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精品文檔背景資料5從云計算到新企業(yè)數(shù)據(jù)中心(節(jié)選)主管督導者:Willy Chiu, IBM 軟件部“高性能隨需解決方案”(HiPODS)副總裁負責人:Jayashree Subrahmonia, jaysus.ibm團隊主管:Dennis Quan,HiPODS 高級技術(shù)人員,技術(shù)聯(lián)系人:Catherine C. Diep, Linda Legregni, Yuanhui Liu, Rahul Jain, Web 地址:/developerworks/websphere/zones/hipods/日期:2008 年 5 月 28 日狀態(tài):1.0 版摘要:本文介紹了 HiPODS 團隊如何從 IBM 的全球客戶云計算中心總結(jié)工作負載模式、最佳實踐以及可復用的資產(chǎn),以便為全新的企業(yè)數(shù)據(jù)中心構(gòu)建解決方案框架。我們描述了一種高級基礎(chǔ)架構(gòu)框架及其底層技術(shù)。我們還介紹了全新的企業(yè)數(shù)據(jù)中心價值陳述的示例,這些數(shù)據(jù)中心基于目前已構(gòu)建的云基礎(chǔ)架構(gòu)。Copyright IBM Corporation 2008摘要云計算是一種新興的模型,利用該模型,用戶可以在任何地方通過連接的設(shè)備訪問其應(yīng)用程序。由于簡化了用戶界面,基礎(chǔ)架構(gòu)對應(yīng)用程序的支持對于用戶而言是透明的。應(yīng)用程序位于可大規(guī)模伸縮的數(shù)據(jù)中心,計算資源可在其中動態(tài)部署并進行共享,以便能夠?qū)崿F(xiàn)顯著的規(guī)模經(jīng)濟。由于具有功能強大的服務(wù)管理平臺,因此在將更多的 IT 資源添加到云時,管理成本基本不會增加。隨著智能移動設(shè)備、高速無線連接以及基于瀏覽器的功能豐富的 Web 2.0 接口的不斷增加,使得基于網(wǎng)絡(luò)的云計算模型不僅切實可行,而且還有助于降低 IT 資源的復雜性。IT 行業(yè)的組織公布了形狀和規(guī)模各異的云計算成果,因而分析人員嘗試通過確定各種特征(諸如基礎(chǔ)架構(gòu)外包、將軟件作為服務(wù)以及下一代分布式計算)來描述這些成果。許多 CIO 都向 IBM 請教:該如何采用云計算的技術(shù)和管理方法來提高其數(shù)據(jù)中心的效率和靈活性。IBM 自上世紀 60 年代開始就一直引領(lǐng)虛擬化領(lǐng)域的潮流,最近又推出了“新企業(yè)數(shù)據(jù)中心”的設(shè)想。該設(shè)想結(jié)合了以 Web 為中心的云計算模型和當前的企業(yè)數(shù)據(jù)中心的優(yōu)勢。它可以采用以請求驅(qū)動的方式,為大規(guī)??缮炜s且異構(gòu)的虛擬化基礎(chǔ)架構(gòu)上的工作負載動態(tài)分配計算資源。出于安全性、數(shù)據(jù)完整性和事件處理方面的考慮,IBM 還會對該設(shè)想進行優(yōu)化。IBM 在企業(yè)數(shù)據(jù)中心和云計算方面都具有豐富的經(jīng)驗,因此是唯一能夠為客戶提供實現(xiàn)該設(shè)想的最佳解決方案的企業(yè)。IBM 的“高性能隨需應(yīng)變解決方案”(HiPODS)團隊一直以來都與全球領(lǐng)先的客戶(如 Google 和中國無錫市政府)合作,定義運行具有各種工作負載(從 Web 2.0 應(yīng)用程序到任務(wù)關(guān)鍵型事務(wù)處理系統(tǒng))的數(shù)據(jù)中心的最佳實踐。具體而言,IBM 與客戶合作,定義并增強用于運行大規(guī)模數(shù)據(jù)中心的框架,以支持用于托管范圍廣泛的應(yīng)用程序的關(guān)鍵功能?,F(xiàn)在,該框架包括對部署應(yīng)用程序和系統(tǒng)的復雜且耗時的流程的自動化、數(shù)據(jù)中心級別的虛擬化以及對高度數(shù)據(jù)密集型工作負載的支持??