7、如何选择云服务：构建云计算成本模型

如何选择云服务：构建云计算成本模型

1. 云服务选择的重要性与挑战

云服务种类繁多，各有优劣，对于潜在的云服务消费者而言，挑选合适的云计算服务颇具挑战。以部署一个包含大量地理空间数据和众多处理功能的地球科学 Web 门户为例，消费者可能会面临以下问题：
- 应选择哪种云服务来托管应用程序？
- 哪种虚拟机（VM）配置既能支持应用程序，又具有成本效益？
- 哪种云存储类型最适合存储地理空间数据？
- 根据潜在用户的分布，这些计算资源的最佳物理位置在哪里？
- 消费者每天、每月和每年需要为其应用程序支付多少费用？

云服务选择的复杂性和挑战还源于以下几个方面：
- 应用程序特性不同 ：不同的应用程序特性（如数据量、数据传输速度、数据通信和访问频率以及计算强度）可能对计算资源（如 CPU、内存、存储、网络和带宽）有不同的要求。
- 经济角度差异 ：从经济角度看，应用程序差异很大。例如，一些 Web 应用程序是为公众访问而开发的，而一些则仅用于实验或为小群体服务。这些差异显著反映在不同的预算投资（费用限制）和对云服务的期望上。
- 云服务技术差异 ：商业和开源云服务采用不同的 IT 技术（如虚拟化和存储），在计算能力方面各有优缺点。
- 定价模型多样 ：各种定价模型（如按需/预留/竞价模式）使选择更加复杂。

这些因素相互交织，使得云服务选择既耗时又具有挑战性。这不仅是一个技术问题，也是一个管理挑战，涉及业务期望、投资、容量供应和应用程序需求之间的权衡。因此，对于没有云计算经验或知识的新手，甚至是经验丰富的云服务消费者来说，做出优化选择都并非易事。

2. 影响云服务选择的因素

为了做出明智的决策，云服务消费者应了解云服务的衡量标准。影响云服务选择的因素主要分为三类：云服务容量供应、定价规则和应用程序需求。

2.1 云服务容量供应及衡量指标

容量供应是评估云服务的重要因素，其衡量标准包括：
|衡量指标|具体内容|
| ---- | ---- |
|计算能力|包括计算能力（如 CPU/GPU 核心数量和速度、内存大小和 VM 数量）、存储能力（如容量、I/O 速度、耐久性和类型）以及网络能力（带宽和网络类型）。|
|IT 安全和隐私|云服务消费者非常关注 IT 安全和隐私问题。可以通过检查云服务提供商是否符合安全相关认证（如 PCI 或 SAS 70）、行业和政府法规以及是否经过第三方审计来衡量其保护和保障安全与隐私的能力。|
|可靠性和可信度|可靠性描述了消费者能够获得可用云服务的确定性。了解可用的服务级别协议（SLA）以及这些承诺协议的履行情况很重要。此外，可信度描述了提供商的基础设施特征，可能是高可靠性的证据，包括灾难恢复服务和冗余站点。|
|定制程度和灵活性/可扩展性|按需自助服务和快速弹性功能依赖于灵活性和定制能力。定制程度指的是根据云服务消费者的需求定制云服务配置的能力，可以通过可用的配置类型数量（如 VM 类型）来衡量。一些提供商甚至提供完全可定制的 VM。除了硬件配置，软件配置（如支持的操作系统类型和版本）也是重要的衡量指标。对于地理空间应用程序，动态更改计算容量供应的能力（即可扩展性）至关重要，通常考虑两种类型的可扩展性：纵向扩展和横向扩展。纵向扩展指的是通过添加更多内存、额外的 CPU 或更多存储空间来升级单个 VM 实例的能力；横向扩展指的是为密集任务和并发请求快速配置新的 VM 实例的能力。|
|可管理性、可用性和客户服务|协调和监控云服务的治理功能（如 Web 界面的个性化和交互性）是重要的特征。好的云服务应该用户友好，易于导航、使用，并配有全面的监控功能（如性能、使用情况和成本）。客户服务应包括通过电话、电子邮件、在线实时聊天等方式提供的技术支持（知识库和用户论坛）。免费试用也是一个重要的衡量指标，可以帮助消费者在决定购买服务之前自行尝试和测试服务。|
|云基础设施地理位置|云基础设施的地理位置不仅影响计算的可访问性和性能，还反映了一些政策限制。云服务消费者和用户可能都希望云资源更靠近他们的位置，以获得更好的性能和控制。此外，数据提供商可能必须遵守国际、联邦或州法规，禁止在某些物理边界之外存储数据。|

