Облачные вычисления глазами исследователей из Беркли

написать впереди

10 лет назад (2009 г.) Калифорнийский университет в Беркли опубликовал статью об облачных вычислениях 10 февраля, которая все еще поучительна спустя 10 лет.

Cloud Computing is likely to have the same impact on software that foundries have had on the hardware industry.

Облачные вычисления для программного обеспечения — то же самое, что литейные заводы для индустрии аппаратного обеспечения.

1. Почему будущее за облачными вычислениями?

Что такое облачные вычисления?

Облачные вычисления относятся не только к прикладным программам, предоставляющим услуги через Интернет, так называемому программному обеспечению как услуге (SaaS), но также к аппаратному и системному программному обеспечению центра обработки данных, который предоставляет эти услуги, так называемому облачному сервису. (Облако):

Cloud Computing refers to both the applications delivered as services over the Internet and the hardware and systems software in the datacenters that provide those services.

Когда облако предоставляется с оплатой по мере использования для общественности, оно называется общедоступным облаком и предоставляет сервисные вычислительные услуги. Соответственно, центр обработки данных внутри предприятия/организации, который не может использоваться публично, называется частным облаком (Private Cloud).

P.S.Коммунальные вычисленияэто модель предоставления услуг, при которой поставщики услуг предоставляют вычислительные ресурсы и управление инфраструктурой клиентам по запросу и оплачивают их по факту использования, а не по фиксированной ставке.

В соответствии с ролью пользователя отношение выглядит следующим образом:

P.S. Конечно, поставщики SaaS также могут быть пользователями SaaS.

Изменения, вызванные облачными вычислениями

Ключевое преимущество облачных вычислений — эластичность ресурсов., 1000 серверов на 1 час стоят не дороже 1 сервера на 1000 часов, такая эластичность ресурсов беспрецедентна:

Moreover, companies with large batch-oriented tasks can get results as quickly as their programs can scale, since using 1000 servers for one hour costs no more than using one server for 1000 hours. This elasticity of resources, without paying a premium for large scale, is unprecedented in the history of IT.

Облачные вычисления также позволяют поставщикам приложений развертывать свои продукты как SaaS, не имея собственных центров обработки данных.Подобно тому, как появление литейных заводов по производству полупроводников дало производителям чипов возможность разрабатывать и продавать чипы без фабрики.:

Подобно тому, как появление литейных заводов по производству полупроводников дало производителям микросхем возможность разрабатывать и продавать микросхемы, не владея фабрикой, облачные вычисления позволяют развертывать SaaS — и масштабировать по требованию — без создания или выделения центра обработки данных.

Подобно тому, как SaaS позволяет пользователям переложить некоторые свои проблемы на поставщика услуг SaaS, облачные вычисления позволяют поставщику услуг SaaS переложить некоторые проблемы на поставщика облачных услуг:

Analogously to how SaaS allows the user to offload some problems to the SaaS provider, the SaaS provider can now offload some of his problems to the Cloud Computing provider.

С другой стороны, с точки зрения аппаратного обеспечения, изменения, вызванные облачными вычислениями, таковы:

• Может предоставлять неограниченные вычислительные ресурсы по запросу

• Пользователям облака не нужно оценивать ресурсы

• Краткосрочные вычислительные ресурсы, поддерживающие оплату по мере использования

Таким образом, компании могут начать с небольших инвестиций и увеличивать аппаратные ресурсы, когда они действительно необходимы, тем самым улучшая использование ресурсов.В то же время метод доступа/выпуска по требованию также способствует экономии ресурсов.

2. Почему 2009?

Ключевым фактором облачных вычислений является строительство и эксплуатация крупномасштабных коммерческих компьютерных центров обработки данных в районах с низкими затратами на электроэнергию, пропускную способность сети, операции и программное обеспечение.экономия на масштабе:

We argue that the construction and operation of extremely large-scale, commodity-computer datacenters at lowcost locations was the key necessary enabler of Cloud Computing, for they uncovered the factors of 5 to 7 decrease in cost of electricity, network bandwidth, operations, software, and hardware available at these very large economies of scale.