蛻粝M摽蚣馨嫦蚍?wù)的架構(gòu)上的可靠且安全的事件處理。新企業(yè)數(shù)據(jù)中心背后的原理同時適用于處理外包和內(nèi)部開發(fā)的數(shù)據(jù)和應(yīng)用程序組件。該框架受到 Web 2.0 客戶的啟發(fā),這些客戶通常擁有數(shù)十乃至數(shù)十萬的服務(wù)器,每天處理的訪問數(shù)以十億計。IBM 汲取這些客戶早先的經(jīng)驗教訓,以便為更廣泛的客戶實現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟并提供大規(guī)??缮炜s計算支持。我們在建立云數(shù)據(jù)中心方面所獲得的實踐經(jīng)驗為邁向新企業(yè)數(shù)據(jù)中心奠定了堅實的基礎(chǔ)。本文介紹了新企業(yè)數(shù)據(jù)中心的高級別基礎(chǔ)架構(gòu)服務(wù)框架以及底層技術(shù)支柱(如虛擬化、自動化、自助式門戶網(wǎng)站、監(jiān)控和容量規(guī)劃)。文中還討論了目前已構(gòu)建的數(shù)據(jù)中心的價值陳述示例。這些數(shù)據(jù)中心可以托管各種工作負載,包括 Java 2 Enterprise Edition(J2EE)應(yīng)用程序、軟件開發(fā)測試環(huán)境、數(shù)據(jù)密集型商業(yè)智能分析應(yīng)用程序,等等。簡介本部分回顧云計算的歷史,并介紹 IBM 對于新企業(yè)數(shù)據(jù)中心的設(shè)想。下一部分從第 5 頁開始,將介紹新企業(yè)數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)架構(gòu)框架,并討論虛擬化環(huán)境和基礎(chǔ)架構(gòu)管理。最后一部分從第 13 頁開始,將介紹現(xiàn)有的云基礎(chǔ)架構(gòu)及其應(yīng)用。云計算的演進當前,云計算是業(yè)界的一個重要話題。但它并不是革命性的新發(fā)展,而是歷經(jīng)數(shù)十載不斷演進的結(jié)果,請參閱圖 1。圖 1. 云計算的演進上世紀 80 年代末,開始出現(xiàn)應(yīng)用大量系統(tǒng)來解決單一問題(通常是科學問題)的情況,這就是網(wǎng)格計算的概念,而這種概念又導致向云計算的發(fā)展。很多人都問我們,網(wǎng)格計算和云計算到底有什么區(qū)別。它們之間的主要區(qū)別在于向工作負載提供所需資源的方式。 網(wǎng)格計算的關(guān)注重點是將工作負載移到所需的計算資源所在位置的能力,大多數(shù)情況下這種位置都是遠程的,而且持續(xù)可用。通常,網(wǎng)格是服務(wù)器集群,大型任務(wù)可拆分為多個小型任務(wù),以便在這些服務(wù)器上并行運行。從這個角度來看,我們實際上可將網(wǎng)格視為僅僅是一臺虛擬服務(wù)器。網(wǎng)格還要求應(yīng)用程序符合網(wǎng)格軟件的接口標準。 而在云環(huán)境中,計算資源(如服務(wù)器)可以根據(jù)其底層的硬件基礎(chǔ)架構(gòu)進行動態(tài)設(shè)置或調(diào)整,然后提供給工作負載使用。另外,云不僅支持網(wǎng)格,還可以支持非網(wǎng)格環(huán)境,如運行傳統(tǒng)的或 Web 2.0 應(yīng)用程序的三層 Web 架構(gòu)。到了上世紀 90 年代,虛擬化的概念已從虛擬服務(wù)器擴展到更高層次的抽象,首先是虛擬平臺,而后又是虛擬應(yīng)用程序。公用計算將集群作為虛擬平臺,采用可計量的業(yè)務(wù)模型進行計算。最近,“將軟件作為服務(wù)”(SaaS)將虛擬化提升到了應(yīng)用程序的層次,它所使用的業(yè)務(wù)模型不是按消耗的資源收費,而是根據(jù)向訂戶提供的應(yīng)用程序的價值收費。云計算的概念源于網(wǎng)格、公用計算和 SaaS 概念。