2.2 云平台定价规则

选择符合云服务消费者需求且具有成本效益的云服务需要考虑成本模型，主要包括以下几个方面的成本：
- 使用虚拟机的成本 ：成本由 VM 数量、VM 类型、支付类型、使用强度和租赁时间决定。云服务提供商通常提供多种预定义的 VM 类型或完全可定制的 VM，允许消费者根据应用程序需求进行配置。这些 VM 类型在硬件和软件配置上有所不同，因此提供不同的计算能力并产生不同的租赁成本。常见的支付类型有：
- 按需付费模式 ：消费者按需按小时支付计算容量费用，而非长期承诺。
- 预留模式 ：（如 Windows Azure 的预付费和 CloudSigma 的订阅）允许消费者一次性支付较低费用，预留固定时间段的云资源，从而享受相对于按小时收费模式的大幅折扣。
- 购买单位模式 ：这是一种基于单位的计费模式（如 FlexiScale 和 OpSource）。在这种模式下，云服务消费者购买信用单位，并使用这些单位来支付所消耗的云资源（如 VM、存储、网络和软件映像）。例如，FlexiScale 对具有 4 个 CPU 核心和 6GB RAM 大小的 VM 每小时收取 16 个单位的费用。
- 竞价模式 ：使消费者能够对未使用的容量进行竞价（如 Amazon EC2 的 Spot Instances）。

此外，VM 和网络的使用强度也是一个成本因素。例如，Amazon 对预留实例类型分为轻、中、重三个强度级别，不同强度将收取不同的单位价格。

• 数据传输成本 ：数据传输价格基于数据的进出、地理位置（区域/区域分区）以及数据量。当数据在云服务内外传输或跨区域传输时，会收取互联网数据传输进出费用；当数据在同一云服务提供商的不同区域边界内传输时，会收取区域数据传输费用。例如，位于同一区域内不同可用区的 AWS 实例之间传输数据将收取区域数据传输费用；不同区域的 AWS 实例之间传输数据将在传输双方都收取互联网数据传输费用。
• 数据存储/数据库成本 ：数据存储/数据库费用由数据大小、存储时间和存储类型决定。供应商可能根据不同的应用程序需求和目的提供多种存储类型。例如，Amazon Elastic Block Store（EBS）专为同一可用区内的 Amazon EC2 实例设计；Amazon Simple Storage Service（S3）旨在随时随地存储和检索任何数量的数据。S3 提供标准存储、降低冗余存储（RRS）和 Glacier 存储。标准存储提供高度可靠的存储基础设施，适用于关键任务和主要数据存储（耐久性为 99.999999999%，可用性为 99.99%）；RRS 的可靠性低于标准存储（99.99%），适用于存储可重现的数据（如缩略图、转码媒体或其他处理后的数据）；Glacier 存储适用于不经常访问的数据（如数字媒体存档和长期数据库备份）。
• 其他成本 ：包括额外 IP 地址和与 VM 实例关联的域名的互联网协议（IP）地址费用、虚拟网络、内容分发网络（CDN）等额外网络费用，以及访问云基础设施的通信费用（如 Amazon 对发送到 S3 的请求收费）。在一些云服务中，客户服务也需要支持费用。

2.3 应用程序特性和需求

应用程序的特性和需求主导着云服务的选择，有时还会影响云服务提供商提供的容量。在选择云服务时，应仔细考虑这些因素。例如，Amazon 的多种云存储类型就是使用目的（存储数据存档或应用程序原始/结果数据）和容量需求（安全性、可靠性、I/O 速度和访问频率）如何影响提供商容量供应的很好例子。

不同强度特征的应用程序对云服务的要求也不同：
- 数据密集型应用程序 ：需要大型存储池来管理和处理大数据。数据量、I/O 性能、数据索引、数据备份、安全性和可靠性是关键能力。
- 计算密集型应用程序 ：需要强大的计算能力（如高 CPU 速度、更多 CPU 核心和大内存）来执行大规模计算。应用程序可能会利用多台机器的计算能力来提高性能，因此网络配置和通信优化至关重要。Amazon EC2 HPC 实例类型为这类应用程序提供了更好的支持选项。
- 并发密集型应用程序 ：通常涉及来自用户或现有 Web 服务的密集并发请求/响应。大带宽对于通过互联网提供良好的通信性能至关重要。负载均衡是管理并发强度的另一种能力，它通过协作方式利用多个有时是分布式的应用程序实例来平衡最终用户请求，并提供单一的 Web 访问点。
- 通信密集型应用程序 ：（即所谓的无边界应用程序）高度依赖应用程序组织和地理“边界”之外的第三方服务。与并发密集型应用程序一样，需要大带宽进行快速网络通信，并且需要负载均衡来保证可靠性。

