云计算全解析:类型、定义与商业效益
租赁 IT 服务往往比本地数据中心的 DIY 模式更具商业意义。将时间和金钱投入创收,总比承担本地服务器室的负担(和开支)要好。
云计算是这种思维背后的核心技术。使用云使公司能依赖现成 IT 资源,这一策略提供一系列独特商业效益。
本文是云计算完整指南,解释您需要了解的关于这项技术及其在现代 IT 中角色的一切。读完后,您将能就云是否适合您的业务需求做出明智决策。
什么是云计算?
云计算是指消费者通过互联网使用的任何 IT 资源(服务器、数据库、网络等)的统称。最终用户外包现成资源并在线访问,而非依赖本地基础设施。云的其他(远不常用)名称是效用计算和按需计算。
公司决定使用云服务的理由众多:
- 依赖云消除建设和维护昂贵本地数据中心的需求
- 云资源使企业能快速、低成本构建完美契合需求的定制 IT 环境
- 只要有互联网连接,即可从任何位置、任何设备访问云端数据
- 云提供大多数公司难以企及的性能和高可用性水平
- 云资源随 IT 需求弹性伸缩。需要时可即时增加计算资源。反向同样适用:需求恢复正常后缩减容量,确保无无谓支出
- 使用云持续获得尖端技术,因主要提供商始终站在最新行业标准前沿
我们大多数人每天都在使用云计算。当您在 Google 输入查询,桌面电脑并非寻找答案的设备。请求经互联网传至 Google 成千上万台集群服务器之一,挖掘结果并回传您的设备。
同一原理适用于任何在线服务(发送邮件、编辑在线文件、流媒体电影、听音乐、浏览社交媒体图片等)。
云计算简史
虽对大众相对新鲜,但云概念由来已久。云计算如何发展为今天技术的简要回顾:
- 1950 年代初,组织开始使用计算机,但为每个部门购买设备太贵。1950 末至 1960 年代初,公司开始使用大型主机和分时进程
- 分时实现处理器时间更高效利用。用户同时访问计算主机实例,最大化处理能力。分时理念是现代云计算基石
- 1969 年,J.C.R. Licklider 推进按需计算概念。Licklider 创建高级研究计划局网络,互联网前身,连接美国各地计算机,使用户能从远程位置访问数据
- 1970 年代首个虚拟机 (VM) 是另一大步。VM 使单一物理设备内运行多系统成为可能,这一概念对云计算进步影响巨大
- 1980 年代,Google、Amazon、Microsoft 进一步推进在线服务
- 1990 末至 2000 年代初,行业巨头开始通过互联网提供服务(主要是可下载软件和在线文件存储)
- 1999 年,Salesforce 成为首家从网站交付商业应用的公司
- 2006 年,Amazon 推出 AWS,首个像今天这样的云服务。随后其他主要科技巨头也推出自有云产品
云计算如何工作?
从消费者视角,云工作方式简单。只要有可用互联网连接,最终用户即可访问云端文件。
从云提供商视角,运营更复杂。云计算基础设施有两大核心组件:
- 前端使最终用户能访问和管理云端数据。此组件包含消费者可见的所有元素,如浏览器、Web 应用 GUI 等
- 后端负责安全存储和共享数据。此部分包含提供商托管数据所需的所有设备(存储、专用服务器、操作系统、网络、安全协议等)
后端运行在能处理数百或数千用户的大型数据中心计算机上。中央服务器管理前后端通信。该服务器:
- 使用中间件管理客户端设备与云服务器间链路
- 使用互联网与消费者共享数据(除非设计有私有网络)。连接必须具备高带宽、极低延迟、顶级网络安全
- 依赖严格云安全协议促进数据安全交换
云高度依赖虚拟化和自动化:
- 服务器虚拟化使系统能抽象和配置现成 IT 服务
- 自动化为用户提供高度自助服务,以配置资源、连接服务、部署云工作负载
云计算特征
云计算最显著特征:
- 按需自助服务配置:消费者随时决定需要变更即可启动资源,云几分钟内自动更新。客户想调整系统时无需联系提供商
- 托管服务:除非您运行内部私有云,使用云资源属于托管 IT 服务。消费者无需担心维护硬件、保持软件更新、管理交付网络
- 按需付费模式:企业通常按需付费购买云服务,类似支付电费。按需购买多少服务
- 终极扩展性(向上和向下):消费者可随需求增加扩容资源,随需求减少缩容。增减资源无需重启服务器,故更新基础设施不导致停机
- 远程访问:用户能从有互联网连接的任何位置访问云端数据
- 多租户:每种云类型允许多租户共享同一物理基础设施。视设置而定,云面向公众开放或限制给符合特定标准的用户(如特定公司员工)
