上的不同发展策略和思路。

这一讲，我们从云服务平台目前面临的主要挑战入手，来说说未来的发展趋势，以及这些趋势所带来的产业机会。

一、云计算发展面临的问题

当前，云计算已经发展成为非常成熟的产业，但云计算技术的发展仍然面临以下三个主要问题：

第一，云平台的数据中心越来越庞大，结构也越来越复杂，这导致需要配置的硬件设备的成本会越来越高。

第二，云平台计算资源的利用率不高，按照《福布斯》杂志的统计，在商业和企业数据中心的服务器平均利用率仅5%到15%。这无疑是一种资源的巨大浪费。

第三，网络速度问题，大家都了解这是云计算服务的限制性环节。

而即将到来的 5G 的全面铺设，是云服务的重大利好。尤其云服务如果能做到对地面的现实场景提供无缝支持的话，不光要有足够的带宽，更重要的是响应速度要快，5G 标准在这方面有实质性的提升，要求延时不能超过1毫秒。

面对上述挑战，各大云服务商对未来方向展开了各种探索，并且已经达成一些共识，下面详细解释下云服务领域的发展趋势和未来机会。

前几讲我说过，当前的云计算平台，说白了，就是把个人和企业使用的计算机，搬到了几个大型数据中心，统一集中管理。随着云计算越来越普遍，当前的数据中心的结构却越来越复杂。

为什么这么说呢？

它把原来每个用户需要负责的 IT 架构的运行和维护任务，转移到了数据中心里。而目前数据中心的结构，跟几十年前没啥变化，仍然是传统的基础设施，就是服务器之类的硬件资源在数量上的简单扩展。

这样的结果是，在这类传统模式中，企业业务发展速度会受到 IT 部门能提供的资源的限制。

比如，一个只能同时服务1千个用户的在线系统，如果突然要求同时能支持10万个用户，这对于传统数据中心是很难满足的。

原因在于，这种数据中心是由硬件驱动的，每个硬件组件都是专门针对特定的工作。如果想要扩展新的功能，就需要配置新的硬件，这个过程非常复杂，而且当任务完成后，新增的硬件也无法撤销。

而今天的数据中心在这种过度扩展中，已经变成了庞然大物。这会导致一个后果，那就是运行维护和管理成本大增，需要计算、存储和网络工程师花费大量精力。

这个现状与数据中心现代化的要求，也就是提供容易扩展的 IT 应用服务，这两者之间形成了矛盾。

那么问题来了，如何提供更快、易扩展、运维成本低的服务呢？

二、超融合基础架构

近几年来，在云计算领域提出了一个新概念，叫 “超融合基础架构”，英文叫 Hyper Converged Infrastructure。

先解释下概念：

所谓超融合，就是把计算、存储、网络等功能融合到一台标准机器单元中云计算平台技术，然后用标准以太网把多套设备融合后扩展，最终通过一个统一的软件平台，实现对计算、存储和网络资源的集中管理。

前面我提过，传统数据中心都是基于专门的硬件实现功能。

比如说，存储空间不够了，怎么办呢？

传统做法是，购买新的存储设备，以及新的文件服务器去管理这些存储空间。此外，还要把这些存储设备连入现有的系统，这又可能会涉及网络和管理软件的重新设计，还要考虑是否与现有系统兼容。总之，非常麻烦。

而在超融合架构下，只需要多接入几个机器单元就能实现存储空间扩容。

这种超融合架构背后的核心理念，就叫：软件定义数据中心，Software Defined Data Center 。

那什么是“软件定义”呢？

软件定义是相对硬件定义而言的，早期考虑工业化大规模制造，降低成本和复杂度，很多功能直接内嵌在硬件设备里，这种就叫“硬件定义”。它们相对固化，不提供或者仅仅提供很少的对外接口，功能也缺乏灵活性。