3. 以地球科学信息合作伙伴（ESIP）云采用咨询工具为例选择云服务

设计和开发一个基于 Web 的咨询工具来帮助地球科学领域的消费者比较和选择最合适的云服务是非常有必要的。这样的工具应整合云服务知识，并能够推荐云服务以实现成本效益和高性能。一个理想的基于 Web 的咨询工具应具备以下能力：
- 协助云服务消费者根据其应用程序需求轻松选择最佳解决方案。
- 帮助云服务新手了解云计算服务、技术、提供商和潜在应用程序的基本概念。
- 自动收集和管理多个云服务供应商的定价和配置信息。

为了验证云计算采用咨询工具的可行性，开发了一个基于 Web 的云计算采用咨询工具。

3.1 咨询工具的架构

咨询工具的架构由四个主要组件组成：
- 解决方案创建器 ：生成可行的解决方案并返回推荐的解决方案。
- 解决方案评估器 ：计算潜在的租赁成本并评估生成解决方案的适用性。
- 云信息数据库 ：存储收集的云服务信息，包括定价规则、配置方案和能力声明。
- Web GUI ：控制用户交互、解决方案展示和可视化。云服务消费者通过应用程序需求描述向导指定其应用程序需求和约束。使用解决方案表格和图表来显示和比较云服务。

graph LR
    classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px;
    A(云服务消费者):::process -->|交互| B(Web GUI/咨询界面):::process
    B -->|发送需求描述| C(解决方案创建器和评估器):::process
    C -->|查询| D(云信息数据库):::process
    D -->|返回信息| C
    C -->|返回云解决方案| B
    B -->|展示| A
    E(云服务提供商):::process -->|收集/更新信息| D

3.2 云服务选择的一般工作流程

对于云服务消费者来说，选择云服务的一般过程包括以下四个步骤：
1. 确定应用程序类型 ：了解要部署在云上的应用程序类型非常重要。通常，应用程序类型决定了云服务的硬件和软件配置的计算特征。常见的地理空间应用程序类型包括基于 Web 的应用程序、科学计算、数据处理应用程序等。在咨询工具中，为消费者预定义了三种应用程序类型模板：
- 数据存储应用程序 ：用于在云存储上存储数据，不部署应用程序。
- 简单 Web 应用程序 ：适用于中小型 Web 应用程序，如地理空间 Web 门户和服务（如 Web 地图服务）。
- 简单计算应用程序 ：用于计算密集型需求（如沙尘暴预报）。对于对云计算和应用程序参数有足够了解的专家，咨询工具还提供了自定义应用程序模板。
2. 定义应用程序需求和特征 ：需要仔细考虑以下三个方面：
- 硬件需求 ：可以是运行应用程序的基本或最佳硬件配置（如 CPU 核心数量、CPU 速度、内存大小和本地磁盘大小）。
- 应用程序特征 ：描述应用程序的计算特征和软件需求（如操作系统类型和版本、用户并发强度、应用程序和数据大小、网络流量和速度以及数据耐久性要求）。
- 购买偏好 ：指消费者的支付偏好（如支付类型、租赁时间和成本约束）。在 ESIP 咨询工具中，消费者可以通过预定义的应用程序类型模板直接在 Web GUI 上指定应用程序需求和特征。通过自定义应用程序模板，消费者可以指定最全面的需求和特征描述，咨询工具也将提供准确的评估和成本估算。
3. 搜索匹配的云服务 ：定义应用程序需求和特征后，消费者可以将其作为约束条件来搜索并获取可行的云服务解决方案。这个过程很耗时，消费者必须收集所有云服务的配置、定价和技术信息，然后使用指定的应用程序需求和特征进行过滤，生成所有可行的云服务解决方案。
4. 比较服务 ：为了从所有可能的解决方案中做出明智的选择，消费者应进一步分析成本、配置、计算能力、提供商声誉等。因此，如何直观地比较这些解决方案非常重要。为了方便云服务解决方案的选择，咨询工具根据用户输入动态生成云服务解决方案，并提供一个界面，用于在成本、配置和 VM 计算能力方面直观地比较解决方案。当找到云服务解决方案时，Web GUI 上将显示两个表格和三个图表：
- 推荐解决方案列表 ：列出推荐的解决方案，而所有可行解决方案列表列出过滤后的可行解决方案。云服务解决方案的配置和成本以表格列的形式呈现。用户可以按任何表格列对解决方案列表进行排序，这将帮助云服务消费者根据不同标准对解决方案进行排名。
- 最低费用图表和最高费用图表 ：为消费者提供清晰的信息，以比较推荐解决方案的潜在费用范围。通过将某个解决方案的费用（以列的形式显示）分为多个部分（VM 费用、存储费用和数据传输费用），采用者可以直观地了解每个费用部分的支付百分比。
- 虚拟机配置比较图表 ：以折线图的形式显示所选解决方案的 VM 配置（CPU 核心数量、虚拟计算单元数量、CPU 速度、RAM 大小、带宽、本地磁盘大小），帮助消费者比较 VM 容量参数。

