1.2　云计算的优势

　　正如达尔文在其著作《物种起源》中指出的那样，自然界中的生物是按照物竞天择、适者生存的规律一步一步进化而来的，优秀的物种会发展出适应当前环境的特征，而正是这些特征使得该物种能够战胜残酷的生存考验，最终繁衍下来。云计算作为互联网时代最新提出的IT运用模式，必然有其技术的进步和独到的优势，才能在IT这个高速发展的产业里成长起来。本节将按照从商业到技术的顺序，首先在IT产业的层面，从优化产业布局和推进专业分工的角度分析云计算的优势，再逐渐深入到云计算的运行和维护层面，从提升资源效率、减少运营投资、降低管理成本的角度分析云计算的本质优势。相信读者阅读过本节后，将对云计算的未来充满信心。

　　1.2.1　优化产业布局

　　正如上文所述，云计算将企业原先自给自足的IT运用模式改变为由云计算提供商按需供给的模式。IT业界将出现一些实力雄厚的云计算提供商，他们拥有雄厚的技术实力和管理经验，雇用专业的商业专家和研发人员。最重要的是，他们有一座甚至许多座规模巨大的计算中心来支撑云中的服务。在摩尔定律的指引下，硬件成本正在不断降低，这些未来的云计算运营商心目中的关键资源不再是服务器，而是运行这些服务器所必不可少的电力资源。

　　以正在大规模投资云计算的Google公司为例，据推测(关于数据中心的建造细节一直以来被各个公司列为商业机密)，该公司在多个地点拥有约40余座数据中心，在这些数据中心里同时运行着数以百万台的服务器。据估计，仅以该公司在美国华盛顿州Dalles建设的数据中心为例，其电力消耗就高达约103兆瓦，相当于82000户家庭一年的用电量。

　　电力作为一种传统资源，分布很不均匀。由于自然禀赋和政策法规的影响，各地的电价具有很大差异，如表1.2所示。在当前技术条件下，用电网传送电力的成本和产生的浪费要远大于用互联网传输数据，而电价又忠实地反映了获取电力资源的难易程度，因此云计算提供商在建立大规模数据中心的时候都会充分考虑这个因素，将大型数据中心建造在电力资源丰富、地理条件安全、很少有自然灾害的地方;同时又要充分考虑诸如当地法律政策、是否靠近互联网重要结点等非自然因素。

　　表1.2 　美国部分地区工业电价比较(2008 年)

　　电价(美分/千瓦时) 地点 可能的原因

　　4.48 爱达荷州 丰富的水电资源

　　10.04 加州 电网远距离传输，州法律禁止火电厂的建造

　　26.05 夏威夷 油料需要通过海运进岛进行发电

　　可见，进入云计算时代后，IT产业已经从以前那种自给自足的作坊模式，转化为具有规模化效应的工业化运营，一些小规模的单个公司专有的数据中心将被淘汰，取而代之的是规模巨大而且充分考虑资源合理配置的大规模数据中心。而正是这种更迭，生动地体现了IT产业的一次升级，从以前分散的、高耗能的模式转变为集中的、资源友好的模式，顺应了历史发展的潮流。

　　1.2.2　推进专业分工

　　正如1.2.1小节所述，不同于中小型企业的数据中心只能在距离企业不太远的地方选址以便维护，专业公司的大型数据中心可以充分利用选址灵活的优势合理配置资源。此外，大型数据中心具有实力雄厚的科研技术团队、丰富的维护管理经验来体现专业分工的优势。

　　云计算提供商普遍采用大规模数据中心，比中小型数据中心更专业，管理水平更高，提供单位计算力所需的成本更低廉，如表1.3所示。中小规模的数据中心采用风冷的方式进行温度调节，空调耗电量较大，而大型数据中心一般采用专业的水冷与风冷相结合的方式进行温度调节，这样的数据中心一般建立在水资源丰富的河边，将用于制冷的水抽取到制冷单元，当水温升高后再送到室外自然冷却，相对风冷来说这是一种既节能环保又经济的温度调节方式。

