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带你读《弹性计算—无处不在的算力》第一章:开篇 1.2:弹性计算的价值

简介: 《弹性计算—无处不在的算力》第一章:开篇 1.2:弹性计算的价值
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1.2 弹性计算的价值

弹性计算到底解决了什么问题,或者说,它的价值在哪里?一言以蔽之,弹性计算就是要把计算力变成普惠的公共资源,让个人、企业、政府和各种机构——无论体量大小,无论何时何地都能够以亲民的价格享受高可用、高安全、高性能、大容量、高效率的基础IT 计算服务。这种对IT 资源消费门槛的革命性降低,对整个社会的运作效率、运行成本和创新能力的影响都是极其深远的。


以前需要经过冗长的采购过程、花费数十万元甚至上千万元的高端服务器,现在每月花几百元至几千元,坐在家里等几十秒就可以用起来了,试想这对于那些初创企业意味着什么?而这只是弹性计算带来的价值的一个小小缩影。下面就让我们细数一下弹性计算带来的价值。


1.2.1 高可用和高可靠

应用的高可用对于用户的意义不言而喻,没有人想要一台经常宕机的服务器,也没有人想让自己的应用常常不可用。数据的高可靠则更加至关重要,数据丢失了,损失不可估量,有时候对于用户的业务是致命的。弹性计算的高可用和高可靠,可以从产品侧和用户侧来解读。


在产品侧,主流云服务提供商都承诺了云服务器的可用性。SLA 单机可用性达到99.975%、跨可用区(Availability Zone,AZ)的多机可用性则达到99.995%。99.975% 意味着一年365 天只有2.19 个小时不可用!这就是弹性计算的担当。阿里云为了实现稳定性世界第一和“永不停机的弹性计算”,做了大量的技术投资和创 新,如:8 



  • 高可用的数据中心电力供应:独立双路市电引入、UPS 热备,以及随时待命的柴油发电机,当出现故障时能在一分钟内自动拉起。
  • 高可用网络架构:数据中心三路出口光纤,内部双冗余网络架构。
  • 百万级服务器智能运维能力:大数据+ 机器学习+ 智能运维闭环体系。


阿里云提供的“云盘”形态的块存储产品,采用分布式三副本机制,实现了99.9999999% 的数据可靠性。


在用户侧,弹性计算为用户提供了包括部署集、自动恢复、多Region 多AZ 部署、块存储的快照等能力,让用户可以构建高可用性和高可靠性的应用。

  • 部署集确保这些云服务器分布在不同的物理服务器甚至机柜上,以规避单台物理服务器的故障带来的影响。
  • 自动恢复能力则在探知某台云服务器发生宕机时,将其迁移到另一台物理服务器上重新拉起。
  • 多Region 多AZ 部署则为应用提供了终极可用性。Region 即地域,是指一个独立的地理区域,例如截至2019 年9 月,阿里云有华东1(杭州)、华东2(上海)、华南1(深圳)、华北1(青岛)、华北2(北京)、西南1(成都)、中国香港等10 个中国地域,以及亚太东南1(新加坡)、亚太东南2(悉尼)、亚太南部1(孟买)、亚太东北1(东京)、美国东部1(弗吉尼亚比奇)、美国西部1(硅谷)、欧洲中部1(法兰克福)等12 个国际地域。这些地域都部署了弹性计算产品,电力、网络等设施完全独立,并且因为距离相隔远,即使发生地震、台风等天灾,也不会同时都出现问题。而同一个地域又由多个可用区组成。每个可用区也相互独立,包含一个或多个数据中心。同一个地域内的可用区之间使用低时延网络链路相连。地域和可用区的关系如图1-1 所示。用户如果想拥有极致的高容灾能力,则可以在同一个区域的多个可用区,甚至多个地域购买云服务器,再把应用部署在这些高度分布的云服务器上,规避单个可用区或单个地域的大型故障。
  • 块存储的快照是其在某一时间点的数据状态文件,可以用作数据备份,在需要时从快照中还原历史数据。快照可以跨可用区多备份存储,提供更高的可靠性保障。

image.png

1-1  地域与可用区的关系


综上可见,公共云上的弹性计算能提供的可用性和可靠性是线下物理服务器望尘莫及的。根据阿里云的测算,阿里云弹性计算提供的云服务器的宕机率仅为线下物理服务器的五分之一以下。


