5 策略三十六 计 5.1 架构设计十八计 在集与分对立统一演化的架构设计十八计中，注意理解《易经》模 型卦象的多种含义： z 集中，可映射为天、乾、健、大等。 z 分散，可映射为地、坤、顺、小等。 集中与分散在计算和发展模式中对应的关系及对立统一关系如下： z 计算模式（串并计算与集分处理形态之间的四种组合）：批计算、 流计算、交互计算与合流计算。 z 时空转换：时间换空间与空间换时间。 z 发展阶段和模式的五种对立统一关系：大与小、分与合、内与 外、集与分和演进与变革。 集中与分散涉及系统（计算机系统、平台和网络等）架构（象与形） 设计的六方面特性： z （结构）连通性和可扩展性。 z （网络）开放性和封闭性。 z （管理）可管性和安全性。 z （运行）稳定性和平衡性。 5 策略三十六计 z （体系）适配性和自适应性。 z （界面）友好性和易用性。 在架构设计十八计中，一般难以使用对立卦对（或称错综卦）的卦 象反转来解释对应状况，因天、地、水、火卦的反转卦象无变化，而只 有上下经卦位置的变化。 在集中与分散对立统一所涉及的三套计策中，每套计策包含六计， 共十八计。在下面计策的简单表达中，采用X（Y、Z）形式，X 为计 策名，Y 为所涉及的对立统一关系，Z 为所涉及的系统特性或作用 特征。 第一套是集强分弱，包含第一计到第六计，分别是：密云不雨（大 小、联通和友好）、积小成大（分合、开放）、时间换空间、积中不败（计 算模式）、无坚不陷（计算模式）和自强不息（集分、超算）。 第二套是分强集弱，包含第七计到第十二计，分别是：兼容并蓄（大 小、安全和可管）、用戒不虞（分合、自适应）、空间换时间、水来土掩 （计算模式）和攘外安内（计算模式）和防微杜渐（分散、安全）。 第三套是集分平衡，包含第十三计到第十八计，分别是：非礼勿动 （内外、稳定和平衡）、秉节持重（内外、底线管控）、无往不复（小往 大、开放）、否极泰来（大往小、封闭）、循序渐进（演进）和穷则思变 （变革）。 39 策略三十六计和算法三十六计 第一套集强分弱 第一计密云不雨 解语：《易经·小畜卦》。在我们的模型中，卦象为需求在上、集中 在下。《彖》曰：“密云不雨，尚往也。”有云气聚集，不下雨，还要经 过一段时间的努力。《象》曰：“以懿文德。”要体现出形象和本质的美， 满足系统设计特性要求。（爻·初九）曰：“复自道。”返回原来的道路 上，继续研判打磨。 按语：在计算机系统设计中，要从一点一滴开始，成果需要聚集， 才能小有收获。不断积累，慢慢积少成多。另外，部分成果相互间需要 磨合调整。设计要满足系统设计特性的需求，如系统的各个模块部件之 间要不断磨合、互相协作，具有良好的连通性[1]。又如系统要具有界面 友好性，因为系统的界面是一般用户与系统沟通的重要平台，提供友好 的界面有利于用户快速熟悉系统，享受使用系统的过程[2]。同时要做到 不达到设计要求就不发布产品。系统设计是一个过程，要反复不断地回 到原来的技术路线进行实验和验证。当然，这也是一个对标对表的过程， 要按照既定目标前行。 参考文献 [1] Sullivan, Kevin J., William G. Griswold, Yuanfang Cai, and Ben Hallen. "The structure and value of modularity in software design." In ACM SIGSOFT Software Engineering Notes, vol. 26, no. 5, pp. 99-108. ACM, 2001. [2] Galitz, Wilbert O. The essential guide to user interface design: an introduction to 40 5 策略三十六计 GUI design principles and techniques. John Wiley & Sons, 2007. 第二计积小成大 解语：《易经·升卦》。在我们的模型中，卦象为分散在上、需求在 下。《彖》曰：“柔以时升。”初爻为阴，依时上升。《象》曰：“君子以 顺德，积小以高大。”顺应需求，从小做起，逐步提升。 按语：顺应网络节点的需求，逐步联网聚合，上升为网络需求。在 网络系统设计中，同辈协议设计为重点。网络协议包括语法、语义和时 序三要素：语法用来规定传输信息格式和编码等；语义用来说明通信双 方应当怎么做和差错处理；时序定义了何时进行通信，先讲什么，后讲 什么等。在网络协议中，核心是网络层协议，它是协议栈的“腰”，起 到承上启下的作用。利用协议可以将网络的节点连接起来，由点到面， 由小到大，提升系统规模，形成网络系统。网络系统一定要具有开放 性，做到互联互通，形成规模和效益。但也要保证网络和用户的安全， 网络上的有些数据、信息和控制机制等需要封闭性。例如，TCP/IP 协 议本身具有开放性，有利于网络协议的普及和发展。但是，由于它的开 放性，给网络带来了潜在的安全性隐患[1]。 