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融合云：面向未來(lái)的 IT 基礎(chǔ)設(shè)施管理架構(gòu)
隨著數(shù)字化時(shí)代的到來(lái)，IT系統(tǒng)已成為人類社會(huì)正常運(yùn)轉(zhuǎn)不可或缺的組成部分。?不遠(yuǎn)的未來(lái)，智能制造，5G和人工智能等技術(shù)將成為推動(dòng)生產(chǎn)力發(fā)展的重要引擎，人類社會(huì)將面臨前所未有的全面徹底的數(shù)字化浪潮。IT基礎(chǔ)設(shè)施作為IT系統(tǒng)運(yùn)行的平臺(tái)和載體，是實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的基石。在這場(chǎng)數(shù)字化浪潮中，企業(yè)必須積極擁抱云計(jì)算技術(shù)，采用符合技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)、面向未來(lái)的IT基礎(chǔ)構(gòu)架，才能在未來(lái)的競(jìng)爭(zhēng)中贏得先機(jī)。
一、云計(jì)算歷經(jīng)十余年發(fā)展的趨勢(shì)判斷
云計(jì)算技術(shù)自2006年AWS推出第一個(gè)公有云服務(wù)S3開(kāi)始，發(fā)展到2019年的今天，一些格局和趨勢(shì)開(kāi)始逐步清晰：首先，?私有云依然是大中型企業(yè)以及一些細(xì)分行業(yè)，例如政務(wù)、金融、醫(yī)療、教育、能源和制造等的首選IT基礎(chǔ)設(shè)施。?隨著各大公有云廠商陸續(xù)推出其公有云在政企客戶私有化部署的擴(kuò)展方案，例如AWS Outposts、Azure Stack，Google Anthos，以及國(guó)內(nèi)阿里云、騰訊云等的私有云／專有云部署方案，“私有云是否會(huì)隨著公有云的發(fā)展逐步消亡”的命題已被公有云廠商自己否定。事實(shí)證明，私有云將長(zhǎng)期持續(xù)存在，將和公有云共生，成為企業(yè)IT基礎(chǔ)設(shè)施的一個(gè)重要組成部分。
其次，?公有云持續(xù)迅猛發(fā)展，逐步成為企業(yè)IT基礎(chǔ)設(shè)施的主要提供者。?2018年Q3云硬件支出占IT總收入的50.9%。2018年中國(guó)私有云基礎(chǔ)架構(gòu)支出38.0億美元，公有云基礎(chǔ)架構(gòu)支出達(dá)到82億美元（來(lái)源：IDC）。因此，公有云已經(jīng)成為IT基礎(chǔ)設(shè)施的最主要提供者。尤其對(duì)于中小企業(yè)而言，其IT基礎(chǔ)設(shè)施可能完全構(gòu)建在公有云之上。同時(shí)，一些處于技術(shù)領(lǐng)先行業(yè)的大型企業(yè)，例如互聯(lián)網(wǎng)，金融，制造等，也已經(jīng)開(kāi)始使用公有云，探索結(jié)合公有云和私有云優(yōu)勢(shì)的混合云架構(gòu)。
與此同時(shí)，公有云市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)異常激烈，最后將只剩下少數(shù)技術(shù)和資本都十分雄厚的玩家，進(jìn)入寡頭壟斷市場(chǎng)階段。一方面，公有云廠商提供的產(chǎn)品和服務(wù)本質(zhì)相同，都是IT基礎(chǔ)設(shè)施資源以及其上的軟件服務(wù)，另一方面，各家廠商都極力完善自身產(chǎn)品，豐富產(chǎn)品線，做出特色，以獲得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，吸引增量用戶，避免存量用戶的流失。因此，最終公有云提供的產(chǎn)品功能矩陣都基本趨同，但是在特色功能、區(qū)域覆蓋、用戶體驗(yàn)方面則各有千秋，差異很大。隨著用戶對(duì)公有云產(chǎn)品服務(wù)依賴的加深，公有云之間的服務(wù)切換和遷移將變得越來(lái)越難，云和云之間存在隱形的鴻溝。當(dāng)然，公有云進(jìn)入寡頭壟斷階段也意味著公有云供應(yīng)商列表將長(zhǎng)期保持相對(duì)穩(wěn)定，這意味著針對(duì)所有公有云API的適配成本將變得可控可行。