1.2.2 更安全

一直以来,很多用户对云计算的安全最为担心,但事实上,靠谱的云服务提供商提供的云服务器比用户自己的服务器更安全。


用户的担心通常有以下几点: 

  • 云服务提供商及其系统、人员会不会偷窥我的应用的信息。
  • 由于与其他用户共享了一些物理设备,这些“邻居”会不会盗取我的秘密。
  • 黑客们是不是更容易攻击我的云服务器。


如果将弹性计算提供的服务比喻为银行提供的存款服务,那么就很容易解释为什么这些担心都是可以消除的。时至今日,几乎没有人会把大把的现金存放在自己家里了,而是存到了银行里。银行是如何赢得用户信任的呢? 


对于第一个担心,为了防止员工监守自盗,银行有非常完善的资金管理体系。任何操作都需要认证和授权,任何交易都有记录,确保可追踪、可审计;现金放在保险柜里,密码或者钥匙掌握在极少数员工手里,当进行重大的操作时通常还需要多人在场,等等。弹性计算与之类似,云服务提供商通常都有一套严格的线上操作管理体系,这些流程、制度和工具自动化的支撑使得云服务提供商能约束自己的员工不越界。当然,云服务提供商自己来声明可能信服力不够,所以很多云服务提供商都通过第三方认证来证明自己是达到合规标准的,这些认证包括MTCS Level3、ISO 20000、ISO 27001、ISO 22301、TRUSTe、Trusted Cloud、CSA STAR Gold 和国家等保四级等。除此之外,弹性计算还提供多种独特的技术手段来进一步保障用户的隐私,例如,允许用户加密自己的块存储里的数据、使用SGX 加密计算、使用TPM 等设备确保可信(系统不能被篡改)的启动过程,等等。


对于第二个担心,银行为每个用户设立了独立的账号,账号之间完全独立,这些账号中的资金是互相“隔离”的。弹性计算采用的虚拟机、虚拟网络和存储隔离等技术,从系统设计的源头确保各个用户的“世界”是严格隔离的。再加上给用户提供的加密手段,相当于又上了一道保险——这意味着即便“邻居”看到了物理设备上的裸数据,但如果没有主人的密钥,也无法获得真实的数据。最后,对于部分确实有物理隔离需求的用户(例如需要满足法律的合规要求),云服务提供商还提供了类似独立物理分区的产品形态,例如阿里云的专有宿主机、全托管专有云等,让用户独享物理设备,相当于银行为有需要的用户提供专用的保险箱,实现更高程度的隔离。


对于第三个担心,银行金库的安保级别明显是高于个人和企业的金库的,让小偷或者强盗得逞的可能性小很多。对于弹性计算,更加专业的数据中心、更加专业的安全流程、更加专业的安全技术人员和更加专业的安全工具,合在一起达到的安全水准通常要比绝大部分用户自己管理数据中心和服务器高得多。再加上提供给云服务器的各种配套的安全加固功能,例如阿里云提供的DDoS 高防IP 服务,具备防勒索、防病毒、防篡改、合规检查等能力,更是让云服务器的安全锦上添花。


总之,作为用户上云的首要前提,安全是云服务提供商必须要满足的承诺。从结果上看,云服务器通常比大多数用户自建的服务器更安全。


1.2.3 高性能

弹性计算由于广泛采用虚拟化等技术,本身有一定的资源开销,所以以前的云服务器常被人们诟病比物理服务器性能差一些。时至今日,弹性计算的底层技术不断更新换代,不仅其性能突飞猛进,更重要的是,弹性计算为用户提供了各种高性能计算产品的选项,让高性能变得更加平民化。


