从CPU/OS到虚拟机和云计算

　　关于软硬件谁为主导这个话题，套用一句谚语就是三十年河东三十年河西，风水轮流转。软件和硬件一定是相互促进、相互拆台又相互搭台的。一些之前被诟病的上层架构，或许若干年之后会被发现成了最合适的选择，而再过若干年，又会变得不合适。软件定义亦或是硬件定义，同样也是这样，硬件定义的结果是性能够强但是不灵活，此时软件定义便会开始酝酿翻盘，但是任何事情都有惯性，软件“过度”定义之后，会发现很多事情搞不定，还得靠硬件来加速一下，此时开始进入硬件定义周期，然后循环往复。我们可以用几个例子来窥探一下这种规律。

　　CPU和OS

　　一对不离不弃的夫妻，阴抱阳，阳抱阴。一开始没有所谓中断，更没有所谓OS，只有顺序执行指令计算机和被写死的程序，很不灵活。后来才有了OS，CPU先执行OS这个大循环程序，然后载入所需要执行的用户程序执行，执行完退出，可以继续载入其他程序执行。哪怕最简单的OS要想玩转，CPU起码也得至少提供IO和时钟中断机制。OS呱呱坠地，就得不断长大，不断地进化，单任务不灵活，就得多任务分时执行，所有任务共享内存空间，导致了安全性问题，这就不得不引入虚拟内存技术，所以软件越来越复杂，性能逐渐就不行了。此时CPU出来说话了，我来搞定虚拟内存，提供页表极致，提供专用的控制寄存器，并提供专用的查表加速硬件部件。多任务分时OS的生产力被初步释放，但是性能还是较差，还得依靠CPU搞定。CPU继续发力，引入超线程技术，让多个线程的代码可以并发执行，这得益于流水线的设计;为了能够更好的实现线程并发执行，后来继续出现多核心多CPU的SMP技术， OS不得不做出改动。但是多CPU/核心并不是任何时候都很高效地并发多线程的，随着软件复杂度提升，线程同步、缓存一致性等问题导致需要大量状态和数据同步，传统的共享式的前端总线效率太低，所以不得不改为交换式Fabric比如IntelQPI，访问内存经过太多跳器件效率上不去，所以也改为直连CPU分布式共享架构，这也是当今的形态。再往后会怎么发展，应该可以顺着惯性往前推导一下，交换式Fabric的出现，意味着CPU和CPU之间可以离得越来越远，只要有足够高速的链路连接，这一形态其实就是大型NUMA计算机的形态了。这一形态的轮回意味着软件架构的变化，传统领域需要高性能的场景不得不使用大型机、小型机，但它们是极其昂贵的——就是因为不开放，而且又不可能像互联网领域一样投入开发资源在分布式系统上定制化自己的应用。而开放式大型NUMA系统出现之后，可能之前的被“过度”定义了的分布式系统生态又会沉寂下来，这个循环进入新的周期纪元，在这个纪元里，曾经光鲜的分布式系统可能会被新生代工程师/架构师认为是一种很不可思议的“野路子”：“你看，以前这种架构，好坑爹啊!”。这就像我们现在回头看之前的有些设计一样，也会感觉到不可思议，那时候的人都这么“脑残”么？恩，如果换了你回到那个时代，或许更脑残：)。不管谁脑残，一个事实是始终不变的，那就是硬件性能的绝对值是一直直线上升的，不管分布式还是集中式。