На самом деле, после бурного роста веб-сервисов в начале 2000-х, к 2009 году некоторые гигантские интернет-компании уже имели достаточно большие центры обработки данных, такие как Amazon, eBay, Google, Microsoft и т. д.:

Строительство, обеспечение и запуск такого объекта — это предприятие стоимостью в сто миллионов долларов, однако из-за феноменального роста веб-сервисов в начале 2000-х годов многие крупные интернет-компании, включая Amazon, eBay, Google, Microsoft и другие, оказались в тупике. уже так делаю.

В то же время эти предприятия также должны создавать масштабируемую программную инфраструктуру (такую ​​как MapReduce, Google File System, BigTable, Dynamo и т. д.), а также профессиональные механизмы защиты операций и безопасности.

В дополнение к аппаратной и программной инфраструктуре, необходимой для работы крупных коммерческих центров обработки данных, ключевыми движущими силами также являются новые технологические тенденции и бизнес-модели. С другой стороны, как только начнутся облачные вычисления, будут обнаружены новые возможности приложений и моделей использования, что также может способствовать развитию облачных вычислений.

Новые технологические тренды и бизнес-модели

Появление Web 2.0 означает отказ от высокодоходных, высокодоходных и высокооплачиваемых услуг.Минимум прикосновений, низкая маржа, самообслуживание с минимальными обязательствами. Например:

• Появление PayPal позволяет физическим лицам получать платежи с помощью кредитной карты без контрактов и долгосрочных обязательств, с небольшой комиссией за транзакцию с оплатой по мере использования.

• Amazon CloudFront позволяет отдельным пользователям публиковать веб-контент без связи с сетью распространения контента.

• Google AdSense позволяет отдельным веб-страницам получать доход от рекламы без необходимости установления отношений с рекламными компаниями.

P.S.высокое прикосновениеОтносится к процессу обслуживания, требующему большего человеческого контакта, чем через торговые автоматы, стойки самообслуживания и т. д.

С технологической точки зрения появление виртуальных машин позволяет клиентам выбирать стеки программных ресурсов, совместно использовать оборудование для снижения затрат, не мешая друг другу.

новые возможности применения

Облачные вычисления — очень хорошая возможность для следующих типов приложений:

• Мобильные интерактивные приложения: требования к высокой доступности и зависимость больших наборов данных от крупных центров обработки данных

• Параллельная пакетная обработка: вычислительные ресурсы, необходимые для пакетной обработки больших данных и аналитической работы.

• Рост аналитики: бизнес-аналитика (например, понимание клиентов, цепочек поставок, покупательских привычек, рейтингов и т. д.) также требует значительных вычислительных ресурсов.

• Масштабирование настольных приложений с интенсивными вычислениями: математическое программное обеспечение, такое как Matlab, также зависит от вычислительных ресурсов.

Кроме того, для некоторых «привязанных к земле» приложений, которые временно «не могут перейти в облако» из-за таких факторов, как затраты и задержки на миграцию данных, они могут получить эластичность и параллелизм в облаке после затрат и задержек на глобальную передачу данных. уменьшаются преимущества

3. Коммунальные вычисления

Различные продукты служебных вычислений можно различать в зависимости от уровня абстракции и управления ресурсами, предоставляемого разработчикам:

Our view is that different utility computing offerings will be distinguished based on the level of abstraction presented to the programmer and the level of management of the resources.

Например, несколько облачных продуктов того времени в той или иной степени виртуализировали вычислительные ресурсы, хранилища и сетевые ресурсы:

• Amazon EC2: Предоставляет облачные виртуальные машины, такие как физическое оборудование, пользователи могут контролировать весь стек ресурсов.

• Google AppEngine: предоставляет ориентированную на приложения среду выполнения.

• Microsoft Azure: предоставляет среду выполнения .NET где-то посередине

Однако с точки зрения облачных провайдеров и пользователей облачных вычислений эти служебные вычислительные продукты представляют собой просто компромисс между простотой использования для разработчиков, гибкостью и переносимостью, каждый со своими собственными сценариями применения.