- 转向运营支出:云工作意味 IT 成本不再归属资本支出。了解为何这应让您振奋,阅读 CapEx vs OpEx 文章
- 工作负载弹性:云环境中创建冗余资源快速简便,易于防止数据丢失。系统也能快速从中断恢复(如数据泄露尝试或注入勒索软件)
云计算类型
按部署和服务模型有不同云类型。非每个选项都适合所有人,了解每个模型提供的内容对选择长期成功的平台至关重要。
按交付模型分类
先看不同云部署类型。有七种选项:
- 私有云
- 公有云
- 裸金属云 (BMC)
- 虚拟私有云 (VPC)
- 混合云
- 社区云
- 多云
私有云
私有云资源仅对特定用户群可用,通常为同一组织员工。私有云运行于本地数据中心(使用云公司的办公室)或第三方托管中心内。
私有云要求所有者构建和维护底层基础设施。此模型提供与其他云相同的通用性和便利性,但策略使您能将硬件管理和安全措施保留在内部。
公有云
公有云模型下,服务提供商拥有和管理所有硬件、软件和支持基础设施。供应商通过互联网向最终用户交付 IT 资源(服务器、存储等)。
第三方提供商按需销售公有云服务,通常按服务使用分钟或小时计费。客户仅为消耗的 CPU 周期、存储和带宽付费。
裸金属云 (BMC)
裸金属云 (BMC) 是裸金属与云计算的混合体。BMC 提供对裸金属硬件的直接访问,结合云计算的自助服务特性。与其他云计算模型不同,BMC 无虚拟化开销,仍能在 2 分钟内部署云原生环境。
裸金属云目标是提供裸金属资源所有优势,结合云计算灵活性。BMC 通过基础设施即服务 (IaaS) 模式交付。
虚拟私有云 (VPC)
虚拟私有云融合公有和私有产品——VPC 用户拃有对公有云隔离段的专属访问。此模型在价格和功能上是私有和公有模型的折中。
通过安全连接(通常 VPN)访问专用 VPC 段,拥有比“原生”公有云更多安全功能(自定义防火墙、IP 白名单等)。
混合云
混合云结合不同本地和云环境(本地托管、托管、公有云、私有云等)创建统一 IT 环境。所有集成系统相互通信,强调编排和自动化功能。
建立混合云比私有云复杂,有独特挑战。但努力值得,因您可将每个工作负载置于理想 IT 环境(如关键任务工作负载跑私有云,用公有云处理需求峰值或爆发)。
社区云
社区云是支持具有相同顾虑或目标特定用户群的共享环境(如相同使命、网络安全要求、合规规则等)。
此模型在本地运行(单一或多租户组织共享)或第三方设施。无论托管何处,社区云通常不对公众开放。
多云
多云是用户依赖多个云提供商而非单一供应商的环境。您可基于以下因素从各提供商中挑选最佳服务:
- 服务价格
- IT 和数据中心需求
- 主要用户群位置
无论您想最小化中断还是利用特定提供商定价,多云都是值得考虑的选项。但存在特定安全风险,启用多供应商前确保团队考虑云计算安全。
按服务类型分类
每个云计算服务属于以下四类之一:
- 基础设施即服务 (IaaS)
- 平台即服务 (PaaS)
- 无服务器计算(或功能即服务 (FaaS))
- 软件即服务 (SaaS)
提供商常称这些类别为“栈”,因它们层层叠加。
IaaS - 基础设施即服务
基础设施即服务 (IaaS) 意味消费者通过互联网购买原始计算硬件访问权。IaaS 提供通常运行在提供商数据中心的基础设施组件,如:
- 计算资源(CPU 和内存)
- 数据存储
- 网络硬件
IaaS 还提供配套服务,如:
- 服务器监控
- 日志访问
- 网络安全措施
- 负载均衡
- 集群
- 托管服务
- 灾难恢复即服务、数据备份和复制
IaaS 提供最基础计算服务,故客户公司内部团队必须具备高水平 IT 专业知识才能高效运行系统。
PaaS - 平台即服务
平台即服务 (PaaS) 是提供商向用户交付硬件和软件工具的云计算服务。大多数 PaaS 基于 Web 的工具辅助开发,最终用户通过 API、Web 门户或网关软件访问。
例如,客户可能在云提供商服务器上开发电商网站并托管其关键方面(含网页设计、购物车、结账系统等)。PaaS 供应商提供所需工具:
- 应用设计和开发
- 软件测试和部署
- Web 服务和数据库集成
PaaS 提供 IaaS 包所有组件,另托管和管理客户创建和运行应用所需的操作系统和中间件。PaaS 实现快速开发,故此模型也为整个软件开发生命周期提供按需环境。
无服务器计算(或功能即服务 (FaaS))