3.3 使用案例

以一个计算应用程序为例，展示如何使用咨询工具找到云服务解决方案，交互工作流程包括以下四个步骤：
1. 应用程序需求描述 ：潜在消费者在简单计算应用程序页面中指定潜在计算应用程序的需求描述。由于计算应用程序比简单 Web 应用程序需要更强大的计算能力，因此指定了应用程序需求参数。例如，CPU 核心数至少为 2，最好为 4；计算任务强度为中等；租赁时间为一天；支付类型为按需付费。
2. 获取解决方案 ：潜在消费者点击“获取解决方案”按钮生成解决方案。
3. 查看表格和图表 ：潜在消费者与表格和图表中的解决方案进行交互。两个表格组件中列出了五个推荐解决方案和更多可行解决方案。最低费用图表和最高费用图表显示，推荐的解决方案 4 和 5 在 VM 租赁方面的成本比例较大。虚拟机配置比较图表显示，解决方案 5 提供了最强大的计算能力。
4. 打印结果 ：消费者点击“打印”按钮将结果输出为 PDF 文件。

综上所述，选择云计算服务需要知识、经验和大量的精力。开发的咨询工具验证了包括成本计算和合适评估模型在内的云采用专家系统的设计。它可以根据云服务消费者的输入生成可行的云服务解决方案，计算并直观地比较解决方案的成本和容量，并根据内置的评估机制推荐解决方案。

如何选择云服务：构建云计算成本模型

4. 云服务选择的深入考虑

尽管在云服务选择方面已经取得了很大进展，但仍存在一些挑战需要仔细解决。

4.1 评估模型的正确性和准确性

没有高质量的评估模型，云服务解决方案的准确性会受到影响。建立可靠的模型并验证它们是一个巨大的挑战。
- 成本计算模型 ：虽然不同提供商和应用程序的计算公式存在差异，但基本应用的通用模型应考虑所有收费部分。由于实际云使用的不确定性和可变性，无法精确预测总成本。然而，成本计算模型可以提供每个部分的成本细节，帮助云服务消费者清楚了解潜在成本的构成和投资回报率（ROI）。此外，一个好的计算模型还应能够根据应用程序类型、特征和潜在使用情况对不确定性进行合理估计。
- 合适的评估模型和基本选择原则 ：为了做出明智的选择，必须仔细考虑多个因素（如平台容量供应、成本约束、应用程序需求和特征）。评估模型应能够根据不同应用程序类型的特征和需求进行调整。基本选择原则如下：
|原则|具体内容|
| ---- | ---- |
|满足所有约束条件|满足云服务消费者的所有约束条件（如成本、操作系统类型、VM 配置、地理位置）。|
|最小化费用成本|尽量降低费用成本。|
|最大化计算容量供应|最大化计算容量供应。|
|符合消费者偏好|符合消费者的偏好（如指定的供应商和租赁类型）。|
|考虑时空影响|考虑云资源和应用程序用户的潜在地理位置分布、访问频率和时间分布等时空影响。|

通过深入考虑时空特征，可以进一步研究优化云资源的时空分布，以提高性能并降低租赁成本。

4.2 云服务的最新信息

云服务提供商的定价规则会根据使用情况和业务策略频繁更新。保持定价信息的最新状态对于云服务选择系统至关重要。如果信息不及时更新，推荐的解决方案及其配置将不可靠。因此，咨询系统应具备近实时自动更新信息的能力。一种潜在的解决方案是利用云服务提供商提供的通知功能获取信息更新事件，并触发抓取和更新过程。其他解决方案包括反馈机制，允许消费者和提供商更新信息。

4.3 咨询工具的交互性和可视化功能

设计良好且用户友好的咨询系统可以帮助云服务消费者减少信息收集的时间和精力，并通过人机交互做出明智的选择。目前，大多数系统和网站仍处于早期阶段，主要功能是云信息收集和展示。

