云原生2.0加速：分布式云探寻全面云化的通路
企业数字化转型成为势不可挡的浪潮，尤其后疫情时代，各行各业都在积极数字化转型，谋求新的市场环境下的生存空间。据 Gartner 预测，2021 年中国 IT 支出将达到 3.09 万亿，相比 2020 年增长 7.7%。市场需求的不断升级，促使云基础设施服务市场快速响应。
经历以“设备”为中心的服务器阶段，以“资源”为中心的云化阶段，企业数字化转型进程如今来到以“应用”为中心的云原生化阶段。降低人力依赖度，提高资源运维效率，降低部署繁杂度，提高应用便捷度，以及更加智能和安全可信，成为“云原生 2.0”区别于此前的主要优势。
在 4 月 8 日的华为云 TechWave 全球技术峰会上，华为云对去年提出的“云原生 2.0”进行进一步解读：全面云化和全栈智能是实现企业数字化治理的基石。换句话说，迁移平滑、运维稳定、开发便捷则是企业数字化转型的底色，分布式云 x 云原生在当下普遍被认为是企业实现数字化治理的有效通路。
5 月 31 日，华为云线上举办 TechWave 云基础设施专题日，基于云基础设施新范式进一步解读分布式云、云原生基础设施产品及背后黑科技，首次亮相分布式云操作系统瑶光。
华为云分布式云具备四个关键特点：一张分布式网络满足便捷安全接入，一致运行环境构建无差别体验，一套管理体系应对精细化企业治理，一朵分布式云实现全场景覆盖。
具体而言，一张分布式网络，指的是实现企业 IDC 到公有云环境的便捷和安全接入，构建企业多种组网环境之间的高效互通；通过 VPC 云边内网互通，中心云服务与企业机房本地应用实现无缝互访，且可分钟级按需发放到边缘。
在华为云分布式云产品经理郑梁看来，这意味着物理分布，逻辑归一的分布式 IT 架构，典型场景如中心训练、边缘推理；本地数据脱敏后，还可以将数据回传中心数据湖，持续增加训练样本迭代优化。
这种分布式 IT 架构的实现，依托于华为云擎天架构，提供一致的运行环境。部署的便捷和运行的按需弹性服务，是分布式云给予的保证。在企业日常运营中，本地部署可以满足数据低延迟的诉求，一旦出现流量洪峰，本地数据库和中心 Region 协同工作，缓解流量压力。
由于企业所处行业、组织架构不同，满足统一资源统筹和业务管理的诉求往往不易实现。华为云基于自身实践和对政企客户的深入了解，推出基于分布式云的管理体系，通过 EPS 和 IAM 的能力，构建一张整体管理视图，在人、物、财三方面实现精细化权限管理，匹配企业多层级、多部门的组织模型和管理诉求；通过 RMS 和 CES 能力，对整个分布式云统一资源管理和运维监控，进行精细化治理。
在不同业务场景的部署上，这朵分布式云有多种表现形式：中心 Region、智能边缘云 IEC、智能边缘小站 IES、智能边缘平台 IEF 和专属 Region。如果按照网络的概念来类比，中心云类似骨干网的核心节点，智能边缘云类似于城域网节点，各类企业的现场边缘类似于接入网。
其中，中心 Region，服务丰富，满足集约效应和规模弹性；智能边缘云 IEC 提供小于 10ms 网络接入时延，实现热点区域的广覆盖和多线接入能力，满足就近接入及稳定低时延诉求，据郑梁介绍，IEC 帮助国内某头部直播平台实现转码质量提高 20%，带宽成本节省 50% 以上。
区别于前者，智能边缘小站 IES，把云服务延伸到企业数据中心，满足数据本地化和极低时延的要求，目前具备 4 节点起步的能力，可无缝拓展至 16 柜，支持 10+ 云服务，提供小于 5ms 的本地时延，能实现整柜到货、4 周内快速交付。中图云创通过本地部署智能边缘小站 IES，在落地“全景新阅读”的沉浸式体验时，为 VR 设备提供端到端<30ms 稳定低时延，节省 30% 的带宽成本。智能边缘云 IEC 和边缘小站 IES 的运维皆由华为云来负责。
智能边缘平台 IEF 更轻量化，向上支撑应用，向下封装资源，目前支持包括电力、交通等行业在内的 200+ 智能应用。在已经落地的全国高速取消省界项目中，实现了 7.4 万边缘节点，48 万边缘应用“一张网”管理，比传统方式提效 10 倍，使车辆省界通行时间从 15s 降低到 2s。
专属 Region 主要面向大型政企治理诉求，提供全栈数字化转型底座。已经可以看到的实例是，中国一汽部署专属 Region 后，整体运维效率提升 40%，通过使用全栈云服务，满足了企业办公、数字化营销、车联网、智慧出行等业务部署的要求。
这些服务的实现，底层扎根于华为云擎天架构，顶层则依靠华为云瑶光分布式云操作系统的统一调度、管理和分发。
瑶光是华为云在 2019 年底发布的国内首个分布式云操作系统，相当于华为云的“智慧云脑”。