无服务器计算模型下,提供商负责配置、管理和扩展云基础设施。开发者专注编写代码,而基于事件的服务(如 AWS Lambda 或 Azure Functions)处理执行。客户仅为函数执行的事务数付费。
同 PaaS 一样,提供商负责所有例行管理(操作系统更新补丁、安全管理、容量规划、云监控等)。正确应用时,无服务器计算带来:
- 更低开发成本
- 更快发布时间
- 内部团队更大灵活性
名称稍有误导。无服务器计算不移除服务器使用,但客户团队无需涉足硬件。开发者仅专注创建应用和事件处理例程,这也是无服务器计算常与NoOps 运动关联的原因。
SaaS - 软件即服务
软件即服务 (SaaS) 意味客户在云端运行完整应用,提供商通过互联网向最终用户提供。Google Docs 是最著名 SaaS 例子。
作为云计算最广泛形式,SaaS 使客户只需考虑业务和客户如何使用软件,而非如何交付或维护它。
云计算的优势与劣势
像所有技术,云计算有利有弊。看最显著的优劣势。
云的优势
云计算主要优势:
- 无前期投资:使用云意味无需购买托管设备、建立足够本地设施。也无需承担公用事业成本(如电力)或雇佣熟练 IT 管理员团队
- 停机风险更低:云提供商有本地无法保证的正常运行时间标准
- 数据可访问性:云使员工能从任何位置或设备访问资源和数据。此特性使云天然契合远程优先团队和 BYOD 政策公司
- 易于扩展:使用云的企业能基于当前需求扩缩 IT 资源
- 无额外开销:团队可监控云资源使用确保无不必要支出
- 备份更简易可靠:数据驻留云端后,所有备份和灾难恢复 (BDR) 目标更易达成
- 团队协作改善:云让员工快速轻松共享文件。减少 U 盘、大量下载、邮件附件需求,从而降低攻击面
- 顶级性能:云服务运行在最新计算硬件上,云端应用性能高
- 全球扩展性:拓展新市场或特定位置用户群增长时,向该区域部署新服务器即时满足当前需求
- 无限存储:云存储永不耗尽
- 数据安全:云提供商提供许多高级功能确保高数据安全。这些措施对大多数公司非现实的内部选项
云的劣势
使用云计算主要缺点:
- 永不拥有设备:云建设比建立本地服务器室便宜,但开支随时间累积。几年后可能回首发现所有 DCO 资金本可用于私有托管设施
- 云很复杂:私有云、多云、混合架构难设计、搭建、防护、管理。全押注雄心勃勃云项目前确保内部团队有足够技能
- 无网络无访问:仅需互联网连接访问数据既是优势也是顾虑。离线时无法访问云,直到重新上线
- 供应商锁定:在第三方提供商建立工作负载,时间久了可能遭遇供应商锁定。此问题阻碍在不影响托管应用前提下切换供应商。常见问题包括长时间停机、软件不兼容、昂贵云迁移
- 控制有限:提供商拥有和管理云。若这种甩手掌柜模式不适合您(或在办公室建立私有云)
- 合规问题:在第三方设施托管数据时,有时难满足行业特定法规
- 安全和风险顾虑:提供商虽大力投资保障数据安全,但云计算要求与第三方共享数据。您无直接控制或完全可见数据存储,引入新风险
云计算应用场景
云可服务于任何 IT 角色,但某些用例更合理。最常见云计算应用:
- 在线存储平台,让用户上传、查看、共享文件。这些系统面向公众或保留供企业使用
- 在线会议应用,为分布全球员工提供流畅视频会议和屏幕共享
- 有使用量突发峰值的电商网站(如假日季业务更旺的在线商店)
- 使用多云策略与地理分散受众交互的娱乐应用(在线游戏网站或流媒体服务)
- 部署现成软件测试和开发环境(在 CI/CD 和 DevOps 背景下尤为宝贵)
- 运行在微服务和容器上的云原生应用(如 Docker Swarm 或 Kubernetes 上运行的软件)
- 让大量用户连接并分享视频、图片、动态等的社交媒体应用
- 公司部署给员工的虚拟桌面 (VDI)
- 提供各类云端艺术服务的应用(如即时设计、图片编辑、打印等)
- 在云端分析数据查找并清除恶意软件和其他网络威胁的反病毒应用
- 需近乎实时响应的 GPS 系统
- 实时追踪支出、利润、亏损的会计软件
- 无论发件人收件人身处何地都能确保顺畅沟通的邮件应用
- 在线学习平台、远程教育项目、学生信息门户
- 各类医疗用例(存储共享患者数据、预约挂号、发送邮件提醒、医疗数据分析等)
- 追踪全球货运的邮政服务软件
- 云端数据备份和灾难恢复
- 需快速数据分析的机器学习和 AI 用例(如 AI 驱动大数据分析)
最著名的云计算案例