4. Экономика облачных вычислений

Усовершенствованная экономическая модель, обеспечиваемая облачными вычислениями, делает компромиссные решения более гибкими, особенно с учетом того, что эластичность, обеспечиваемая облаком, может передавать риски:

We argue that the finegrained economic models enabled by Cloud Computing make tradeoff decisions more fluid, and in particular the elasticity offered by clouds serves to transfer risk.

Как правило, есть два сценария, в которых служебные вычисления превосходят частное облако:

• Потребность в услуге может меняться со временем. Например, чтобы справиться с пиковым спросом.

• Требования заранее неизвестны. Например, продукт внезапно становится популярным или большое количество пользователей внезапно уходит.

В первом сценарии с точки зрения затрат и выгод должно быть следующее неравенство:

UserHours of cloud × (revenue − Cost of cloud) ≥ UserHours of datacenter × (revenue − Cost of datacenter / Utilization)

То есть сравните ожидаемую прибыль от использования облачных вычислений с ожидаемой прибылью от использования центра обработки данных при рассмотрении среднего использования:

用户小时数 * (小时收入 - 云服务成本) >= 用户小时数 * (小时收入 - 数据中心成本 / 利用率)

P.S. Если коэффициент использования равен 100%, обе стороны равны. Даже если это возможно, услуга в настоящее время недоступна, поскольку доступная емкость в центре обработки данных обычно составляет от 0,6 до 0,8.

Например, если службе требуется 500 серверов в дневное время пиковой нагрузки, а ночью требуется только 100 машин, то среднее ежедневное использование составляет 300 машин, а время использования составляет300 * 24 = 7200Час. Однако, чтобы справиться с пиковым спросом, необходимо платить500 * 24 = 12000Стоимость времени обслуживания примерно в 1,7 раза превышает фактическую потребность. Затем, если стоимость использования облачного сервиса в течение 3 лет (при условии амортизации за 3 года) меньше, чем в 1,7 раза превышает стоимость покупки сервера, вы можете сэкономить деньги за счет расчетов за коммунальные услуги.

На практике загрузка серверов в центре обработки данных обычно составляет от 5 до 20 %, поскольку пиковые нагрузки часто в 2–10 раз превышают средние значения, и единственный способ справиться с пиковыми нагрузками — заранее выделить ресурсы. ноНе все пики спроса можно предсказать заранее, такие как всплеск спроса, вызванный новостными событиями, эластичность ресурсов, обеспечиваемая облачными вычислениями, особенно важна в это время.

В дополнение к факторам стоимости, возможность передачи риска также является важной ценностью экономической модели облачных вычислений. Как только пик спроса превысит пропускную способность, это приведет к экономическим потерям, как показано на следующем рисунке:

Мало того, что некоторые пользователи потеряют потенциальный доход, некоторые пользователи уйдут навсегда из-за проблем с опытом.

С помощью облачных вычислений можно избежать и других финансовых рисков, таких как:

• Сокращение из-за непредвиденных причин, таких как замедление бизнеса, амортизационные потери от обработки избыточных серверов

• Увеличение стоимости замены программного и аппаратного обеспечения

Модель краткосрочной аренды с оплатой по мере использования может снизить стоимость использования облачных пользователей, а поставщики облачных услуг с высокой покупательной способностью также могут в полной мере использовать эффект масштаба для достижения прибыльности. Для пользователей облачных вычислений изменения в стоимости ресурсов могут быстро ощущаться с точки зрения цен, например, немедленная экономия за счет снижения стоимости оборудования.

