混合云模式下的計算架構(gòu)設(shè)計

1、 混合云模式下的計算架構(gòu)設(shè)計 【摘要】本文重點介紹在混合云模式下，計算架構(gòu)如何搭建，需要考慮哪些因素，未來的發(fā)展趨勢如何。概述云計算被稱為是繼個人 PC 、互聯(lián)網(wǎng)之后的第三次信息化革命，不僅實現(xiàn)了 IT 技術(shù)的革新，更是 IT 商業(yè)模式和服務(wù)模式的一次重大變革。越來越多的商業(yè)活動幾乎都采用云計算技術(shù)作為后臺支撐，實現(xiàn)按需服務(wù)，按需計費。我國對云計算的產(chǎn)業(yè)高度重視，已把云計算產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提到了國家戰(zhàn)略的高度，在十二五規(guī)劃中將云計算列入重點扶植的戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)。通過云計算技術(shù)縮小中小企業(yè)和大企業(yè)的 IT 應(yīng)用差距，讓每個人能以極低的成本獲得頂尖的信息技術(shù)和服務(wù)。隨著云計算市場規(guī)模的不斷擴大，應(yīng)用場景涉

2、及到個人數(shù)據(jù)存儲、企業(yè)數(shù)據(jù)及應(yīng)用支撐、國家公共基礎(chǔ)設(shè)施支撐等多個領(lǐng)域，云計算的發(fā)展趨勢自然已成為業(yè)界關(guān)注的焦點。云計算從部署場景分為公有云、私有云和混合云，本文將重點介紹在混合云模式下，計算架構(gòu)如何搭建？要考慮哪些因？未來的發(fā)展趨勢如何？什么是云？云計算可不像西游記中的孫猴子一樣，從石頭縫中一下子蹦出來。它是經(jīng)過了 16 年的技術(shù)發(fā)展與業(yè)務(wù)需求而形成的。16 年前，那個時期的計算機又笨重又昂貴，根本談不上普及。之后隨著芯片技術(shù)和軟件計算的發(fā)展，體型越來越小，速度越來越快，價格逐漸親民。各個企業(yè)可以購買符合業(yè)務(wù)性能需求的物理機，放到數(shù)據(jù)中心進行集中式的計算，這就形成了最原始的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心模型。隨

3、著業(yè)務(wù)的快速增長， IT 需求強烈，采購傳統(tǒng)物理機需求暴增，成本逐年提高。但從運維角度發(fā)現(xiàn)，大量服務(wù)器的性能并未被全部使用，造成嚴重的資源浪費。為解決此問題，雛形的云計算基礎(chǔ)形成，也就是虛擬化技術(shù)。將一臺物理機邏輯分隔成多個虛擬機，每個虛擬機相互隔離，提供不同的業(yè)務(wù)服務(wù)。虛擬化解決了資源浪費的問題，但在服務(wù)的提供和使用上，與物理機類似，依然存在資源超配的現(xiàn)象。隨著需求精細化、資源可視化的需求，云計算誕生了。根據(jù)需要的計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)等資源實現(xiàn)按需付費。人們使用資源時不再需要擁有自己的計算系統(tǒng)，就像使用水、電一樣，不需要自己建立發(fā)電站和水廠。云計算從部署場景又分為公有云、私有云和混合云：私有云：

4、顧名思義，是為一個個人、組織、公司提供專有資源的云計算平臺。自建基礎(chǔ)設(shè)施，并控制在此基礎(chǔ)設(shè)施上部署應(yīng)用程序的方式。提供對數(shù)據(jù)、安全性和服務(wù)質(zhì)量的最有效控制。私有云可部署在企業(yè)數(shù)據(jù)中心的防火墻內(nèi)，也可以部署在一個安全的主機托管場所，私有云的核心屬性是專有資源。公有云：一般是指第三方提供商，如 AWS 、阿里、騰訊等公有云廠商，為用戶提供服務(wù)的云。通過互聯(lián)網(wǎng)，提供免費或成本低廉的服務(wù)，公有云的核心屬性是共享資源服務(wù)。混合云：就是融合了私有云和公有云服務(wù)模型， 來提供云計算解決方案?；旌显品?wù)將內(nèi)部 IT 基礎(chǔ)架構(gòu)與其他公有云產(chǎn)品和服務(wù)集成在一起，以滿足企業(yè)的特定和獨特需求。圖 1- 云計算發(fā)展進程