以下是依赖云计算的最流行、最广泛使用的服务:
- Google Drive 和 Microsoft 365 利用云让用户从任何位置、任何设备访问文档、媒体文件、演示文稿、电子表格
- Apple iCloud 提供云端在线存储和邮件、联系人、日历等备份。应用还提供 Mac 和 iOS 设备间文件同步
- Zoom 是基于云的视频音频会议平台。应用录制会议并保存至云,用户随时随地访问。Microsoft Teams 和 GoToMeeting 也依赖云计算
- Dropbox 是完全依赖云的简单文件同步和存储服务
- Slack 是连接同一工作场所所有员工的云端消息平台
- Sophos Endpoint Protection 和 Kaspersky Endpoint Security Cloud 是两款最流行的云端杀毒程序
- Skype 和 WhatsApp 利用云远程访问数据能力
- Salesforce 是基于云的 CRM 工具,帮助企业管理客户关系、生成更多销售线索
- Netflix 使用 AWS 为全球客户提供数十亿小时服务
- AWS Lambda 让开发者无需配置或管理服务器即可为应用或后端服务运行代码。Google Cloud Functions 和 Azure Functions 提供类似无服务器服务
- Chromebook 是以云为中心的设备,仅有足够本地存储和算力运行 Chrome OS。Chromebook 所有存储内容都上云
您应知的云计算统计数据
以下是关于当前云计算市场值得了解的几项统计:
- 超 74% 科技公司称云计算对业务产生可衡量影响
- 中小企业报告云计算比同等本地系统节省 40% 成本
- 近 82% 使用云的公司报告效率和团队生产力提升
- 平均企业依赖约 1,400 个云端应用。平均员工每周使用 36 项云服务
- 超 90% 企业报告采用云后安全提升、合规更容易
- 2021 年底云数据中心处理了 94% 所有工作负载
- AWS 占 31% 云市场份额,Microsoft Azure 20%,Google Cloud 7%
- Google Drive 为全球最常用云存储服务,94.44% 网民依赖。Dropbox 第二(62.2%),OneDrive 第三(39.35%)
- 近 92% 使用云的组织有多云策略
- 平均公司 IT 支出约 1/3 用于云计算服务
- 云使用三大主要问题:安全 (83%)、云支出管理 (82%)、治理 (79%)
- 企业主称约 30% 云预算浪费,解释近期对云成本管理工具的关注
- 企业推进云使用三大目标:迁移更多工作负载 (70%)、优化当前云成本 (59%)、追求云优先战略 (50%)
- 人为错误导致云中 88% 安全故障
云计算的未来
云计算是不断演变、易变的行业。未来几年预期概览:
- 云计算市场价值将在2022 年底达 $6,233 亿。2025 年将超 $8,320 亿(那年云将存储超 100 ZB 数据)
- 2025 年专家预测企业将 95% 所有新工作负载部署在云原生平台
- 提供商将继续争夺市场份额,公有云产品将持续演进。研究显示入门级 IaaS 将见最大变化,因供应商寻求提供超越普通计算和存储实例的服务
- 公司将开始更信任云计算服务。目前约 48% 企业愿意在云存储机密数据(常规和加密数据)。这数字未来几年将持续上升
- 无服务器计算将继续流行,因公司意识到完全解放团队脱离基础设施管理的价值
- 更多公司将使用公有云进行大数据处理。提供商已推出海量数据集处理解决方案(如 Google BigQuery 和 Microsoft Azure Data Lake)
- SaaS 将在所有云服务类型中涨幅最大。预计 2024 年 SaaS 产品市场将接近 $2,000 亿
- 企业将越来越多转向云端 AI 和机器学习服务。中小企业受益最大,因无法内部创建此类软件
- 边缘计算将继续增长,成为必须实时处理数据的云应用首选方案
云计算不会在可预见未来消失
云计算完美吗?肯定不,但其优势远大于劣势,预期云将继续在 IT 中扮演关键角色。技术为缺乏足够 IT 技能的团队打开许多原本紧闭的大门。加上云降低 IT 成本的能力,清楚这技术在可预见未来不会消失。
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