参考文献 [1] Li, Yanyan, and Keyu Jiang. Prospect for the future internet: A study based on TCP/IP vulnerabilities. In 2012 International Conference on Computing, Measurement, Control and Sensor Network, pp. 52-55. IEEE, 2012. 41 策略三十六计和算法三十六计 第三计时间换空间 解语：《易经·明夷卦》。在我们的模型中，卦象为分散在上、并行 在下。《彖》曰：“明入地中。”光明进入地中，外暗内明。《象》曰：“用 晦而明。”晦中可以纳明，即用时间换空间。 按语：在计算机系统中，程序代码的运行需要内存空间，也需要执 行时间。可以通过增加磁盘多次调用存取时间，来减少在内存空间中存 放的代码、中间结果和数据，即增加代码运行所需要的执行时间和减少 内存空间的需求，进而完成时间换空间。例如，当程序代码运行的内存 空间不足时，操作系统就会采取Swapping 技术，这会导致运行时间的 增加，但可以有效缓解空间受限问题[1]。在网络环境中，程序代码的运 行可能分布在不同节点服务器的内存中，多个进程可以并行运行，空间 的考虑上要包括进程分布情况；整体（任务）程序所需要的执行时间则 要考虑多个进程的时序关系、进程之间的通信和同步时间。一般情况 下，网络并行运行可以减少时间，提高效率，而且并行程度高，效率可 能会更好。但在进程的时序关系复杂、进程之间的通信和同步时间比较 长时，效率就会下降。在网络运行中进行时间换空间时，一般可以采用 减少并行度的方法，尽量采用串行执行。如何设计时空转换是一个重要 的策略问题，尤其是在网络系统中，需要多方面、多角度的考量和 设计。 42 5 策略三十六计 参考文献 [1] Ghodsi, Ali, Matei Zaharia, Benjamin Hindman, Andy Konwinski, Scott Shenker, and Ion Stoica. Dominant Resource Fairness: Fair Allocation of Multiple Resource Types. In Nsdi, vol. 11, no. 2011, pp. 24-24. 2011. 第四计积中不败 解语：《易经·大有卦》。在我们的模型中，卦象为并行在上、集中 在下。《彖》曰：“应乎天而时行。”顺应规律而按时运行，并行处理集 中任务。（爻·九二象）曰：“大车以载，积中不败也。”批量加载，任 务堆积，没有损失。 按语：批计算是一种基础计算模式，也涉及数据中心系统的概念， 如大数据批处理计算平台MapReduce 。在大数据时代，并行处理集中 数据是大数据处理和分析的重要方式。数据中心通常是由服务器、网 络设备、存储设备和电力供给系统等组成，通过存储大量数据，服务器 并行协作进行密集计算。大型数据中心的规模一般包括10 万台以上的 服务器，向外提供服务可以做到积中不败。支撑互联网服务的数据中心 的典型业务包括Facebook 社交网站、YouTube 视频服务和谷歌搜索引 擎等。另一类是云数据中心/虚拟化数据中心[1] ，这类数据中心向用户 提供云计算服务。在这种模式下，用户可以通过网络随时随地方便地按 需访问可配置资源池中的计算、网络、存储和软件等资源。数据中心中 的很多应用都需要大量服务器并行协同完成，服务器之间的通信非常 频繁，因此计算平台的整体性能成为影响业务性能好坏的一个重要 43 策略三十六计和算法三十六计 因素[2]。 参考文献 [1] Beloglazov, Anton, and Rajkumar Buyya. Energy efficient resource management in virtualized cloud data centers. In Proceedings of the 2010 10th IEEE/ACM international conference on cluster, cloud and grid computing, pp. 826-831. IEEE Computer Society, 2010. [2] Yin Li, Chuang Lin, Fengyuan Ren. Analysis and Improvement of Makespan and Utilization for MapReduce, The 15th IEEE International Symposium on High Performance Computing and Communications (HPCC), 2013. 第五计无坚不陷 解语：《易经·需卦》。在我们的模型中，卦象为串行在上、集中在 下。《彖》曰：“刚健而不陷，其义不困穷矣。”串行处理集中数据，刚 健就不会陷入危险，道理上不会困顿。 按语：流计算是一种基础计算模式，也是大数据处理的重要基础模 式之一。对于连续数据集中存储，可以想象为图灵抽象计算机的无穷长 的纸带。流计算有一个通用的计算模型——冯·诺依曼计算机的输入输 出体系结构，它没有并发计算的时序关系限定，是一种确定性计算[1] 。 集中数据的刚健是重要保证，流数据没有完成集中前需等待，待机而动。 