這是一種新興的模型,利用該模型,用戶可以在任何地方通過連接的設(shè)備訪問其應(yīng)用程序。應(yīng)用程序位于可大規(guī)模伸縮的數(shù)據(jù)中心,計算資源可在其中動態(tài)部署并進行共享,以便能夠?qū)崿F(xiàn)顯著的經(jīng)濟規(guī)模。隨著智能移動設(shè)備、高速無線連接以及基于瀏覽器的功能豐富的 Web 2.0 接口的不斷增加,使得基于網(wǎng)絡(luò)的云計算模型不僅切實可行,而且還有助于降低 IT 資源的復雜性。云的優(yōu)勢在于其基礎(chǔ)架構(gòu)管理,虛擬化技術(shù)的日益成熟和不斷進步為這種管理提供了強大的支持,使云能夠通過自動部署、重新構(gòu)建映像、重新均衡工作負載、監(jiān)控并系統(tǒng)地處理變更請求,以便管理并更好地利用底層資源。新企業(yè)數(shù)據(jù)中心隨著 IT 行業(yè)中越來越多的組織公布了云計算的規(guī)劃,許多 CIO 都向 IBM 請教:該如何采用云計算技術(shù)和管理方法來提高其數(shù)據(jù)中心的效率和靈活性。IBM 自上世紀 60 年代開始就一直引領(lǐng)虛擬化領(lǐng)域的潮流,最近又推出了“新企業(yè)數(shù)據(jù)中心”的設(shè)想,該設(shè)想結(jié)合了以 Web 為中心的云計算模型和當前的企業(yè)數(shù)據(jù)中心的優(yōu)勢,如圖 2 所示。新企業(yè)數(shù)據(jù)中心將是虛擬化、高效管理的中心,它將使用以 Web 為中心的云所采用的某些工具和技術(shù),并進行一般化以便可由范圍更廣的客戶采用,另外還進行增強以支持安全的事務(wù)性工作負載。通過高效且共享的基礎(chǔ)架構(gòu),企業(yè)能夠?qū)π碌臉I(yè)務(wù)需求迅速做出反應(yīng),實時解析大量信息,而且還能根據(jù)實時數(shù)據(jù)做出明智的業(yè)務(wù)決策。新企業(yè)數(shù)據(jù)中心是一種演進的新模型,能提供有助于使 IT 和業(yè)務(wù)目標保持一致的高效且動態(tài)的新方法。本文接下來的章節(jié)將介紹全新的企業(yè)級數(shù)據(jù)中心的高級別基礎(chǔ)架構(gòu)服務(wù)框架及其底層技術(shù)支柱(如虛擬化、自動化、自助式門戶網(wǎng)站、監(jiān)控和容量規(guī)劃)。本文的最后部分將討論實際數(shù)據(jù)中心實施的示例,這些示例揭示了以下方面的深層次信息:新企業(yè)數(shù)據(jù)中心的哪些特征可以為任何規(guī)模、使用情況各異的客戶實現(xiàn)最大的價值。圖 2. 云計算和新企業(yè)數(shù)據(jù)中心架構(gòu)框架和技術(shù)支柱如圖 3 所示,從高級別的架構(gòu)角度來看,新企業(yè)數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)架構(gòu)服務(wù)在邏輯上可分為不同的層次。物理硬件層已虛擬化,以便能提供靈活且適應(yīng)性強的平臺,從而提高資源利用率。接下來的兩層是虛擬化環(huán)境層和管理層,它們是新企業(yè)數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)架構(gòu)服務(wù)的關(guān)鍵。通過將這兩層結(jié)合起來,可以確保數(shù)據(jù)中心內(nèi)的資源得到有效的管理,并可以快速部署和配置。另外,如本文“業(yè)務(wù)用例”一節(jié)所述,新企業(yè)數(shù)據(jù)中心旨在處理混合模式的工作負載。圖 3. 新企業(yè)數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)架構(gòu)服務(wù)框架虛擬化的環(huán)境什么是虛擬化?虛擬化表示能夠以較高級別的敏捷性和靈活性提供計算資源,而無需用戶掌握底層物理資源的詳細知識。在虛擬化的環(huán)境中,計算環(huán)境可以根據(jù)需求的變化動態(tài)創(chuàng)建、擴展、縮減或移動。