而一个软件定义的设备，是智能化、可定制、灵活的。主要包括软件定义存储、软件定义网络、软件定义计算等。

用手机打比方：

很早以前的手机，只能打电话和发短信，这种把功能固化的手机就是“硬件定义”的手机，后来增加了更多功能，如闹铃、听音乐等；

到了智能手机时代，通过开放手机的编程接口，就能开发各种应用。而每个人根据自己实际需要，在手机上安装不同的应用，实现不同的功能，现在每个人的手机应用都不会完全相同，这就成为了“软件定义”的手机。

软件定义，实际上就是把硬件和软件分开，把通过硬件可以完成的部分，按需求以服务接口的形式用软件呈现。一个软件定义的设备是智能化的、可定制的、灵活可变的，并能按需调用。

比如在一个有多个品牌、容量、不同速度的磁盘列阵上使用软件定义存储，用户只需要提出存储任务的要求，说明是电影视频的大文件，还是数量众多的小文件，以及访问磁盘的模式，是反复改写还是只读访问。存储设备会自动按需求，统一分配最合适的磁盘，而用户不需要关心细节。

这就像你用电，只要插上电源插头，不需要关心电是水力发电、燃煤发电还是太阳能发电一样。

总的说来：

通过软件定义的超融合架构，能实现云计算与数据中心的智能化，把繁杂的任务变得简单容易处理，并节省部署和维护成本，真正把人从艰巨的运维工作中解放出来。

未来数据中心的发展方向是软件定义，而超融合基础架构方案，目前主要专注于软件定义存储。

三、无服务器计算

介绍完能简化数据中心结构的方案，我们来看看提高云服务平台利用效率的方案。

亚马逊 AWS 的首席技术官 Andy Jassy 在去年的一次采访中称：

无服务器计算会是软件界的下一场革命。

先解释下什么叫无服务器计算 Serverless Computing，这里 Server 表示的是服务器端软件平台，通常一个在线系统需要在服务器上运行一个服务器端软件。

比如常见的 Web 服务器，都是运行在计算机上的服务器端的软件，用来支持各种应用在上面运行。而英文中 less 的后缀是没有的意思。所以，这儿的 Serverless 不是指不需要计算机，而是指用户不需要自己运行服务器端软件。

如果不用服务器端软件，如何给用户提供服务呢？

Serverless 是一种更加“碎片化”的软件提供的思路，就是把业务实现的能力分解成了一个个的功能函数，我们称之为“函数即服务”，Function as a Services，简称为 FaaS。

实际上，Serverless 架构就是用轻量级的微服务 Micro-service 架构来替代服务器。

也就是说，这种服务所需要的资源，相对于目前的基础架构服务和平台服务这样的重量级服务来说，要少得多，所以叫轻量级。而所谓的“函数” Function 提供的是相比微服务更加细小的程序单元，供开发者直接调用。

比如你开了一家创业公司，计划把所有的应用程序都部署在云平台提供的网络服务器上。但是刚开始用户访问量不是很多，如果365天24小时地在云端运行应用程序就会很浪费，实际上也没有必要无间断地运行这个服务。

你可以把代码存储在云端，只有当用户访问时，才调入相应的计算机资源执行代码，运行完之后，就不再占用计算机资源，这个就是 FaaS。

它最显著的好处是，降低基础设施的成本，以及运营、开发人员。

比如系统架构师和运维工程师的人力成本，提高计算资源的利用率，理论上，能把现在的5%到15%利用率提高到80%到90%以上。从用户角度来说，还能按次收费。

拿 AWS Lambda 架构来说，每月前100万次免费，之后每100万次访问0.20美元，大约1块3毛人民币，非常便宜。

除了亚马逊，其他例如 Google Cloud Functions、Microsoft Azure Functions、IBM Open Whisk 都提供 Serverless 架构的服务。

当然， 这种设计也会使得用户对平台的依赖度大大增加，你调用的函数都是平台特有的，如果转到其他平台上，很难保证程序同样运转。

虽然现在也有一些解决兼容问题的思路，但从趋势的角度看，很可能未来平台的市场集中度会继续增加，甚至出现赢家通吃的局面，而现有的平台之间的竞争将会更加激烈。

四、5G 高速网络的到来

云计算的逻辑，就是把企业的服务器都放在云端，那么当主要服务都集中到几大云服务商的数据中心，无论是计算，还是数据，都从本地移到了云端，那么网络就成为限制的最大瓶颈。

