应用边缘集成:演进研究

F5生态系统 | 2021年6月07日


飞行:趋同进化的实践体现

我们大多数人都曾梦想能够飞翔。事实证明,进化似乎也有同样的“梦想”。无论是为了躲避捕食者、更高效地觅食,还是进行长距离迁徙,飞行能力都一再展现出对多种动物的重要价值。飞行的用处如此之大,出现得又如此频繁,以至于进化不断探索实现飞行的不同路径。如今,我们可以看到三类动物各自独立演化出了飞行能力:昆虫、鸟类和哺乳动物(蝙蝠)。这三类动物分别沿着不同的演化路径获得了飞行能力,而它们如今的飞行方式也反映出各自在具备飞行能力之前的祖先形态。以昆虫为例:昆虫的祖先具有外骨骼,其密度低且呈层状结构,因此在不同方向上的抗拉强度各不相同。于是,昆虫在向飞行演化的过程中利用了可变形的翅膀,这种方式充分发挥了现有结构密度低、抗拉强度因方向而异的特点。相比之下,羽毛的出现是鸟类演化出飞行能力过程中的关键“技术”。羽毛最初的出现纯属巧合,源于一类温血恐龙需要类似毛皮的材料来保持体温。直到后来,羽毛才意外成为实现飞行的有利“技术”。最后,蝙蝠是较晚演化出飞行能力的动物类群,其飞行方式源于会滑翔的哺乳动物逐步演化而来,但尚未经历漫长岁月的演化适应。

这个故事还有一个有趣且值得注意的补充:当人类最终借助机器实现实用飞行时,采用的却是截然不同的方法,即利用轻于空气的气体产生升力,或使用汽油发动机驱动高速运动的翼型。

这很有意思,但它与边缘有什么关系?

从演化思维的角度来看,应用交付在过去20年走过的历程,也是一段趋同演化的历史。更具体地说,这些年来涌现了多种交付技术。回顾过去,这些技术都是迈向如今逐渐成形的应用边缘所经历的早期萌芽阶段。

内容分发网络(CDN)是其中许多早期技术的前身。可以说,推动这项技术发展的“进化生态位”,是向规模庞大的消费端客户群体交付大量相对静态的数据,通常包括大型图像以及流式音频和视频。解决方案是将大型数据文件的缓存副本放置在多个地理位置分散且更靠近客户端设备的地点。这样可以从计算和带宽两方面将交付工作负载从单一的中央数据中心分散出去,同时降低延迟,并使延迟更可预测。

如今,随着应用不断发展并深度融入日常生活,改善客户应用体验的需求持续推动降低延迟和增加带宽。然而,基本规则也已发生变化并不断演进。正如气候和地理环境不断推动自然界的适应性变化,应用交付需求的变化也在推动所需解决方案随之改变。现代应用交付需求早已超越基本的CDN场景。如今,更复杂的用例不仅需要交付简单的静态内容,还对计算能力和交互性提出了要求。视频会议和电子交易就是具有更高要求的应用示例。更广泛地说,业界正普遍转向单页应用(SPA)模式。在这种模式下,应用由多个不同的Web服务聚合而成。为了保持丰富的用户体验,所需的分布式资源必须比单纯的静态存储更为强大。随着环境向这些新用例“演进”,多种现有市场解决方案也相应趋于融合,不断调整以更好地适应这个新兴且具有商业潜力的“进化生态位”。这正是“趋同进化”概念在技术领域的对应体现。

这些既有解决方案中的第一类是前文提到的CDN。它们在演进中作为既有方案的“优势”,在于拥有由大量现有CDN节点构成的庞大基础设施;其“演进”路径是增强现有节点,使其不再仅专注于类似缓存的存储,而是提供由文件、数据库和对象存储等多种存储技术组成的更均衡组合,并与可处理这些存储中数据的计算资源相结合。