在云環(huán)境中,虛擬化在共享、可管理性以及隔離方面提供了許多重要的優(yōu)點 使多個用戶和應(yīng)用程序能夠共享物理資源而不會彼此影響。虛擬化能夠?qū)⒁唤M未充分利用的物理服務(wù)器整合為數(shù)量相對較少但利用率更充分的物理服務(wù)器,從而有助于顯著地節(jié)省成本,并在新企業(yè)數(shù)據(jù)中心的云環(huán)境中實現(xiàn)諸多優(yōu)勢。IT 基礎(chǔ)架構(gòu)的虛擬化具有許多不同方面。由于環(huán)境的差異,虛擬化對不同的人而言可能表示不同的含義。一般把服務(wù)器虛擬化理解為將單一物理資源映射到多個邏輯表示或分區(qū)。邏輯分區(qū)(LPAR)和虛擬機(VM)就是該定義的示例。IBM 從上世紀 60 年代開始就在該領(lǐng)域處于領(lǐng)先位置。虛擬化技術(shù)并不僅限于服務(wù)器。它還適用于存儲、網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用程序,這些主題可在各自的文章中討論。服務(wù)器虛擬化的工作原理在大多數(shù)情況下,服務(wù)器虛擬化是通過使用管理程序(hypervisor)邏輯地分配和分隔物理資源來實現(xiàn)的。管理程序允許外來操作系統(tǒng)在虛擬機上運行,就好像該系統(tǒng)是在實際的硬件上運行的那樣,從而隱藏了其他外來系統(tǒng)共享虛擬機的事實。每個外來操作系統(tǒng)都受到單獨保護,相互之間是隔離的,不會由于任何其他系統(tǒng)的不穩(wěn)定或配置問題而受到影響。當前,管理程序逐漸成為客戶機和服務(wù)器系統(tǒng)上普遍存在的虛擬層。管理程序主要有兩種類型:裸機式管理程序和托管的管理程序。裸機式管理程序裸機式管理程序直接在服務(wù)器硬件上運行,為虛擬機提供對資源的細粒度時間共享?;诠碳穆銠C式管理程序的示例包括 IBM System z Processor Resource System Manager(PR/SM)和 IBM System i and IBM System p POWER Hypervisor?;谲浖穆銠C式管理程序的示例包括 z/VM, VMware ESX Server and Xen Hypervisor?;诠碳墓芾沓绦虻拈_銷通常少于基于軟件的管理程序。另外,在服務(wù)器硬件層實施的虛擬化可以實現(xiàn)最高的效率和性能。System z PR/SM 是一種硬件分區(qū)能力,支持以一個高度可擴展、健壯且可靠的虛擬服務(wù)器托管多個操作系統(tǒng)映像,而每個映像都位于自己的 LPAR 中。虛擬化功能內(nèi)置于 System z。System z 還提供基于軟件的 z/VM。因為 z/VM 虛擬化技術(shù)支持以較高的效率和資源利用率實現(xiàn)較細粒度的系統(tǒng)資源共享,所以使客戶能夠在運行其他 System z 操作系統(tǒng)的單臺大型機上運行成百上千的 Linux 服務(wù)器。System p 使用戶能夠通過 IBM AIX 或 Linux 操作系統(tǒng)請求虛擬化的 LPAR。System p 具有微分區(qū)能力,支持系統(tǒng)將部分 CPU 分配給 LPAR。部分 CPU 的粒度最細可達一個物理 CPU 的 1/10。利用微分區(qū)和虛擬 I/O 能力,System p 所支持的 LPAR 數(shù)量顯著增加。而且,LPAR 的 CPU 資源可通過 IBM Enterprise Workload Manager 進行管理,它對 CPU 需求和使用情況進行監(jiān)控,并根據(jù)業(yè)務(wù)策略來決定分配給每個 LPAR 的 CPU 資源量。微分區(qū)和虛擬 I/O 使云用戶能夠使用功能強大的虛擬化基礎(chǔ)架構(gòu)。 通過使用諸如 VMWare 和 Xen 等技術(shù),虛擬化現(xiàn)已擴展到 x86 平臺。