　　表1.3 　大型数据中心与中小型数据中心相比的成本优势

　　数据中心属性 中小型数据中心 大型数据中心

　　服务器个数 < 2000 > 2000

　　每个管理员管理服务器数 < 500 > 500

　　PUE值 2.0～2.5 1.0～1.5

　　服务器供电方式 交流电 直流电

　　电价 高 低

　　制冷方式 风冷 水冷 + 风冷

　　提供单位计算力的成本 高 低

　　注：PUE即Power Usage Effectiveness，是数据中心总设备能耗与IT设备能耗的比值，PUE越接近1表明数据中心的能效水平越好。

　　同时，专业的云计算提供商可以有更多的科研和经费投入来推动数据中心的技术革新。例如，目前大多中小型数据中心采用交流电的供电方式，仅能达到约75%的能效比，其中有25%的电能被白白浪费，转化成了热量，加剧了温度调节所需的能源消耗。但通过技术革新，改用直流电源的方式进行供电，仅此一项，大型专业数据中心就可以节电约30%。

　　除了在硬件上更加专业，云计算提供商还具有更完善的软件，这包括具有丰富知识和经验的管理团队及与其配套的管理软件。在中小型的数据中心，平均每个工作人员最多可以管理170台服务器。而在大型数据中心，由于有专业团队和工具的支持，每个工作人员可以同时管理的服务器数量达1000台以上。因此，人力成本这一项可以被大幅度削减。

　　由此可见，云计算带来的是更加专业的分工，更进一步优化的IT产业格局。通过让专业的人做专业的事，各取所长，扬长避短，有效避免了IT产业中可能产生的内耗。另一方面，专业分工也孕育了新的产业契机，除了现有的大型IT公司外，一批新兴的高科技企业也将在云计算中找到自己的位置并逐渐成长起来。

　　1.2.3　提升资源利用率

　　前面我们在IT产业的层面，从产业布局和专业分工的角度阐述了云计算的优势。下面我们将深入到云计算所涉及的各个实体，讨论这个新兴的计算模式将赋予它们怎样的优势。

　　在云计算模式下，高科技企业、传统行业甚至是互联网公司的IT业务都可以在不同程度上外包给专业的云计算提供商进行管理。如在上文介绍的典型案例二中，Giftag公司就将其设计的Web 2.0应用交由Google App Engine托管，Google公司根据其业务量的变化来调整和分配其所需的资源。值得注意的是，Giftag并不是Google App Engine平台上唯一的托管应用。实际上，它与成千上万其他的Web应用一起共享这个平台提供的服务与资源。

　　如图1.6所示是一个Web应用的典型负载变化图，从图中可以看出负载

　　呈现出三个主要规律：其一是负载的周期性变化规律，通常由昼夜差异和周末与工作日的差异引起，基本可以通过长期观察来预测;其二是一次性任务或突发事件引起的负载，例如某热门话题会引起网站的访问量激增，通常无法预测;其三是由于业务增长引起的负载长期增长趋势，一定程度上可以预测。面对这样变化的负载，传统的Web应用提供商或者企业专有数据中心应该如何来规划资源呢?一般来说无外乎图中的A、B、C三种方式。方式A仅考虑短期的负载来分配资源，该方式产生的浪费最少，仅在负载周期低谷时有较大资源浪费。然而，在不对业务发展进行预测的情况下分配资源，会导致一段时间后因资源不足影响业务系统运行，或不久就需要再次扩容，带来管理上的复杂性。目前被采用较多的是方式B，这种方式考虑了负载长期的增长趋势，有一定预见性地增加了资源，但相比方式A来说，造成短期内一定的资源浪费。方式C为了应对不可预测的突发事件或一次性任务而准备大量资源，在绝大多数情况下资源处于严重浪费的状态。这种方式仅适用于业务系统极其重要、为保证可用性可以不计成本的应用。