在计算指标上,最新的软硬一体的虚拟化技术让其开销接近于零。像阿里云提供的“神龙弹性裸金属”这样的新生代产品,与物理服务器的计算性能相比,基本已经没有差别了。


在存储指标上,使用分布式存储架构的“云盘”块存储产品,其吞吐量和每秒可处理的读写操作数轻松碾压本地SATA 硬盘,与本地NVMe SSD 盘相比也毫不逊色。当然,云盘的时延通常要比物理服务器的本地盘大;但是云服务器也提供了本地盘的选项,对于追求极低时延的存储场景,完全可以选用带本地盘的云服务器。


在网络方面,高规格的云服务器可以提供超过25Gbit/s 的带宽,每秒收发包能力达到几百万PPS,甚至上千万。有些云服务提供商还提供了超低延迟的网络选项,例如阿里云的超级计算集群SCC 产品,就支持超高性能的RDMA 协议。此外,由于云服务提供商通常有自己的骨干网并且购买了超大带宽接入多路电信运营商的骨干网, 其可用区之间的互联、接入Internet 的带宽和时延都是一流的。


然而,这种指标上简单的比拼并不能反映弹性计算“高性能”真正的价值,因为弹性计算更大的意义在于让公众获得高性能计算力的门槛变得前所未有的低。主流云服务提供商每年都紧跟业界最新的硬件产品,例如Intel 最新的CPU 很快就被搭载在云服务器产品中;存储设备、网络设备每年都升级换代。同时,云服务提供商还提供了各种场景化的高性能计算产品,例如GPU、FPGA,甚至能运行大型超算任务的云超算产品。用户如果自购这些层出不穷、不断翻新的硬件,那么投资将是巨大的。


可以说,弹性计算让高性能触手可及。


1.2.4 大弹性

从广义上讲,弹性让IT 能力能轻松跟上用户的业务发展;从狭义上讲,弹性则带给用户无与伦比的灵活性。


广义弹性的价值,意味着“无限索取”的供给能力。IT 计算力已经成为很多业务的支撑性能力。当业务迅猛发展时,如果计算力跟不上,那么业务必然会受到严重的制约。但是计算力的建设并不是一蹴而就的,从地、电、水到机房建造,从数据中心网络铺设到Internet 接入,从服务器选型、定制、采购到部署、上线和运维,从单机房、多机房到跨地域甚至跨大洲,安全性、稳定性、容灾、备份,以及优秀人才的招聘、培训和保有,等等,无一不是耗时、耗力、耗财的事项。而弹性计算的出现, 则让计算力的获取变得简单而从容。图1-2 展示了某云平台用户随着业务的极速扩张所购买的计算力的增长曲线,短短15 个月,计算力需求从零爆发式增长到了数百万核。弹性计算充裕的计算力供给,让用户业务的发展如虎添翼。

image.png

1-2  某云平台用户计算力需求从零迅猛增长到数百万vCPU12 


狭义弹性的价值,即灵活性。灵活的弹性是多维度的,涵盖了空间、时间、大小和数量。


空间上,弹性计算的多地域多可用区的部署,让用户可以灵活选择其云服务器所在的位置。例如,可以根据其所服务的客户群体所在的国家、省份或城市来就近选择可用区,加快客户的访问速度。

时间上,弹性计算全年7×24 小时无休,随时可以购买;同时提供了各种灵活的购买选项,灵活的按量付费方式让用户随时可以释放购买的云服务器。

大小上,弹性计算提供了小到0.1 个、1 个vCPU(虚拟CPU),大到100 个以上vCPU 的云服务器规格。更重要的是,用户可以灵活地对云服务器进行升配、降配, 即实现所谓的垂直伸缩(Vertical Scaling)。

数量上,弹性计算允许用户根据需要动态地增加或者减少云服务器的数量。这种水平伸缩(Horizontal Scaling)能力非常适合应对短时间的业务高峰,使得用户无须长期维持一个超出日常容量需求的服务器资源池来支持只有几个小时甚至几分钟的高峰期。从图1-3 中可以看到,某云平台用户临时增加了一倍的云服务器容量,来应对春节期间的突发流量。