利用這些技術(shù),具有不同操作系統(tǒng)的多個虛擬服務(wù)器可以在一臺基于 x86 的服務(wù)器上共存,并共享該服務(wù)器的資源。這樣,就使整合在異構(gòu)操作系統(tǒng)環(huán)境中運行以及在未充分利用的硬件服務(wù)器上運行的應(yīng)用程序成為可能。使用 VMWare 和 Xen 的另一個優(yōu)點是可以實現(xiàn)快速部署。因為虛擬服務(wù)器的操作系統(tǒng)映像、配置文件和日志文件都作為文件集存儲在主機或管理控制臺服務(wù)器上,所以虛擬機的操作系統(tǒng)映像可以在一臺物理服務(wù)器上運行,然后透明地轉(zhuǎn)移或復制到另一臺服務(wù)器。要部署新的服務(wù)器或克隆現(xiàn)有的服務(wù)器,只需在現(xiàn)有的物理系統(tǒng)上創(chuàng)建虛擬服務(wù)器,然后復制先前保存的虛擬服務(wù)器映像即可完成。換言之,無需重新安裝操作系統(tǒng)或在其上運行的應(yīng)用程序就可部署服務(wù)器。托管式管理程序托管式管理程序在主機操作系統(tǒng)上運行,使用操作系統(tǒng)服務(wù)為虛擬機提供對資源的時間共享?;谲浖耐泄苁焦芾沓绦虻氖纠?VMware Server 和 Microsoft Virtual Server。基礎(chǔ)架構(gòu)管理虛擬化是新企業(yè)數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)架構(gòu)服務(wù)的基礎(chǔ)技術(shù)支柱。其管理層也同樣重要,它充當“大腦”或“控制中心”,用于有效地管理整個環(huán)境中的資源。接下來的章節(jié)將討論這一層的主要組件。自動化基礎(chǔ)架構(gòu)管理是虛擬環(huán)境中的主要難題之一。如果只是構(gòu)建虛擬化環(huán)境而未采用適當?shù)姆椒ǎ敲磿黾訌碗s性,從而使通過虛擬化節(jié)省的成本付諸東流。自動化是解決這些問題的關(guān)鍵。必須為新企業(yè)數(shù)據(jù)中心配備工具,以便能促進、簡化和支持對提供虛擬服務(wù)器資源的物理環(huán)境進行管理,這非常關(guān)鍵。自動化部署自動化是一種重要的方法,適用于動態(tài)數(shù)據(jù)中心內(nèi)最頻繁執(zhí)行的兩項任務(wù):應(yīng)用程序的裝載和卸載。裝載過程將操作系統(tǒng)及其他軟件安裝到服務(wù)器的適當位置并對它們進行配置,以使其能發(fā)揮效用。卸載過程指自動回收服務(wù)器以作他用所需執(zhí)行的步驟。裝載應(yīng)用程序通常從部署服務(wù)器開始。手工裝載是一個費時費力的過程,由多個復雜的步驟組成,如安裝操作系統(tǒng)和軟件以及配置網(wǎng)絡(luò)和存儲器。這些任務(wù)容易出錯,通常需要由在系統(tǒng)、存儲和網(wǎng)絡(luò)方面具有較高專業(yè)技能的管理員執(zhí)行。此外,應(yīng)用程序通常具有特殊的安裝和配置步驟。所有這些因素都使得自動化成為以一致的方式管理這些任務(wù)的關(guān)鍵。IBM Tivoli Provisioning Manager 是我們的云計算解決方案的關(guān)鍵組件。它使云管理員能夠編寫可以自動安裝和配置新服務(wù)器和現(xiàn)有服務(wù)器的工作流程。它支持快速高效地構(gòu)造和管理 IT 資源。自動化的保留和調(diào)度管理計算資源的關(guān)鍵是能夠了解當前和未來需要多少容量才能滿足新的請求。如果沒有了解這一點,你就不能準確地預(yù)測可以支持的客戶數(shù)量,也無法確保維護一組穩(wěn)定的應(yīng)用程序。另外,使用 IBM Websphere Application Server 通知部署狀態(tài)和資源可用性的 Tivoli Provisioning Manager 提供了調(diào)度資源的部署和回收以及保留資源以供今后使用的能力。自助式門戶網(wǎng)站自助式門戶網(wǎng)站提供系統(tǒng)化的請求處理和變更管理能力。