　　图1.6　典型的业务系统负载变化及传统的资源分配方式

　　可见，传统的数据中心无法兼顾业务的可用性和资源的高效利用，只能在二者之间达到某种程度的平衡。一般来说，企业为了保证业务系统的高可用性，会牺牲掉资源的高效性。据统计，多数企业数据中心的资源利用率在15%以下，有的还不到5%。而在云计算的平台中，若干企业的业务系统共用同一个大的资源池，资源池的大小可以适时调整，还可以通过动态资源调度机制对资源进行实时的合理分配。即使有突发事件对某一个业务系统产生冲击，也不会对整个资源池造成很大影响。通过这些手段，云计算平台中的资源利用率可达80%以上，与传统数据中心的资源利用率相比有大幅度提升。

　　1.2.4　减少初期投资

　　从云服务提供商的角度看，同时托管多个服务提高了资源利用率，也降低了长期的运营成本。同样，对于将自己的IT业务外包给云计算提供商的公司，他们的一次性IT投入也降到了最低，从而有效地规避了财务风险。

　　云计算将取代传统的企业专有数据中心。企业无需拥有硬件，而是直接使用云中的计算资源。云计算即用即付费的方式消除了企业的一次性投入，包括数据中心的营建，以及硬件设备的购置和定期更换。这种一次性投入对企业的现金流冲击较大，它意味着企业预付了若干年的投入。IT设备的平均寿命是3～5年;制冷设备、监控设备、门禁系统等其他设备的使用寿命则是10～20年;如果再考虑上数据中心的建筑寿命，就可以达到几十年之久。这样巨额的一次性投入将使企业背负沉重的负担。此外，一旦企业发生较大变化，如业务转型、系统下线、政策变化等，前期投入的资产就有可能面临被折价处置的困境。

　　在大多数情况下，软件同样也是一项高昂的支出。如果需要一套高质量的行业解决方案，企业首先要购买构建该解决方案所必须的中间件软件的许可证，然后在这个基础上购买或者开发自己所需要的特定解决方案。除此之外，当这些服务器或者软件被购入以后，很多时候它们其实并没有被充分利用。因为系统的负载是不均衡的，甚至有些时候系统是空闲的，即并不处理任何用户请求。

　　回顾本章开始时华盛顿邮报的例子，显然以报社现有的IT资源是无法完成档案格式转换工作的。但是，报社也不可能为了这个任务而进行一次性投入，购买功能强大的计算机设备。而恰好是云计算提供的“按使用付费”的计价模型有效地降低了用户的IT成本，使不可能的任务成为可能。

　　云计算帮助用户降低IT成本体现在两个方面：第一，用户不再需要进行巨大的一次性IT投资，彻底省去了购置、安装、管理软硬件的费用，因为他们可以从云计算提供商那里租用这些IT基础设施;第二，用户在使用这些IT资源时，可以按照自己的实际使用量付费。如表1.4所示列出了Amazon公司的AWS业务为美国东海岸用户提供的打包计算资源实例及计价标准。在这种计价模型中，时间是按照小时来计算的，运算平台分为Linux/UNIX和Windows两种，并根据占用资源的情况分为若干等级，各个等级的计价有所不同。用户可以在负载较低的时候选择较小的实例，甚至在空闲的时候停止部分虚拟机的运行。

　　表1.4 Amazon 公司提供的配置实例和收费标准(美国东海岸，2010 年7月)