還有一個(gè)不容忽視的趨勢(shì)是Kubernetes已成為容器編排的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，逐步成為云原生時(shí)代應(yīng)用部署和運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境。隨著Kubernetes對(duì)存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)支持的逐步完善，不僅無(wú)狀態(tài)服務(wù)可以在Kubernetes上部署運(yùn)行，有狀態(tài)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)也可以在Kubernetes上運(yùn)行。同時(shí)，基于Kubernetes之上已經(jīng)發(fā)展出了一個(gè)繁榮并且強(qiáng)大的開(kāi)源軟件生態(tài)和完整的工具鏈，例如Helm實(shí)現(xiàn)軟件套件的自動(dòng)部署，Operator實(shí)現(xiàn)軟件的自動(dòng)化運(yùn)維，lstio提供微服務(wù)RPC通信治理架構(gòu)，Knative提供Serverless的運(yùn)行框架等等?？梢灶A(yù)見(jiàn)，Kubernetes將成為未來(lái)分布式應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行時(shí)環(huán)境，成為分布式應(yīng)用時(shí)代的“Linux”。Kubernetes之上將構(gòu)建出一個(gè)完全由開(kāi)源軟件主導(dǎo)的軟件生態(tài)，不僅僅包含應(yīng)用軟件，還包含各種PaaS中間件，例如消息中間件，各類開(kāi)源數(shù)據(jù)庫(kù)，開(kāi)發(fā)框架，AI訓(xùn)練框架等，真正實(shí)現(xiàn)開(kāi)源統(tǒng)治世界的愿景。正是基于這個(gè)趨勢(shì)判斷，各大公有云廠商都相繼推出了自己的Kubernetes解決方案，允許原生Kubernetes在自己的云平臺(tái)上更高效運(yùn)行。
二、企業(yè)未來(lái)IT基礎(chǔ)設(shè)施的確定和不確定
基于這些事實(shí)和趨勢(shì)，我們可以想象未來(lái)的企業(yè)IT基礎(chǔ)設(shè)施將是這樣：
首先，混合云架構(gòu)是企業(yè)的最佳選擇。將來(lái)企業(yè)的IT基礎(chǔ)設(shè)施方案，公有云和私有云不再是二選一的選項(xiàng)，而是一個(gè)完整的IT基礎(chǔ)設(shè)施的兩個(gè)必然組成部分。一方面，企業(yè)可能會(huì)有自己的私有云，但也存在一些完全運(yùn)行在公有云的企業(yè)。另一方面，企業(yè)必然會(huì)使用公有云，其購(gòu)買的公有云資源將成為其私有IT基礎(chǔ)設(shè)施的一部分。
其次，Kubernetes將會(huì)成為企業(yè)云原生應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行環(huán)境。就像企業(yè)今天企業(yè)應(yīng)用都運(yùn)行在Linux中一樣，將來(lái)的企業(yè)服務(wù)將云原生化，分布化，運(yùn)行在Kubernetes中。企業(yè)將會(huì)有若干Kubernetes集群，運(yùn)行著不同的應(yīng)用，分布在不同的基礎(chǔ)設(shè)施之上，有的運(yùn)行在本地IDC，有的運(yùn)行在私有云，有的運(yùn)行在公有云。
以上兩點(diǎn)是公認(rèn)比較確定的論斷，但是還有其他很多問(wèn)題目前沒(méi)有確定性的結(jié)論，例如：
1、?雖然使用公有云是企業(yè)必然的選擇，但是企業(yè)會(huì)在使用多個(gè)公有云還是單一公有云進(jìn)行抉擇。?采用多公有云方案的原因很多，收益也顯而易見(jiàn)，例如避免供應(yīng)商鎖定，提高議價(jià)的能力，獲得更豐富的功能特性和地域選擇等。但同時(shí)，使用多個(gè)公有云資源的統(tǒng)一管理難度大，云間服務(wù)切換和遷移成本較高的問(wèn)題則阻礙了用戶選擇多個(gè)公有云。