为了让用户更加方便地享受弹性带来的灵活性,弹性计算还提供了一系列工具帮助用户自动进行容量管理,如阿里云提供的弹性伸缩服务(Auto-Scaling Service)、弹性供应(Auto-Provisioning)等。

image.png

1-3  某云平台用户春节期间的计算力需求


不难看出,“弹性”绝对是弹性计算的独门绝技,而其背后的终极秘密其实很简单:一个海量用户共享的巨型资源池。共享模式和巨型规模,是单个用户自建IT 基础设施所无法做到的。


1.2.5 高效率

弹性计算实现了IT 基础资源的供给、管理和运维效率的巨大提升。这种效率的提升,一方面节省了人力和金钱,另一方面关键是节省了时间——而时间对于业务的敏捷性至关重要。


首先是计算力的供给效率。以前用户采购服务器的周期至少以周计,甚至以月计;现在用弹性计算购买云服务器是以分钟计,甚至以秒计,真正做到了“呼之即来”。以前想要更改服务器的配置或者进行更新换代,那必是一场持久战;现在用云服务器,只需在控制台进行变配或升级操作,几分钟即可完成。如果只是加个块存储设备或者网卡,则连重启都省了!

 

其次是计算力的管理和运维效率。以前用户需要自己安装很多管理工具;现在弹性计算配套的Web 控制台、开放Open API、SDK 等一应俱全,部署、监控、运维等自动化工具唾手可得,几乎所有管理和运维动作都可以用代码驱动。而且,以前极其耗费人力的服务器和网络维护、维修等工作也都消失了,这些对于人效的提升,显而易见。


如果使用“无服务器”的容器服务或者函数计算,那么用户需要承担的任务就更少了,资源购买和配置、服务器操作系统维护和升级、容量管理等大量工作都不再需要了。


弹性计算带来的高效率,是革命性的。


1.2.6 省成本

如今IT 已成为各行各业的支柱,所需的开销也越来越大。而弹性计算能全方位降低计算力成本。


首先, 弹性计算提供的计算力租赁模式让IT 支出从资本性支出(Capital Expense)变成了运营性支出(Operation Expense)。用户无须再按业务高峰期的容量, 一次性支付大量资金来购买“过量”的IT 设备,而是可以根据每天甚至每小时的实际情况租赁云服务器,按需进行灵活的弹性伸缩,计费周期精确到秒,大大减少了资源闲置造成的成本浪费。


其次,弹性计算可以带来IT 效率的极大提升,也就意味着大大降低了IT 相关的人力成本。


再次,弹性计算还解决了一个很大的隐性成本,即风险成本。数据中心特别是跨数据中心的高可用、容灾、高性能等设计,最新服务器的选型、适配研发,大规模集群的运维,安全防护,无一不是具有高度技术挑战的工作。如果技术决策失误,用户要承担的投资浪费和业务损失将难以估量。而有实力的云服务提供商通过大量的技术投入、广泛大规模的实践和经验积累,可以规避很多技术风险,带给用户真正经过实践检验的产品。阿里巴巴集团内的所有业务,如淘宝、支付宝、菜鸟物流、优酷、饿了么,等等,本身就是阿里云弹性计算的大规模使用者,他们各种类似双11 的极端场景对云计算的历练是无价的,是任何测试都无法替代的。


最后,云服务提供商的规模效益和技术红利也降低了单位计算力的成本,从而可以为用户提供更优惠的价格。弹性计算是典型的规模经济型(Economy of Scale)业务。通过集约化的服务器和关键部件采购、大规模数据中心和网络的建设及运营、统一专业化的集群运维等,云服务提供商不仅能拿到更低的设备采购价格,而且运营成本更低。同时,尖端的研发投入带来的性能优化、利用率提升等技术红利,可以让单位成本进一步降低。


弹性计算不仅节省了很多看得见的成本,更节省了一些看不见的成本。

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