服務(wù)提供者理解必須允許客戶或客戶代表通過 Web 門戶網(wǎng)站請求服務(wù)或查看當前所已部署服務(wù)的狀態(tài)。新企業(yè)數(shù)據(jù)中心必須能夠靈活地處理并快速執(zhí)行變更請求,以滿足快速變化的業(yè)務(wù)需求。應(yīng)該使用由請求驅(qū)動的部署系統(tǒng)來處理用戶對新服務(wù)的請求或變更現(xiàn)有服務(wù)的要求,例如,允許用戶延后服務(wù)結(jié)束日期,以及添加或除去資源需求。圖 4 顯示了向服務(wù)(項目)添加資源的樣本截屏,圖 5 顯示了修改項目結(jié)束日期的樣本截屏。圖 4. 向項目添加資源的樣本抓屏圖 5. 修改項目結(jié)束日期的樣本抓屏監(jiān)控對于任何環(huán)境而言,監(jiān)控資源和應(yīng)用程序性能都是非常重要的環(huán)節(jié)。在虛擬化的環(huán)境中,監(jiān)控任務(wù)更為困難,也更為關(guān)鍵。監(jiān)控的優(yōu)點包括:收集歷史數(shù)據(jù),以幫助規(guī)劃未來數(shù)據(jù)中心的資源需求并優(yōu)化虛擬化資源的部署捕獲實時數(shù)據(jù),以便能快速應(yīng)對意外的資源需求衡量性能服務(wù)級別協(xié)議(SLA)的符合性主動生成警告和詳細數(shù)據(jù),以便能快速檢測和解決應(yīng)用程序問題報告應(yīng)用程序的資源使用情況數(shù)據(jù),這對于相應(yīng)地分配成本非常必要IBM Tivoli Monitoring 可監(jiān)控由 Tivoli Provisioning Manager 部署的服務(wù)器的運行狀況(CPU、磁盤和內(nèi)存)。這需要在每臺云服務(wù)器上安裝 IBM Tivoli Monitoring 代理程序并配置 IBM Tivoli Monitoring 服務(wù)器。代理程序收集來自云資源的信息,并定期將這些數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控數(shù)據(jù)倉庫,即 IBM DB/2 數(shù)據(jù)庫。該監(jiān)控服務(wù)器包含 3 個組件:IBM Tivoli Enterprise Monitoring、IBM Tivoli Enterprise Portal 和數(shù)據(jù)倉庫。Tivoli Monitoring 不僅可以監(jiān)控個別的服務(wù)器,還可以監(jiān)控服務(wù)器集合。用戶可通過 Tivoli Enterprise 門戶網(wǎng)站查看每個受監(jiān)控資源的詳細信息,并且可以將這些信息與云門戶網(wǎng)站完全集成起來。另外,用戶可以直接在云自助式門戶網(wǎng)站上查看表示服務(wù)器運行情況的摘要信息。圖 6 顯示了 CPU、內(nèi)存和磁盤的摘要信息,這些信息在某個項目(可能包含多個服務(wù)器或資源)級別進行了整合。圖 6. 項目摘要容量規(guī)劃云計算模型減少了應(yīng)用程序級別容量規(guī)劃的需求。應(yīng)用程序可以向云請求資源,并且能夠在一小時之內(nèi)獲得所請求的資源。對于需要多項資源的應(yīng)用程序,可以提交其他請求以獲取更多資源。因此,與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心相比,準確地預(yù)測應(yīng)用程序的容量需求對于云而言已不那么重要,傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心最多可花費 6 個月來訂購和安裝專用于應(yīng)用程序的硬件。另一方面,從數(shù)據(jù)中心的角度而言,虛擬化使得容量規(guī)劃更加困難而且更加重要。過去,數(shù)據(jù)中心可以通過應(yīng)用程序進行預(yù)測,了解訂購的硬件,基本可以避免對硬件自身進行調(diào)整。通常,數(shù)據(jù)中

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