这个大家都有体会，无论是你在线看超高清视频时的卡顿，还是双11购物节几亿人网购时的网络压力。可以说， 云计算未来最主要的挑战就是网络速度。 而以 5G 为代表的高速网络对未来云服务是重大利好。

下面来看看高速网络的发展现状，按照网络的使用目的，主要分两类：

第一类，数据中心内部的高速通信网络。

当前的数据中心还主要以 1G 到 10G 带宽网络为主，正在向 40G 到 100G 的网络前进，而最先进的网络设备制造商已经实现了 200G 到 400G 的超高速网络。

比如，以色列 Mellanox 网络公司，能做到 400G 网速，这是目前的最高速度。

这是什么概念呢？

网速每秒钟 400Gbits，相当于 50Gbytes，就是说，拷贝50个高清电影只需要1秒的时间。

目前世界上最快的500台超级计算机中，接近40%的系统都使用了这家公司的高速 Infiniband 网络和高速以太网技术。

近年来随着云计算的迅猛发展，不远的未来，上百 G 高速网络将成为常态。

另一个做低延迟网络起家的美国网络公司 Arista，提供高可用，指网络设备失效率低；低延迟，指网络设备反应速度极快；自修复，指网络和设备能够自己检测问题，并能自动采取修复措施的智能网络设备。

毕竟在云计算时代，数据中心有庞大的网络连接，一个网络设备的失效可能会影响上千台服务器。所以， 智能化、自动化的网络管理，系统自动检测和修复功能就显得非常重要，这也是未来云计算平台数据中心的发展方向。

第二类，是用户终端，就是指用户连接云端的速度。

其中最引入关注的是 5G 通讯技术的发展。5G 就是第五代移动通信网络，是在目前 4G 成熟的基础上，下一代高性能的手机网络。到时，网络传输速度可以达到 10G，并支持数万用户大规模同时连接，在覆盖率和响应速度上远胜于 4G。

目前中国在 5G 技术上是领先的，据悉国内 5G 芯片和网络设备已经准备就绪，三大运营商将集中在今年下半年到明年开始试点。华为的 5G 手机也计划会在明年推出。

5G 的发展，不仅能提高网速，更重要的是，创造了新应用的无限可能性。配合云端的高速网络传输，将构建全新的用户体验。

其中最让人期待的是虚拟现实 VR 应用的普及。有了高速网络的支持，虚拟现实场景的图形渲染和建模可以在云端完成，并实时传送给用户，这样就可以降低对 VR 和 AR 设备本身计算能力的要求，云端 VR 产品将有可能快速普及，相应的 VR 应用开发将迎来大爆发。

课程小结

这一讲，我介绍了云计算的三个主要问题，以及对应的发展趋势和机会，希望你掌握以下三点：

第一，云计算的发展的初衷与方向就是提供像水、电、煤气一样，随时可用的基础服务。而硬件计算资源融合和“软件定义基础架构”是实现的可行途径，能真正把人从艰巨的运维工作中解脱出来。大量计算、存储和网络工程师可以多投入其他更具创造力的应用开发中。

第二，Serverless 架构是用轻量级的微服务替代服务器，用细小的程序单元供开发者调用，不仅能把云平台的计算资源利用效率从目前的5%到15%提高到80%以上。从用户角度看，还能大幅度节省成本，这有助于初创企业降低 IT 基础设备投入和计算机人力成本。但会增加企业对平台的依赖程度，未来平台有可能会出现赢家通吃的局面。

第三，云计算发展的瓶颈在于网络速度，而高速智能化的网络正是未来趋势。无论是云端的上百 G 高速智能网络，还是 5G 引领的用户端与云端的高速连接。它们会创造出很多使用云服务的新方式，比如 VR/AR 应用的大爆发，专注 VR/AR 应用开发领域的公司，将迎来一个发展的大好时机。

（编辑：应用网_阳江站长网）

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