弹性计算在数据面上的关键技术有哪些？

1)客户机操作系统。客户机操作系统是弹性计算数据面上的主要接口，为用户的应用提供标准化的运行环境。弹性计算一般提供主流操作系统的镜像，其中包含适配底层的虚拟化和物理硬件所做的定制和优化。为了让这些定制和优化更加极致地为用户提供卓越的性能和体验，领先的云服务提供商都会推出自己的操作系统发行版，例如阿里云就推出了 Aliyun Linux。通过剪裁不必要的功能、模块和软件，针对自身的物理硬件和虚拟化技术做定向的优化，再搭载其特有的增值能力，例如安全加固和可服务性提升工具，Aliyun Linux 已成为阿里云弹性计算技术栈上重要的一环。

2)软硬一体的虚拟化平台。虚拟化是弹性计算数据面上的核心技术，经历了几代技术变迁，最新一代已经演进到了软硬一体的虚拟化平台，例如阿里云的神龙计算平台。该技术通过专用的硬件将原来在物理机上运行的网络、存储、管控等负载，完全下沉到定制的计算节点上并进行硬件加速，性能更好;而主机侧运行高度定制和“瘦身”的 QEMU 及 KVM 的虚拟机管理程序，使得物理机上的资源可以最大限度地被释放并用于售卖。

3)异构资源虚拟化。异构计算加速是近年来的热点技术之一，被认为是处理多媒体、大数据和机器学习的利器，目前主要形态包括 GPU、FPGA 和 NPU 等。早期的异构计算走硬件直通的路线，随着 GPU SR-IOV 虚拟化和分片虚拟化技术的支持，vGPU 已经成为现实。FPGA 虚拟化技术更加复杂，不仅依赖 CPU 和系统软件虚拟化，还依赖 FPGA 的逻辑编程硬件抽象接口 Shell 实现硬件虚拟化的能力。而实现这些异构计算能力的池化是未来的重要技术发展方向，可进一步提高异构资源部署的灵活性和利用率。

4)超高速云盘。云盘是云服务器常用的块存储设备形态，具备高可用、高持久、易运维、使用灵活等诸多优点。如何让云盘具备可以与本地盘媲美的高吞吐 和低延时，则颇具挑战。例如阿里云的 ESSD 云盘基于计算和存储分离架构，存 储端使用自研的分布式文件存储系统，而计算端采用多线程多队列轮询(Polling)，VHost-User 新一代 I/O 虚拟化，软硬一体化的高性能用户态网络协议栈服务等机制，实现了超高 IOPS 、超低时延的云盘，为 I/O 密集型应用提供了一个更好的选择。

5)VPC 网络虚拟化。VPC 相当于一套虚拟的数据中心网络。如何实现同时具备 强隔离、高性能、高可用和可扩展的虚拟网络，是一项巨大的技术挑战。以阿里云自 研的洛神系统(注:虚拟网络管理系统)为例，其控制面具备超大规模虚拟网络管理 能力，用户通过 API 能够进行网络实时变配，秒级响应业务流量的弹性伸缩; 洛神系统的数据面基于软硬件协同技术，具备高吞吐、低延迟的特点，使得云服务器的网络性能能够与物理机相媲美。另外，洛神系统基于数据驱动的管理平面能够自动分析和定位链路故障，通过冗余链路实施秒级容灾切换，在网络可用性指标上相比物理机具有更大优势。

6)轻量级安全沙箱。轻量级安全沙箱为云原生应用而生，启动快、资源占用少，且安全隔离性好，是运行在容器上的应用的最佳选择。目前社区中存在多种技术路线，例如基于 Kata Containers 的 Micro VM 方案、基于进程虚拟化的 gVisor 方案，以及基于 Unikernel 的方案。阿里云的弹性容器实例就是运行在自研安全沙箱中的。这项技术充分利用了虚拟化层的技术和能力，并可对垂直业务场景实现端到端优化，是阿里云面向云原生时代的关键基础技术。

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