5、云架構(gòu)與傳統(tǒng)架構(gòu)的區(qū)別？云架構(gòu)和傳統(tǒng)架構(gòu)如果不說一下，很可能會讓讀者混淆。其實云計算最大的好處就是便利，用戶按需索取，服務(wù)商按需提供。傳統(tǒng) IT 架構(gòu)較為封閉，計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)相對集中，管理分化，各個資源相對獨立。傳統(tǒng)架構(gòu)的特點：物理資源相對獨立，如計算、網(wǎng)絡(luò)、存儲等設(shè)備；存儲架構(gòu)集中，普遍采用集中式存儲；數(shù)據(jù)集中存儲，可靠性問題明顯；性能主要集中在單機處理能力，無聯(lián)動機制；資源彈性擴展能力受限；自動化運維方式欠缺，運維人員多。首先要了解，云計算架構(gòu)主要是為了解決業(yè)務(wù)擴展性和高并發(fā)的需求。從架構(gòu)劃分，可以分為基礎(chǔ)設(shè)施層【 IAAS 】、平臺層【 PAAS 】和軟件服務(wù)【 SAAS 】三個層。圖

6、 2- 云計算服務(wù)模型IAAS ：Infrastructure as a service 【基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)】，包括服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、存儲等設(shè)備，池化計算、網(wǎng)絡(luò)和存儲等 IT 基礎(chǔ)設(shè)施資源，將基礎(chǔ)設(shè)施資源作為服務(wù)，按需提供給用戶。用戶無需購買任何硬件即可使用基礎(chǔ)設(shè)施資源。PAAS：Platform as a Service 【平臺即服務(wù)】，是指將一個完整的軟件研發(fā)和部署平臺，包括應(yīng)用設(shè)計、應(yīng)用開發(fā)、應(yīng)用測試和應(yīng)用托管，都作為一種服務(wù)提供給客戶。在這種服務(wù)模式中，客戶不需要購買硬件和軟件，只需要利用 PaaS 平臺，按需索取，就能創(chuàng)建、測試和部署應(yīng)用和服務(wù)。SAAS ：Software as a se

7、rvice 【軟件即服務(wù)】，是一種通過互聯(lián)網(wǎng)提供軟件服務(wù)的軟件應(yīng)用模式。在這種模式下，用戶不需要再花費大量投資用于硬件、軟件和開發(fā)團隊的建設(shè)，只需要支付一定的租賃費用，就可以通過互聯(lián)網(wǎng)享受到相應(yīng)的服務(wù)，而且整個系統(tǒng)的維護也由廠商負責(zé)，如 Gmail 、網(wǎng)盤、 QQ 郵箱等應(yīng)用。云計算架構(gòu)的特點：分布式架構(gòu)、靈活擴展；海量資源，按需分配；資源動態(tài)分布，無物理限制；性能彈性，動態(tài)調(diào)整；分布式存儲，數(shù)據(jù)高可用；運維自動化程度高。圖 3- 云計算維護模型混合云架構(gòu)設(shè)計混合云作為未來云計算發(fā)展的趨勢已經(jīng)被越來越多的企業(yè)所接受，企業(yè)通過整合私有云和公有云的資源，結(jié)合各自特有的優(yōu)勢與實際業(yè)務(wù)相結(jié)合，整合資源