　　类型 型号 实例配置 Linux/UNIX系统 Windows系统

　　小 1.7GB内存，1个EC2计算单元，160GB存储，32位平台 0.085美元/小时 0.12美元/小时

　　标准 大 7.5GB内存，4个EC2计算单元，850GB存储，64位平台 0.34美元/小时 0.48美元/小时

　　超大 15GB内存，8个EC2计算单元，1690GB存储，64位平台 0.68美元/小时 0.96美元/小时

　　高CPU 中 1.7GB内存，5个EC2计算单元，350GB存储，32位平台 0.17美元/小时 0.29美元/小时

　　超大 7GB内存，20个EC2计算单元，1690GB存储，64位平台 0.68美元/小时 1.16美元/小时

　　超大 17.1GB内存，6.5个EC2计算单元，420GB存储，64位平台 0.5美元/小时 0.62美元/小时

　　高内存 双倍超大 34.2GB内存，13个EC2计算单元，850GB存储，64位平台 1.2美元/小时 1.44美元/小时

　　四倍超大 68.4GB内存，26个EC2计算单元，1690GB存储，64位平台 2.4美元/小时 2.88美元/小时

　　除了以上这种按小时的快速实例计费方案，Amazon公司还提供了其他可选方案，比如包年和竞拍方案。采用包年方案的用户只需一次性支付一定数额的费用，即可以相对更低的小时资费获得案例一的一年或者三年的使用权，该方案适合明确而稳健的业务需求;采用竞拍方案的用户能够以极低的价格拍得AWS在系统低负载时的实例，该方案适合对成本要求严格但对可用性要求较低的业务需求，或者离线处理的非实时性应用。

　　综上，云计算提供的这种在类型和时间上更加细粒度，在租期和要约上更加灵活的计费模型将有助于用户根据自身业务需求的特点来进行因地制宜的选择，达到减少初期IT投资的目标。

　　1.2.5　降低运营成本

　　对于云计算的用户来说，除了降低IT的使用门槛，更重要的是云计算平台还可以帮助他们实现应用的自动化管理。对于应用的运行和管理来讲，云计算的出现能够使用户获得更高的灵活性和自动化。

　　对应用管理的动态、高效率、自动化是云计算的核心。它要保证用户在创建一个服务的时候，能够用最少的操作和极短的时间就完成资源分配、服务配置、服务上线和服务激活等一系列操作。与此类似，当用户需要停用一个服务的时候，云计算能够自动完成服务停止、服务下线、删除服务配置和资源回收等操作。在虚拟化技术的支持下，Web应用可以被做成虚拟器件，当需要启动服务的时候，被快速部署到云计算环境中;当服务不再需要时，可以取消部署以释放占用的资源。可见，云计算可以在软件和解决方案等不同层次提供极大的灵活性与自动化。

　　除了应用的部署与删除，在应用的整个生命周期中，时时刻刻需要按照其当前状态进行动态管理，比如根据业务需求增删功能模块、增减资源配置等。在云计算中，这些工作也将在不同程度上由云平台自动完成，云平台为用户提供了灵活的业务管理和便捷的服务。

　　1.2.6　产生新创价值

　　作为一种革命性的信息产业浪潮，云计算能够形成新的业务价值链，促进跨领域的创新协作，从而产生更高的价值。在以云计算推动的新价值链产生过程中，能够创造更多的就业，产生更多的新兴服务，建立新兴产业。

　　以我国台湾地区为例，随着2010年4月“云计算产业发展方案”的推出，一项跨度5年、投资240亿元新台币的规划进入人们的视野，预计该规划将在2年内改变千万民众的生活，创造5万个就业岗位，并最终实现1万亿元新台币的产值。台湾地区计划整合其在信息技术、工程制造和基础设施上的优势，通过推动云计算来实现产业升级与节能减排的目标。“云计算产业发展方案”将由5大组成部分全方位推动，包括发挥台湾当地整体施政效益，提升该地区运作效能;提升民众生活水平;提升硬件附加价值;带动产业投资，加速产业转型;加强基础研究与产业科技研发等。

　　可见，云计算的革新虽然来自于IT行业，却将对诸如行政、教育、医疗等各个行业产生深远的影响。例如在台湾，2年后纸发票就有可能被全面取代，未来学生将连书包也不用带，市民看病也有统一的电子病历。云计算帮助实现了信息的整合与快速获取，将流程化繁为简，改变了人们的生活形态，并在这种新的形态中孕育了创新价值。