为对流形式的数据进行实时分析，也可以将处理任务分开，比如分为图 像识别和文本识别，然后将处理后的结果碎片组成完整的答案。例如， 在大数据处理批处理计算平台MapReduce 中，为支持流式处理，需要 改造成管线（Pipeline ）模式[2]。 44 5 策略三十六计 参考文献 [1] 沈绪傍，孙璐. 计算模式的统一研究. 计算机学报，37（7）：1435-1444，2014 年7 月. [2] Yin Li, Chuang Lin. PipeFlow Engine: Pipeline Scheduling with Distributed Workflow Made Simple, The 19th IEEE International Conference on Parallel and Distributed Systems (ICPADS), 2013. 第六计自强不息 解语：《易经·乾卦》。在我们的模型中，卦象为集中相叠。《象》 曰：“天行健”“自强不息”。天道刚健，奋发图强，永不停息，去攻克 超算的各种性能极限。（爻·上九象）曰：“亢龙，有悔，盈不可久也。 ” 凡事过了头，就不能长久。（爻·用九象）曰：“天德不可为首也。”阴 阳互转，合于天德，阴阳没有谁能为首。 按语：超级计算机是计算机系统设计的一个难点，也是互相竞争的 热点，在计算机系统领域有很大的标志性意义。这个领域有很多困难问 题需要攻克，例如，计算速率的进一步的数量级提升、系统集成度的提 高限制以及供电和散热的“绿色”问题等，每个难题都面临着现有科学 技术的突破和创新。超级计算机也可看作是集群系统，指的是一组松散 或紧密地连接在一起协同工作的计算机（也称为服务器）。这些服务器 通常通过内部局域网互连，而每台服务器运行自己的操作系统实例。集 群系统的出现是多种计算资源融合的结果，包括低成本微处理器、高速 网络以及高性能分布式计算软件等。部署集群系统主要是为了提高计 算能力并降低成本。一方面，集群系统提供了并行数据处理能力，相比 45 策略三十六计和算法三十六计 单台服务器更易执行更大的计算负载并获得更高的计算速度；另一方面， 相比计算能力相当的单台服务器，集群系统的成本要低很多[1]。此外， 集群系统的优点还包括更强的可靠性与可扩展性。通过向集群中水平 地添加更多的服务器，即可提高性能、冗余与容错能力。可以将超级计 算机与集群系统之间的关系看作“天德不可为首也”，集中之中必有分 散，集中与分散可以相互转化；强化集中，也要强化分散连接。反之亦 然。集中再集中是超级计算机的思路，集中有散是解决之道，集散联合 起来可获得更大成功（天得）。 参考文献 [1] Buyya R, et al. High performance cluster computing: Architectures and systems (volume 1)[J]. Prentice Hall, Upper SaddleRiver, NJ, USA, 1999, 1: 999. 第二套集弱分强 第七计兼容并蓄 解语：《易经·临卦》。在我们的模型中，卦象为分散在上、柔性在 下。《象》曰：“教思无穷，容保民无疆。”在网络管理中，最广泛地教 导网络用户，最大限度地包容和保护网络用户。 按语：在网络用户行为管理中，首先应制定上网和网络应用的规定 和法规，要对用户反复进行教育引导。另外，网络不是法外之地，对于 犯规或犯法者，要进行惩戒，确保网络安全秩序。网络安全用户管理非 常重要，主要有以下几大安全管理问题：（1）数据的私有性：保护网络 46 5 策略三十六计 数据不被入侵者非法获取；（2）用户授权：防止入侵者在网络上发送错 误信息；（3）访问控制：控制对网络资源的访问；（4）配置管理：必须 对用户进行的每一项配置操作进行记录，管理人员可以随时查看特定用 户在特定时间内进行的特定配置操作，查证其合法性。例如，文献[1] 提出了一个安全可扩展的数据管理方案，便于用户管理，以安全的方式 更新动态用户组，并限制未经授权的用户使用敏感数据。为了进一步降 低通信开销，该方案还采用了预验证的访问控制技术，防止未经授权的 用户下载相关的数据。 参考文献 [1] Yuan, Haoran, Xiaofeng Chen, Tao Jiang, Xiaoyu Zhang, Zheng Yan, and Yang Xiang. "DedupDUM: Secure and scalable data deduplication with dynamic user management." Information Sciences 456 (2018): 159-173. 第八计用戒不虞 解语：《易经·萃卦》。在我们的模型中，卦象为柔性在上、分散在 下。《彖》曰：“萃，聚也”“聚以正也”。以正确的途径进行聚集管理。 《象》曰：“戒不虞。”戒备不测事变，需要考虑网络体系的自适应性 设计。 按语：随着计算技术和互联网业务的蓬勃发展，用户对网络应用提 出了越来越高的要求，多样化的需求使得现有互联网架构难以适用，成 为了网络业务进一步发展的瓶颈。突出矛盾表现在以下方面[1]：（1）有 限的地址资源与无限增长的服务资源需求间的矛盾，地址与服务资源难 47