8、，實現(xiàn)統(tǒng)一配置和管理，可以在多個環(huán)境（公有云、私有云或邊緣環(huán)境）中以一致的方式交付和使用服務(wù)，充分展現(xiàn)混合云的價值。設(shè)計的原則混合云架構(gòu)在設(shè)計方面建議參考以下幾個原則：大勢所趨：正所謂與什么斗，也不用和趨勢斗。首先要明確一個數(shù)據(jù)，根據(jù) Gartner 公有云使用方面的調(diào)研顯示， 2016 年全球 IaaS 投入增長為 38.4% ，達到了 224 億美元，并預(yù)計到 2020 年，全球 IaaS 投入將增至 560.5 億美元，復(fù)合年增長率將達到 29% 。這意味著，企業(yè)內(nèi)部自身的數(shù)據(jù)中心由于利用率較低，運營成本高等因素，企業(yè)經(jīng)營者不愿投資太多，逐步將應(yīng)用上云。但是并不意味著企業(yè)內(nèi)部的所有系統(tǒng)都

9、可以進入公有云，所以長期來看，企業(yè)自有 IT 私有環(huán)境和公有云會長期并存，形成混合云形態(tài)，成為不可逆的趨勢。高可用性：可靠性設(shè)計是云計算架構(gòu)中亙古不變的原則。針對企業(yè)自有的數(shù)據(jù)中心架構(gòu)，傳統(tǒng) IT 系統(tǒng)經(jīng)常會談到 “ 兩地三中心 ” 架構(gòu) ( 即生產(chǎn)數(shù)據(jù)中心、同城災(zāi)備中心、異地災(zāi)備中心 ) 。這種模式下，主要目標就是防止各種級別的故障，導(dǎo)致業(yè)務(wù)受到影響。針對云計算架構(gòu)，多數(shù)據(jù)中心的高可用架構(gòu)可以借助多區(qū)域（ Region ）架構(gòu)方式來實現(xiàn)。在不同區(qū)域間實現(xiàn)遠距離的災(zāi)備部署，保證當(dāng)出現(xiàn)故障時，應(yīng)用連續(xù)性和數(shù)據(jù)無丟失。開放性：針對每一個上云的用戶，最擔(dān)心的問題就兩個，數(shù)據(jù)安全問題和被綁架問題。所以

10、一定要選擇一個上下線自如、安全透明的云架構(gòu)。能夠方便的把企業(yè)各類業(yè)務(wù)應(yīng)用平滑遷移上云，也可以在峰值過后，平滑地回退到企業(yè)數(shù)據(jù)中心來，不需要額外的應(yīng)用代碼修改。低成本：上云的目的很多，其中之一就是降低 IT 總體成本。所以在設(shè)計混合云架構(gòu)的時候，要充分考慮企業(yè)內(nèi) IT 實際的投入成本。融合后的架構(gòu)，能夠幫助企業(yè)省下購買設(shè)備、軟件和維護項目和費用，同時減少 IT 人員的投入，最終形成低成本投入，高效回報的成果。便利性：混合云是資源的統(tǒng)一配置和管理，可以在多個環(huán)境（公有云，私有云或邊緣）中以一致的方式交付和使用服務(wù)，用戶可以通過一個統(tǒng)一界面，實現(xiàn)云任務(wù)管理。架構(gòu)設(shè)計了解設(shè)計的原則后，就要圍繞其對混合

11、云架構(gòu)進行整體設(shè)計。不同的層級有不同的架構(gòu)設(shè)計，如計算架構(gòu)、存儲架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、應(yīng)用架構(gòu)甚至安全架構(gòu)等。隨著多云時代的到來，混合云優(yōu)勢突顯，眾多的企業(yè)信息化規(guī)劃均已將混合云提上議程。運維領(lǐng)域經(jīng)常說的一句話就是“雞蛋不能放在一個籃子里”，于是基于多云的云管平臺也逐漸取代單一的云管理平臺成為熱門話題。整體混合云架構(gòu)大面上分為用戶層、服務(wù)層、計算層和基礎(chǔ)設(shè)施層，引用業(yè)界同仁的一張架構(gòu)圖，可以很清楚地看出混合云架構(gòu)的大概。圖 4- 混合云架構(gòu)其實，這張圖可以更加細化，突出每個層級的邏輯和特點，比如網(wǎng)絡(luò)如何連接、安全體系如何建立等等，在后面的文章中，將一一分解，本次將主要針對計算架構(gòu)進行討論，從架構(gòu)上、