2、?雖然云計(jì)算技術(shù)發(fā)展了十多年，但是依然有很大比例的企業(yè)的本地IT基礎(chǔ)設(shè)施并未云化，既沒(méi)有通過(guò)私有云管理，甚至都沒(méi)有采用虛擬化技術(shù)。?雖然未來(lái)的云原生應(yīng)用將運(yùn)行在Kubernetes的容器環(huán)境中，但是企業(yè)還有很多未容器化的傳統(tǒng)應(yīng)用。而且，實(shí)事求是地講，對(duì)于大多數(shù)企業(yè)來(lái)講，也許未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間，依然是以非云原生的傳統(tǒng)應(yīng)用為主。因此，企業(yè)未來(lái)的IT基礎(chǔ)設(shè)施并不能簡(jiǎn)單地假設(shè)為全部都?xì)w一化地運(yùn)行Kubernetes，而是應(yīng)該給這些傳統(tǒng)應(yīng)用提供運(yùn)行所需的虛擬機(jī)或者裸機(jī)環(huán)境。這類企業(yè)云轉(zhuǎn)型過(guò)程中是否還是需要經(jīng)過(guò)私有云-混合云-多云的漫長(zhǎng)路徑，再部署一套私有云實(shí)現(xiàn)本地IT基礎(chǔ)設(shè)施的云化？
3、?一方面，隨著業(yè)務(wù)發(fā)展和行業(yè)驅(qū)動(dòng)，企業(yè)對(duì)IT基礎(chǔ)設(shè)施的要求，無(wú)論是規(guī)模、效率還是穩(wěn)定性都將越來(lái)越苛刻。敏捷開(kāi)發(fā)和DevOps將成為企業(yè)的標(biāo)配。?另一方面，隨著技術(shù)的發(fā)展，企業(yè)IT基礎(chǔ)設(shè)施也將愈發(fā)復(fù)雜和難以駕馭。企業(yè)IT資源將不僅是物理服務(wù)器，還有虛擬機(jī)，容器，除了x86，還會(huì)有小型機(jī)、ARM，甚至還有GPU、FPGA、TPU等異構(gòu)計(jì)算資源。網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)也有多種技術(shù)選擇。同時(shí)，截止今日，僅主流公有云供應(yīng)商在全球200多個(gè)區(qū)域500多個(gè)可用區(qū)提供上千種云產(chǎn)品和服務(wù)。只要企業(yè)愿意，一個(gè)全球規(guī)模的IT基礎(chǔ)設(shè)施唾手可得。企業(yè)IT人員如何應(yīng)對(duì)IT基礎(chǔ)設(shè)施在規(guī)模、效率和復(fù)雜度方面的挑戰(zhàn)？
4、?即使未來(lái)的企業(yè)IT基礎(chǔ)架構(gòu)將收斂到完全運(yùn)行在Kubernetes上，單個(gè)Kubernetes集群往往只用于一個(gè)單一特定目的，例如特定部門(mén)的測(cè)試或生產(chǎn)集群，企業(yè)內(nèi)有多個(gè)Kubernetes集群是常態(tài)。?管理多Kubernetes集群，尤其是部署在多云環(huán)境下的多Kubernetes集群依然是一個(gè)難題。雖然Kubernetes屏蔽了底層基礎(chǔ)設(shè)施的差異，向上提供了一致的接口和運(yùn)行環(huán)境，但是Kubernetes在各個(gè)公有云以及本地IDC的管理接口以及網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)方案都沒(méi)有統(tǒng)一，在新建、擴(kuò)容和調(diào)整配置Kubernetes集群時(shí)候，依然面臨對(duì)接多個(gè)供應(yīng)商接口的問(wèn)題。同時(shí)，分布在多個(gè)公有云上的Kubernetes集群之間沒(méi)有打通，不僅控制信息無(wú)法同步，數(shù)據(jù)鏈路層面更是相互隔離，互為孤島。因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)多個(gè)集群的聯(lián)動(dòng)，更無(wú)法實(shí)現(xiàn)集群之間的切換和協(xié)同。多云環(huán)境下的Kubernetes集群方案依然有待探索。
5、?隨著Kubernetes生態(tài)的完善，用戶在公有云上使用PaaS服務(wù)將有兩個(gè)選擇：使用公有云提供的PaaS服務(wù)還是基于Kubernetes的云原生開(kāi)源PaaS服務(wù)。?前者產(chǎn)品化程度高，更加易于使用，能得到商業(yè)支持。但也存在被商業(yè)產(chǎn)品鎖定，切換困難，使用費(fèi)用高昂的問(wèn)題。使用后者則需要對(duì)開(kāi)源軟件有一定掌控力，但是價(jià)格便宜（云主機(jī)的使用費(fèi)），基于開(kāi)源技術(shù)，有強(qiáng)大社區(qū)支持，架構(gòu)開(kāi)放靈活且易于擴(kuò)展。