为了直观地呈现信息并帮助消费者做出明智的选择，应利用更高级的交互和可视化功能，特别是在可视化分析日益普及的情况下。可以开发一种新的方式来进行信息/数据可视化和人机交互，以协同人机交互解决问题。此外，系统还应满足不同消费者水平（有经验和无经验）的需求，并帮助他们在愉快的学习过程中获得结果。

5. 总结

云服务选择是一个复杂且具有挑战性的过程，涉及多个方面的因素。在选择云服务时，需要考虑云服务容量供应、定价规则和应用程序需求等主要因素。通过使用如 ESIP 云咨询工具这样的辅助工具，可以更方便地进行云服务的比较和选择。同时，还需要深入考虑评估模型的正确性和准确性、云服务的最新信息以及咨询工具的交互性和可视化功能等问题，以做出更明智的决策。

6. 常见问题解答

以下是一些关于云服务选择的常见问题及解答：
1. 云服务消费者在选择云服务时面临哪些挑战？
- 不同应用程序特征有不同计算资源需求。
- 应用程序在经济角度差异大，反映不同预算投资和期望。
- 商业和开源云服务采用不同 IT 技术，各有优缺点。
- 各种定价模型使选择复杂。
2. 影响云服务选择的主要因素有哪些？
- 云服务容量供应，包括计算能力、IT 安全和隐私、可靠性和可信度、定制程度和灵活性/可扩展性、可管理性和客户服务、云基础设施地理位置。
- 定价规则，包括使用虚拟机的成本、数据传输成本、数据存储/数据库成本和其他成本。
- 应用程序特性和需求，不同强度特征的应用程序对云服务要求不同。
3. 为什么应用程序的特征和部署需求对云服务选择很重要？
应用程序的特性和需求主导着云服务的选择，不同的应用程序对计算资源、存储、带宽等有不同的要求，会影响云服务提供商提供的容量和类型。例如，数据密集型应用需要大型存储池，计算密集型应用需要强大的计算能力。
4. 对于 IaaS 和 PaaS 云服务，哪些服务会收费？哪些服务在一定时期内费用相对稳定，哪些更易变？
- 收费服务 ：包括虚拟机、存储、数据备份、数据传输等。
- 相对稳定费用 ：如预留模式下的虚拟机租赁费用在固定时间段内相对稳定。
- 更易变费用 ：按需付费模式的虚拟机费用、数据传输费用会根据使用量变化，较为可变。
5. 请列举云服务容量供应的衡量指标。
- 计算能力：CPU/GPU 核心数量和速度、内存大小、VM 数量、存储容量、I/O 速度、耐久性、存储类型、网络带宽和网络类型。
- IT 安全和隐私：是否符合安全认证、法规，是否经第三方审计。
- 可靠性和可信度：服务级别协议履行情况、灾难恢复服务和冗余站点。
- 定制程度和灵活性/可扩展性：可用配置类型数量、是否可完全定制 VM、支持的操作系统类型和版本、纵向和横向扩展能力。
- 可管理性和客户服务：Web 界面个性化和交互性、监控功能、客户服务方式、是否有免费试用。
- 云基础设施地理位置：对计算可访问性和性能的影响、是否符合法规。
6. 使用虚拟机时，通常哪些因素会影响总成本？
VM 数量、VM 类型、支付类型、使用强度和租赁时间。不同的 VM 类型计算能力和成本不同，支付类型（按需付费、预留、购买单位、竞价）有不同的收费方式，使用强度和租赁时间也会影响费用。
7. 选择云服务的基本原则是什么？
- 满足所有约束条件。
- 最小化费用成本。
- 最大化计算容量供应。
- 符合消费者偏好。
- 考虑时空影响。
8. 云存储类型和云基础设施位置对云服务选择重要吗？为什么？
重要。云存储类型应根据应用程序的使用目的和容量需求选择，不同存储类型的特性（如可靠性、耐久性、访问频率）不同，适合不同的数据存储需求。云基础设施位置会影响计算的可访问性和性能，还可能受到政策法规的限制，消费者和用户通常希望云资源更靠近自己以获得更好的体验。

graph LR
    classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px;
    A(确定应用程序类型):::process --> B(定义应用程序需求和特征):::process
    B --> C(搜索匹配的云服务):::process
    C --> D(比较服务):::process
    D --> E(做出选择):::process

通过以上内容，希望能帮助大家更好地理解云服务选择的相关知识和方法，在实际应用中做出更合适的云服务选择。