在整体设计上，华为云瑶光的关键架构包含多个层次：顶层是智能资源经营系统，二层是多目标优化系统，三层是全域调度系统，四层是对分式云站点管理，最小单元则是对多元硬件的管理，已经率先实现对 x86、鲲鹏、昇腾等多样性算力的兼容。这五层系统，基于端到端的仿真平台，进行算法的训练仿真与迭代，实现分布式云操作系统的自学习和自调优。
瑶光的存在，目标实现全域资源供给极优，多样性算力使用极简。其中一大的难点在于，公有云租户对于云厂商们而言，动态变化的陌生租户业务类似一个黑盒，难以进行有效画像和预测。针对这个问题，瑶光构建了端到端的资源控制系统。
其通过采集 CPU 微架构、利用率、操作系统内核等指标建立 QoS 量化模型，实时监测每个实例 QoS 干扰水平，然后通过将“对抗学习”和“知识迁移”相结合。其中，华为云自研的特征识别 CDA-WGAN 算法能将业务特征识别准确度提升 10% 以上，瑶光使用的自研 METRO 多维时序预测算法，与常用的开源算法相比能提升 40% 的准确，降低 70% 的误差。
此外，为了真正实现“一朵云”的全域调度并保障确定性 SLA，华为云开发了调度算法 DQA。DQA 通过对网络服务质量、计算资源成本、云站点资源均衡度分别建模，并在收益函数中进行统一计算，帮助业务时延降低 40%，同时成本优化达到 33%。同时，为了匹配动态业务诉求，华为云瑶光建立了包含机型设计、容量规划、资源分配等全链路仿真平台，为了匹配动态业务诉求，华为云瑶光建立了包含机型设计、容量规划、资源分配等全链路仿真平台。
华为云瑶光将“复杂”留给自身，将“简单”交给客户。
长期以来，云原生落地的两大拦路虎是技术的和管理的复杂性，到目前为止的相关实践都是对这两大难题的不断解码。容器技术作为近两年的热门，是云原生基础设施的核心。为了实现计算、网络、调度上的全面进阶，华为云研发了容器集群 CCE Turbo，并在今年为其装配容器卸载技术。
目前，华为云主要在 3 方面对容器引擎进行了优化，集群整体性能提升了 40%：瘦身容器引擎，剔除冗余部件，优化内部执行逻辑；大量优化 Kubernets 中的 Pod，如基于 rust 语言重写 shimv2 和 agent，减少进程数量；大量优化容器引擎代码减少内存消耗，提升容器的启动性能和 Cgroup 管理能力。
在网络加速方面，CCE Turbo 实现了容器到 VPC 的直接连通，弹性网卡 Trunkport 能力，并在此基础上对容器级的网络安全组的安全和效率进一步提升，新增安全组相关的 Kubernetes CRD 对象，简化容器安全访问规则配置。此外，华为云通过实现离线和在线业务的混合部署，及调度能力升级，提升集群资源利用率。
值得一提的是，在调度方面，CCE Turbo 实现了面向应用的智能化调度，通过 IO Aware 等调度算法优化、队列优化、Alloc_set 等策略，提升大数据和 AI 作业调度效率，将 AI、大数据类任务计算时间缩短 30%~40%。此外，华为云此前联合合作伙伴共同发布云原生服务中心 OSC，建立云原生服务生命周期治理规范并对接华为云应用市场。
据悉，OSC 规范下的云原生应用，可以发布到所有支持 Operator、HELM 标准的仓库中，同时，OSC 还自动对接华为云容器引擎、多云容器平台、监控、告警等服务，实现应用跨公有云、专属云全球化无差异部署。目前，已经有 130+ 数据库、中间件及行业应用基于 OSC 适配。
基于擎天架构，华为云基础能力迎来全面升级，在计算层面，发布全新的通用计算增强型云服务器 C7；在存储层面，对 SFS Turbo、Data+ 都进行了升级；在网络层面，发布独享型 ELB 和 CLOUD WAN 解决方案。其中，C7 在视频转码、图像渲染等场景性能提升了 30%，在 MySQL 等数据库场景性能上提升了 50%，在 Nginx 等网络服务器场景性能上提升了 60%。
此外，华为云还推出两款全新场景化解决方案：异构计算三维建模联合解决方案和 4K 影视云制作解决方案。其中，异构计算三维建模联合解决方案由华为云和瞰景科技联合打造，建模性能提升 30%，单次测量即可达到精度要求；4K 影视云制作解决方案可以帮助节目制作的端到端效率提升 30%，成本大幅降低，将大幅加速 4K 节目的普及。
帮助企业实现全面云化、拥有全栈智能的能力充满挑战，也是当下所有云服务商共同面临的长期课题。不局限交付位置，能够将公有云服务分发到业务所需位置，通过对不同节点统一管理，满足低延迟、本地化、多种混合场景的用户需求，分布式云 x 云原生的优越性已经显而易见。可以预见，分布式云 x 云原生的进展将在未来几年决定云的走向。
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