三、融合云（Unified IaaS），面向未來(lái)的IT基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)選擇
針對(duì)以上確定性結(jié)論和不確定問(wèn)題，我們的答案是面向未來(lái)的IT基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)管理的最佳選擇是融合云（Unified IaaS）。顧名思義，?所謂融合云就是融合管理分布在多云環(huán)境（本地IDC，私有云和公有云）中的所有IT基礎(chǔ)設(shè)施，構(gòu)建一個(gè)“云上之云”的融合IaaS平臺(tái)。?融合云本質(zhì)上是私有云，但是管理的IT資源的范圍不再局限于本地IDC，還包括企業(yè)在公有云購(gòu)買的IaaS資源。對(duì)于純公有云架構(gòu)的企業(yè)，融合云管理的則完全是企業(yè)購(gòu)買的公有云資源。融合云和傳統(tǒng)云平臺(tái)的區(qū)別不在于管理的資源范圍的不同，而在于針對(duì)上述企業(yè)IT的發(fā)展趨勢(shì)和問(wèn)題，在設(shè)計(jì)理念上，融合云和傳統(tǒng)的云平臺(tái)有如下不同：
首先，融合云面向的是多云環(huán)境。融合云的部署場(chǎng)景中，企業(yè)用戶IT基礎(chǔ)設(shè)施不僅包含部署在本地IDC的部分，還包含用戶在公有云購(gòu)買的部分。融合云通過(guò)一個(gè)平臺(tái)管理企業(yè)所有的IT基礎(chǔ)設(shè)施。首先是在管理平面的統(tǒng)一和融合，實(shí)現(xiàn)私有云和公有云資源的統(tǒng)一API訪問(wèn)，不僅實(shí)現(xiàn)資源的管理，還包括賬單的統(tǒng)一，資源管理的統(tǒng)一。讓用戶跨云調(diào)用就像使用一個(gè)云平臺(tái)一樣的便利。其次是數(shù)據(jù)平面的打通，通過(guò)和跨云網(wǎng)絡(luò)方案的整合，實(shí)現(xiàn)控制平面和數(shù)據(jù)平臺(tái)的協(xié)同，達(dá)到整個(gè)平臺(tái)的跨云內(nèi)網(wǎng)的互通。另外，融合云還將提供跨云數(shù)據(jù)遷移的工具，方便用戶實(shí)現(xiàn)跨云的應(yīng)用遷移?？傊?，融合云的目標(biāo)就是填補(bǔ)云和云之間的鴻溝，降低跨云切換和遷移的成本，讓多云部署更簡(jiǎn)單。
其次，融合云實(shí)現(xiàn)企業(yè)整體異構(gòu)IT基礎(chǔ)設(shè)施的全面云化。融合云不僅能管理已經(jīng)云化的私有云和公有云資源，還需內(nèi)置了管理裸機(jī)的裸金屬云，KVM和VMware ESXi等虛擬化技術(shù)、以及ARM，GPU等計(jì)算資源的私有云技術(shù)。對(duì)于還沒(méi)有部署私有云的企業(yè)，通過(guò)部署融合云，一步到位地實(shí)現(xiàn)企業(yè)私有IT基礎(chǔ)設(shè)施的私有云化，實(shí)現(xiàn)裸金屬、KVM、VMware ESXi、GPU等的云化管理，無(wú)需再引入額外的私有云方案，降低了企業(yè)上云的實(shí)施成本和管理復(fù)雜度。
第三，智能將是融合云的核心特征。融合云一方面優(yōu)化IT資源分配的調(diào)度策略，找出閑置浪費(fèi)的IT資源，提升IT資源的利用率。另一方面提前預(yù)測(cè)資源需求和發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)故障隱患，確保系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行和擴(kuò)展。通過(guò)數(shù)據(jù)和算法，使得IT基礎(chǔ)設(shè)施更加智能，幫助企業(yè)IT人員駕馭未來(lái)的IT基礎(chǔ)設(shè)施在規(guī)模、效率和復(fù)雜度方面的挑戰(zhàn)。