12、效果上及技術(shù)發(fā)展趨勢上進行說明。計算架構(gòu)設(shè)計計算架構(gòu)屬于混合云架構(gòu)的計算層，又細分為 IAAS、PAAS、SAAS ，本文就不一一進行術(shù)語解釋了，大家可以在 TWT 網(wǎng)上找到相關(guān)的答案。計算架構(gòu)作為核心架構(gòu)之一，虛擬化技術(shù)是計算的核心。從硬件虛擬化開始，經(jīng)歷了基于操作系統(tǒng)的虛擬化，基于容器虛擬化技術(shù)以及應(yīng)用虛擬化等技術(shù)。每種虛擬化技術(shù)都有各自不同的優(yōu)劣勢，從當(dāng)前的虛擬化技術(shù)發(fā)展和業(yè)務(wù)應(yīng)用，基于容器的云計算模式已逐漸形成。通過容器的特點，可以最大限度地發(fā)揮每個硬件最大的計算資源，與 DevOps 相結(jié)合，實現(xiàn)業(yè)務(wù)快速迭代，提升生產(chǎn)效率。圖 5- 容器云架構(gòu)容器云架構(gòu)的流行帶動了微服務(wù)架構(gòu)的火熱，

13、容器技術(shù)提供一致性的分發(fā)手段和運行環(huán)境，使得只有微服務(wù)化后的應(yīng)用架構(gòu)，才能配合容器發(fā)揮其最大價值。而微服務(wù)化架構(gòu)引入了很大的復(fù)雜性，只有應(yīng)用容器化以及規(guī)?；娜萜骶幣排c調(diào)度才能避免運維效率下降。容器技術(shù)和微服務(wù)化架構(gòu)之間就形成了一種相輔相成的互補關(guān)系。設(shè)計的原則計算架構(gòu)作為最重要且最基礎(chǔ)的核心架構(gòu)，同類合并后總結(jié)出 4 個最關(guān)鍵且有效的原則，分別是：大道至簡云計算已有 10 多年的發(fā)展歷史了，越來越被企業(yè)所接受。計算架構(gòu)作為核心基礎(chǔ)，如果過于復(fù)雜的架構(gòu)不利于云計算的實施與推廣。計算架構(gòu)不應(yīng)該是一個讓人看不透，摸不著頭腦的架構(gòu)，這種架構(gòu)在項目實施過程中往往問問層出不窮，難以排查，最終以失敗告終。

14、計算架構(gòu)作為重要架構(gòu)之一，應(yīng)該秉承大道至簡的原則，無論用戶的基礎(chǔ)設(shè)施選擇如何，計算架構(gòu)簡單明了，滿足業(yè)務(wù)基本需求，并允許用戶更加簡單地部署應(yīng)用程序。同時，復(fù)雜的架構(gòu)，只會延長實施和學(xué)習(xí)曲線，減慢部署速度，并在企業(yè)看到成果之前不斷增加投資。盡可能的自動化架構(gòu)，幫助企業(yè)用戶簡化管理過程。開源基礎(chǔ)不得不承認，開源架構(gòu)已成為技術(shù)發(fā)展的趨勢。封閉式的架構(gòu)很難被二次使用，架構(gòu)擴展困難，影響業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的快速部署。因為開源框架提供了對開發(fā)、 IT 運營或 DevOps 流程都至關(guān)重要的核心功能。以開源架構(gòu)為基礎(chǔ)的原則將確保企業(yè)的解決方案順利落地和實施，而不必考慮底層基礎(chǔ)設(shè)施的供應(yīng)商是誰，兼容性如何等。成本可

