1.2.3 云计算发展趋势

1.云计算简史

从2006年谷歌提出云端计算的概念开始，云计算至今已经走过了15年发展历程，在传统业务快速云化的需求推动下，云计算从虚拟化开始普及，以VMware ESXi、Microsoft HyperV及开源的Xen、KVM为主的虚拟化平台，通过vSwitch将物理网络转换成虚拟网络，并使用VSAN、FC或iSCSI方式将异构存储池化，将存储和网络资源集中调度分配给虚拟机使用。在这一阶段，云计算基础设施都以私有化部署为主，运维人员是云资源的主要分配者，而开发人员和测试人员则是云资源的使用方，他们使用云资源的方式和使用传统物理机的方式基本上是相同的。资源的池化并没有给应用架构设计带来本质上的改变，但应用的虚拟化部署极大地提高了部署效率，并有效地提升了物理资源的利用率。

在云计算发展的第二阶段，引入软件定义网络（SDN）、软件定义存储（SDS）及容器化技术实现了基础设施即服务（IaaS），并通过命名空间和隧道标签协议等技术实现了多租户的资源隔离。由于IaaS技术的日渐成熟，如关系型数据库、KV数据库、消息中间件等通用的企业级产品被集成到IaaS上向租户提供平台即服务（PaaS）的能力，用户可以通过统一的门户和标准化的API接口自助申请使用IaaS和PaaS资源，实现应用的自动化部署。随着云计算技术的快速发展，传统烟囱式的架构开始向分布式云架构转变，单体式应用向轻量化转变被拆分成不同的服务模块，从物理机或虚拟机迁移到云主机和容器平台，以减小组件之间的耦合并降低组件故障带来的影响。数据库也逐渐从传统关系型数据库如Oracle迁移到PG和MySQL等开源数据库，与数据库紧密相连的底层SAN存储也逐步被分布式存储所替代。在这一阶段，各类基础云产品被业务系统抽离出来进行统一的编排和调度，DevOps应运而生并得到了快速发展。在上云选择上，由于公有云具有产品丰富、按量付费、弹性伸缩和超大带宽等优势，特别适合中小企业及互联网企业使用，用户不需要花费高昂的成本和较长的时间周期来建造IDC，也不需要完备的IT支撑体系，就可以在云上搭建自己的业务系统，大量用户开始选择使用公有云。公有云在这期间有了爆发式的增长。

在公有云快速增长的同时，私有云并没有停滞不前。由于法律合规、安全可控等需求，一些企业基于开源技术打造了适合自己的私有云平台，但维护一朵云需要大量的人力和财力投入，而且这朵云不一定能满足不同用户的各种个性化需求。为实现快速上云的目标，很多企业会采购厂商的云产品来进行私有云部署。不管是自研还是采购厂商的云平台，私有云部署都需要投入硬件和基础架构的运营成本，因此，这些企业在完成私有云建设的基础上，开始借助公有云的能力对外提供服务。在这一阶段混合的云计算能力被大量运用。

从2017年开始，鉴于公有云具有竞争性的价格、性能等市场因素，越来越多的企业开始采用混合云作为IT架构，市场研究机构Gartner、IDC也力推混合云，因此2017年被认为是混合云发展元年，在这之前公有云和私有云并行在各自领域平行发展。由于公有云的面向开放的市场特点，其近十年得到了长足的发展，至今仍在快速发展中。虽然私有云规模依然很庞大，但相对来说，其发展要慢得多，无论是在产品丰富程度上还是在性价比上，公有云都远胜于私有云，这也是之前公有云领导者AWS无视私有云的存在、不看好私有云的原因。此外，在公有云发展早期，也有一种观点：看好私有云，不看好公有云，觉得私有云是未来。这种观点一度很盛行。但近几年这两派观点都从对方身上发现了优点：从私有云角度看，公有云代表了产品丰富、快速迭代、自由开放的市场；从公有云角度看，私有云在满足数据安全、法律合规方面短时间无法被取代。这就是混合云目前面临的机会。

2.云计算出现的原因

云计算的出现有市场和技术两方面的原因，先看看市场原因。

云计算正是产生于“后摩尔定律”时代，在这一时代，由于工艺制程的限制，CPU集成度越来越难提高，同时单纯通过提高CPU集成度并不能大幅提升性能，而社会每年产生的数据量以远超摩尔定律的速度扩张，对计算性能的需求越来越大。根据1.2.2节提到的有关性能的定律，只有计算集中才能提升性能，同时距离是计算的敌人。此外，Grid模式的超算中心进行的也是集中计算，但由于技术架构的原因，其要求有统一的可靠硬件，成本比较高、难扩展，所以建立以普通PC为主的超大数据中心来满足全社会的计算需求就顺理成章了。