5. 10 препятствий и возможностей облачных вычислений

препятствовать	Шанс
Доступность услуги	Используйте несколько облачных провайдеров и повышайте устойчивость к DDOS.
Блокировка данных	Стандартизированный API, совместимое программное обеспечение поддерживает Surge Computing
Конфиденциальность данных и возможность аудита	Разверните шифрование, виртуальные локальные сети, брандмауэры и т. д., географическое хранилище данных
Узкие места при передаче данных	Диски FedExing, резервное копирование/архивирование данных, коммутаторы с большей пропускной способностью
Непредсказуемость производительности	Оптимизированная поддержка виртуальных машин, флэш-память, параллельное планирование виртуальных машин
Масштабируемое хранилище	Изобретение масштабируемого хранилища
Ошибки в больших распределенных системах	Изобретение отладчика для распределенных виртуальных машин
Быстрое масштабирование	Изобретите механизм автоматического масштабирования на основе машинного обучения и установите защиту моментальных снимков.
Разделение судьбы репутации	Предоставляйте гарантии репутации, такие как электронная почта
Лицензирование программного обеспечения	Используйте платные лицензии, продавайте оптом

PS Первые три — технические препятствия для внедрения облачных вычислений, средние пять — технические препятствия для развития облачных вычислений, последние два — политические и деловые препятствия для внедрения облачных вычислений, а соответствующие возможности справа — ожидаемые решения

6. Видение

The long dreamed vision of computing as a utility is finally emerging.

Наступила эра облачных вычислений

Ожидается, что поставщики облачных услуг смогут продавать принадлежащие им вычислительные ресурсы по модели оплаты по мере использования и получать прибыль за счет повторного использования ресурсов. Пользователи облачных сред могут сэкономить на высоких затратах на настройку собственных центров обработки данных, освободив себя от риска предоставления ресурсов.

В то же время разработчики должны сосредоточиться на горизонтальном масштабировании виртуальных машин для поддержки развертывания в облачных средах, а именно:

• Прикладное программное обеспечение: необходимо поддерживать вертикальное расширение, включая увеличение/уменьшение ресурсов, таких как ЦП и память, а также модель платного лицензирования.

• Инфраструктурное программное обеспечение: должно поддерживать работу на виртуальных машинах и иметь встроенный биллинг.

• Аппаратная система: она должна быть спроектирована в масштабе контейнера, который будет минимальным размером покупки, а эксплуатационные расходы должны соответствовать производительности и стоимости покупки, а также учитывать энергосбережение, позволяющее бездействующим ресурсам переходить в режим пониженного энергопотребления. . Процессоры должны хорошо работать с виртуальными машинами, флэш-память должна быть добавлена ​​в иерархию памяти, коммутаторы LAN и маршрутизаторы WAN должны увеличить пропускную способность и стоимость.

7. Вдохновение

С точки зрения ресурсов изменения, вызванные облачными вычислениями, в основном заключаются вСнижение затрат на использование ресурсов и улучшение использования ресурсов

Благодаря экономии за счет масштаба централизованно управляемые вычислительные ресурсы дешевле покупать и эксплуатировать, а аппаратное обеспечение можно совместно использовать и повторно использовать с помощью технологии виртуализации, что еще больше снижает затраты на использование ресурсов.

Улучшение использования ресурсов отражается на четырех уровнях:

• Уровень машины: Возможность арендовать и быстро освободить. Количество удерживаемых машин близко к количеству машин, требуемому приложением.

• Уровень ресурсов: различные типы ресурсов доступны по запросу и не привязаны к аппаратным возможностям физических машин. Арендованные ресурсы соответствуют реальным потребностям приложения

• Уровень нагрузки: технология виртуализации позволяет совместно использовать аппаратные ресурсы и в полной мере использовать многоядерные функции ЦП. Оборудование горит, крутится как сумасшедшее

• Уровень периода аренды. Эластичность ресурсов, обеспечиваемая моделью краткосрочной аренды с оплатой по мере использования, изменила ситуацию с низким уровнем использования ресурсов в непиковые часы. Гибкое развертывание без платы за время простоя

использованная литература

• Above the Clouds: A Berkeley View of Cloud Computing

• Scalability

Хорошо иметь что-то и быть сбитым с толку

Подпишитесь на общедоступную учетную запись WeChat «Front-end and Backward», и вы получите ряд «использованияСердцеОригинальные» высококачественные технические статьи по темам, включая, помимо прочего, интерфейс, Node.js и серверные технологии.

Эта статья была впервые опубликована вayqy.net, оригинальная ссылкаwww.ayqy.net/blog/ Беркли Стипендиаты…