第四，融合云面向的是Kubernetes。融合云一方面實(shí)現(xiàn)多云環(huán)境下Kubernetes底層基礎(chǔ)設(shè)施的統(tǒng)一和融合。一是通過(guò)統(tǒng)一的API為Kubernetes提供多云環(huán)境下統(tǒng)一的IaaS接口，為跨云部署Kubernetes環(huán)境提供便利。二是在數(shù)據(jù)平面打通跨云Kubernetes的內(nèi)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)跨云通信。另一方面則直接提供統(tǒng)一的Kubernetes集群管理控制API以及集群信息的同步機(jī)制，實(shí)現(xiàn)跨集群Kubernetes的統(tǒng)一管控，實(shí)現(xiàn)跨Kubernetes集群的賬號(hào)、權(quán)限、配置的同步和統(tǒng)一。
最后，融合云全面擁抱開(kāi)源技術(shù)。軟件發(fā)展的歷程表明PaaS的未來(lái)是開(kāi)源。供應(yīng)商都無(wú)法僅憑一己之力滿足企業(yè)客戶所有的PaaS需求。因此，融合云聚焦于企業(yè)分布在本地IDC和公有云的計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)IaaS資源的統(tǒng)一管理，為多云Kubernetes提供可靠的底層基礎(chǔ)設(shè)施，Kubernetes之上的軟件和應(yīng)用需求則依賴開(kāi)源生態(tài)來(lái)提供解決方案。融合云用戶對(duì)PaaS的需求通過(guò)Kubernetes應(yīng)用市場(chǎng)，通過(guò)整合開(kāi)源PaaS應(yīng)用向用戶提供服務(wù)。這一方面降低用戶使用開(kāi)源PaaS的技術(shù)門(mén)檻，另一方面則依賴強(qiáng)大的開(kāi)源社區(qū)給用戶提供開(kāi)放靈活豐富的軟件產(chǎn)品，避免私有PaaS軟件對(duì)用戶的鎖定。
基于以上的設(shè)想，融合云的架構(gòu)如下所示。向下：融合云統(tǒng)一管理多云基礎(chǔ)設(shè)施，主要實(shí)現(xiàn)多云環(huán)境下計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)等IaaS資源的統(tǒng)一管理。對(duì)于本地IDC的未云化資源，主要是裸機(jī)，KVM虛擬機(jī)（Libvirt），VMware ESXi虛擬機(jī)（vSphere），通過(guò)內(nèi)置的私有云方案實(shí)現(xiàn)云化管理。對(duì)于私有云和公有云資源，則通過(guò)API實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理。
向上：融合云一方面通過(guò)虛擬機(jī)、裸機(jī)等形式為傳統(tǒng)應(yīng)用提供完整操作系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)環(huán)境，另一方面則給Kubernetes提供多云運(yùn)行環(huán)境，統(tǒng)一管理多云Kubernetes。在Kubernetes之上則提供云原生應(yīng)用的容器運(yùn)行時(shí)環(huán)境。同時(shí)，基于Kubernetes和開(kāi)源組件提供PaaS中間件服務(wù)。
總之，融合云向下統(tǒng)一管理多云IaaS資源；向上為Kubernetes提供多云支持，通過(guò)開(kāi)源生態(tài)滿足企業(yè)PaaS需求；用戶其他需求則可以通過(guò)訪問(wèn)公有云的原生服務(wù)獲得，從而全方位滿足未來(lái)企業(yè)對(duì)IT基礎(chǔ)設(shè)施的多層次需求。
隨著大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)的普及，5G時(shí)代的到來(lái)，IT基礎(chǔ)設(shè)施變得愈加重要，成為企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，全面擁抱數(shù)字時(shí)代的基石?；谄髽I(yè)IT架構(gòu)多云趨勢(shì)，融合云應(yīng)運(yùn)而生。?融合云是面向未來(lái)的企業(yè)IT基礎(chǔ)設(shè)施管理的云平臺(tái)，針對(duì)企業(yè)在未來(lái)IT基礎(chǔ)架構(gòu)的問(wèn)題而設(shè)計(jì)，將幫助企業(yè)迎接即將到來(lái)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型的挑戰(zhàn)。
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