云计算在很大程度上是一种生意模式。很多互联网公司需要一种所谓的轻资产模式，即：这些公司有很多计算业务，但不愿自建数据中心，因为数据中心是重资产，需要比较大的投入，以及进行后期维护，而且随着时间的流逝，数据中心这样的资产减值很快，这个痛点刚好就是云计算的生意本身，它让这些企业无须对物理资产进行投入，也无须在硬件上投入人员运维，并且还可以避免硬件资产随着时间而快速减值。

除了市场原因，云计算的出现和存在还有很多技术原因。一种产品的出现和流行一定会等到相关技术相对成熟后，云计算也不例外。云计算的出现和存在主要得益于如下关键技术的成熟：

● 虚拟化技术。

● 分布式存储技术，如GFS、Ceph。

● 基于x86平台的SDN交换机。

● Linux Server.

● KV数据库。

可以这么说，没有这些关键技术云计算就不可能存在。值得注意的是，很多核心技术并不是产生于云技术，而是在云技术出现之前就已经相当成熟了。正是在这些条件的催化下，2006年AWS首先开启了基于虚拟化技术的云计算商业服务。

总结：云计算是为了解决巨大的计算需求，而建立在众多关键成熟技术上的一门互联网生意。

3.云计算短期发展趋势

在讨论云计算的短期发展趋势之前，我们看看一个产品是如何被市场接受并流行起来的。

在正常市场机制作用下，功能、性能、价格这三个因素会对一个产品的销售起到决定性作用。其中功能和性能因素代表该产品的实用性，价格则决定了该产品的流行性。当然，市场机制比较复杂，还有各种因素掺杂其中，比如行销策略、商业同盟、生态建设、公司策略、新技术的出现等，都有可能影响这个产品的发展趋势。

这里只讨论对消费者有直接影响的主要因素，即功能、性能和价格，只有这三个因素一起达到临界点时，这个产品才会得到大规模普及。同时，如果这个产品能以符合市场预期的速度迭代来提升功能和性能，那么它就会有非常好的流行趋势。

回到云计算上来，现在云计算正处在一个市场接受程度比较高的时期，大到国家，小到个人，都意识到了云计算的重要性，目前其功能、性能已经能满足市场需求，价格也在逐年降低。总体来看，云计算短期发展趋势包括如下几个方面。

● 垂直化：在各垂直领域，由于其个性化要求，公有云会对其进行部分定制，比如金融云、政务云等对安全要求更高，云厂商会在物理层面进行更高级的安全定制。

● 混合云：公有云和私有云在两个平行领域发展十多年后，公有云无论在产品丰富程度上还是价格上都碾压私有云，但在数据安全和法律合规方面，私有云短时间内还无法被取代，所以目前阶段公有云和私有云混合就成了必然的流行趋势。

● 微服务：虽然IaaS长期占有较大的云计算服务比例，但近年来，随着基于Kubernetes的微服务模式的流行与成熟，很多用户的应用服务会慢慢迁移到Kubernetes平台。

● IoT：随着5G慢慢成熟，将会有越来越多的智能设备连接到云端，针对物联网的云平台将得到蓬勃发展。

● AI：基于AI的智能云会以服务方式渗透到各种应用中。

● 生态化：IaaS、PaaS基本已经发展成熟，特别是云原生的流行，将会有越来越多的开发者选择云平台进行开发、部署，同时围绕云原生软件厂商，用户会逐渐形成良好生态。

4.云计算长期发展趋势

我们认为，未来5～10年云计算有如下发展趋势。

● 云计算依然存在，并且会得到进一步增强。原因依然是冯·诺依曼体系结构难以突破，这意味着当数据越来越多时，所要求的算力会越来越大，这样计算就会越来越中心化，同时数据也会向计算中心靠拢，这种力量就如同引力作用。这种趋势会在两个时间点发生变化：

- 互联网速度大幅提高到数据迁移成本（时间和金钱）可以忽略时。

- 计算和存储成本大幅下降时。

● 能提高算力的新技术会先在云端爆发。计算集群的扩张会给技术、成本、管理甚至能耗带来巨大挑战，同时也加快了云软硬件的快速迭代，凡是能提高算力的技术都会先应用到云端，因为只有云端的用户群是最广泛、最全面的。未来如量子计算、5G应用等也会先在云端出现。

● 低价格让云计算普及到生活各个方面，真正成为社会基础设施。云发展仍处在上升期，有遵从摩尔定律的态势，这意味着单位算力的价格会逐年下降，从而吸引原来不在云上的服务，让云逐渐渗透到各个邻域，包括个人。

● 云部署架构从集中化趋向于分布式发展。目前云部署架构集中在一些被称为“地域”的物理地点，各个地域都是独立的计算单元，彼此在技术上没有关联。由于网络的加速，未来各个地域在技术上的联系会加强。另外，各种用途的边缘计算的节点能力也会大大增强，这些节点会组成一个分布式云架构。