34、云计算硬件与软件深度解析

云计算硬件与软件深度解析

1 虚拟化与容器化的挑战和益处

1.1 云计算基础设施的发展与挑战

计算系统经历了从单处理器到多处理器、多核多处理器，再到集群的演变。如今，拥有数十万处理器的仓库级计算机（WSCs）已成为现实，为数百万用户提供服务。不过，WSCs 由大量系统组件构成，需要复杂的软件栈来控制，这给确保高效可靠运行带来了挑战。同时，云基础设施规模庞大，且组装 WSCs 所用的现成组件平均故障间隔时间较短，保证可靠服务并非易事。而长期运行的云服务又对可用性要求极高，例如 99.99% 的可用性意味着服务每年停机时间要少于一小时，这需要一定程度的硬件冗余以及软件的错误检测和恢复支持。

1.2 虚拟化的优势与不足

虚拟化旨在支持可移植性、提高效率、增强可靠性，并让用户免受系统复杂性的影响。例如，线程是虚拟处理器，能使处理器在不同活动间共享，提高利用率和有效性；RAID 是存储设备的抽象，可提升可靠性和性能。

处理器虚拟化由 IBM 在 20 世纪 70 年代初开创，如今在云计算中得以复兴。云虚拟机在虚拟机管理程序控制下的虚拟硬件上运行客户操作系统，进而运行应用程序。在同一服务器上运行多个虚拟机，可使应用更好地共享服务器资源，提高处理器利用率，减少服务器空闲时间。

虚拟化对用户和云服务提供商都有益处。用户能获得比传统进程共享模式更好的应用隔离；云服务提供商则因提供云服务成本降低而获利更多。此外，应用开发者可在熟悉的环境和所选操作系统下开发应用，且虚拟机便于迁移，迁移步骤为：停止虚拟机、将其状态保存为文件、将文件传输到另一服务器、重启虚拟机。

然而，虚拟化也增加了系统软件的复杂性，对应用性能和安全