第二类现有市场解决方案来自公有云提供商。其“优势”在于拥有由计算、存储和带宽资源构成的强大生态系统,以及相应的灵活资源使用模式。例如,AWS提供多种数据库技术,支持通过基于服务器或无服务器模式使用计算资源,拥有丰富的身份和身份验证处理技术,并提供日志记录和报告、可视化、数据建模等多种辅助服务。然而,其“演进差距”在于,接入点数量不及现有CDN厂商,因此无法实现同等广度的分布。

在接入点数量规模的另一端,是移动服务提供商(MSP),尤其是正在部署5G基础设施的移动服务提供商。大型MSP计划部署数万个移动接入点,每个接入点都是进入核心网络的入口。除了在分布范围和规模方面具有“优势”外,这些接入点还具备计算能力和有限的存储容量;但直到最近,这些计算和存储资源的用途仍较为有限,主要用于满足MSP自身的基础设施需求。因此,MSP需要弥补的“差距”是转向一种可向外部应用开放计算基础设施的计算模式,并增加更多存储能力。

边缘图示

重返飞行,以及人类为何采用了不同的方法

上述历程体现了一个自然、渐进的演化过程。然而,演化过程中有时也会出现“改变规则的因素[1]”,它们会打破原有的演化进程,促使人们重新审视线性发展路径。在人类探索飞行的过程中,能够快速提供大量动力的系统(例如汽油发动机),加上可制造坚固轻质合金的材料与工程技术,使人类得以重新构想如何应对飞行这一挑战,从而改变了自然界演化出飞行能力的既有方式。

回到边缘这一概念,前文关于应用交付的论述一直侧重于卸载“服务器”端的工作,也就是交付链中从服务器接收请求开始的部分。具体而言,由于现有解决方案具有一种“演进倾向”,即其价值在于减轻应用服务器的负担,因此关注点实际上一直是卸载和分配为响应“客户端”客户请求而执行的计算和内容交付工作。

不过,如果我们不再仅仅将这些分布在不同地理位置的接入点视为减轻服务器负担的计算节点和缓存,即“应用代理”,而是同时将其视为同等关注传入客户端请求的控制点,并根据应用需求将这些请求映射到适当的基础设施及计算或缓存节点,情况又会如何?例如,云文件备份等可容忍延迟但需要高带宽的应用,其路由方式可能不同于在线游戏等带宽需求较低但对延迟敏感的应用。需要中央数据交换中心的银行应用可能会被引导至中央数据中心。当我们不再认为边缘只是用于减轻服务器负担,而是将其视为通往通用服务器和接入节点环境的入口时,我所说的“应用编排器”这一概念便自然形成了。

让我们造一架飞机,而不是扑翼机

人类最终实现实用飞行,并非采用机械化的仿鸟方案(达·芬奇著名的“扑翼机”),而是思考如何更好地利用当时最合适的技术,将机翼与汽油发动机相结合。同样,随着无处不在、分布式且服务丰富的边缘兴起,我们也应思考如何重新构想应用基础设施。随着这一新兴能力的价值日益显现,也越来越易于采用,应用所有者和运营人员将开启应用演进之旅的下一阶段。由此带来的“变革性”事件,是边缘从单纯充当应用服务器的代理或功能大幅增强的应用缓存,颠覆性地演进为成熟的应用编排器。这将为应用生态系统开启大量新的可能性,后续文章将对此展开探讨。

展望未来,我希望分享这样一种愿景:让边缘承担应用编排器的角色,从而以更具声明性、由意图驱动的方式定义每个应用的预期行为,并推动应用基础设施和应用客户体验的优化。例如,某个侧重增强现实技术的应用可能会指定一项优先考虑延迟和带宽的策略;金融应用可能会优先考虑可靠性或集中化;其他消费级IoT应用则可能侧重于运营支出管理。更广泛地说,拓展边缘的角色并将其用作应用编排器,也能使边缘成为实施安全策略和可见性的合理位置,从而实现许多应用所有者的另一个愿景,即不受基础设施限制的应用控制。


[1]以氧为基础的代谢机制的发展就是一个很好的例子,不过这个故事只能留待以后再讲。

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