15、控記得以前剛學(xué)習(xí)架構(gòu)的時候， IBM 的一位老師問大家一個問題，是否會因為自己設(shè)計的架構(gòu)過于簡單而覺得自己很平庸。搞一個高大上的架構(gòu)，才算本事，在領(lǐng)導(dǎo)面前也有牛 B 可吹。其實老師最終給了解答，一切技術(shù)架構(gòu)都是為商業(yè)架構(gòu)所服務(wù)的，能達到目的，走的路越短越好。所以，過于超前和復(fù)雜的架構(gòu)，往往會增加建設(shè)成本，無論是研發(fā)成本、采購成本還是運營成本。易于繼承計算架構(gòu)不但要考慮業(yè)務(wù)的實際需要，更要考慮后續(xù)架構(gòu)的運營承接能力。復(fù)雜的架構(gòu)在后續(xù)的運維承接上一定會出現(xiàn)各種不同的問題，難以被運維團隊繼承。所以在做計算架構(gòu)的時候，一定要考慮后續(xù)的承接能力，避免有終無始。架構(gòu)設(shè)計混合云架構(gòu)在上文已經(jīng)做了簡單介紹，計

16、算架構(gòu)作為核心架構(gòu)之一，主要負責(zé)計算資源的管理，如資源虛擬化、虛擬資源的分配、調(diào)整、回收等。通用計算架構(gòu)可以完成大多數(shù)企業(yè)的計算需求，如圖 6 所示：圖 6- 計算架構(gòu)示意圖（黃色區(qū)域）計算架構(gòu)主要分為基礎(chǔ)設(shè)施層、虛擬化層、功能層、應(yīng)用層及用戶層?；A(chǔ)設(shè)施層：基礎(chǔ)設(shè)施在本層可以理解為組成云平臺的計算節(jié)點、存儲節(jié)點、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，也被稱為“老三樣”。那么本章重點介紹計算節(jié)點，計算節(jié)點提供 VM 所使用的計算資源，如 CPU 、內(nèi)存。一般主機的資源的數(shù)量決定上次 VM 的最終數(shù)量，在實際的部署中，要充分考慮業(yè)務(wù)對 VM 的性能和數(shù)量的要求，從而采購符合要求和標準的計算節(jié)點。虛擬化層：虛擬化層的主要功能

17、就是將計算、網(wǎng)絡(luò)和存儲資源池化，按照 VM 的實際需求進行資源分配。主流的虛擬化軟件如 VMware 、 Hyper-V 、 KVM 等，云操作系統(tǒng)如 Openstack 、 VMware 及 SCVMM 等。功能層：主要是虛擬化軟件中的功能模塊，如計費、資源控制、資源監(jiān)控、功能擴展等。主流的如軟件定義存儲（ SDS ） 軟件定義網(wǎng)絡(luò)（ SDN ） 軟件定義安全（ SDSecurity ）等應(yīng)用層：主要是各種業(yè)務(wù)應(yīng)用，所有資源都會從池子中分發(fā)到應(yīng)用所在的 VM 中。計算架構(gòu)就是為應(yīng)用而更好的服務(wù)的。應(yīng)用的類型決定資源的利用情況，從資源利用率上來看，針對非關(guān)鍵應(yīng)用采用動態(tài)調(diào)整策略，核心應(yīng)用采用固

18、定資源策略。用戶層：各種用戶終端可以通過內(nèi)、外網(wǎng)進行云服務(wù)訪問，終端設(shè)備包含但不限于筆記本、臺式機、服務(wù)器、移動設(shè)備甚至各種智能設(shè)備等，如物聯(lián)網(wǎng)。計算架構(gòu)的演進計算架構(gòu)始終隨著云計算的發(fā)展趨勢而發(fā)展。歷經(jīng) 10 多年的發(fā)展歷程中，計算架構(gòu)發(fā)生了多次改革，從最早的硬件分割開始，經(jīng)歷了分區(qū)虛擬化、操作系統(tǒng)虛擬化，到現(xiàn)在的基于容器技術(shù)的虛擬化等。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展及業(yè)務(wù)場景的層出不窮，虛擬化技術(shù)不斷演進。當(dāng)前主流的虛擬化技術(shù)非容器技術(shù)莫屬。容器技術(shù)作為新的計算架構(gòu)已經(jīng)開始普及，越來越多的企業(yè)開始部署和規(guī)劃。其自身的特點非常適合 DevOps 、敏捷開發(fā)及微服務(wù)的場景。未來的計算架構(gòu)一定是實時的、敏捷的、快速伸縮及具備普及性的。技術(shù)趨勢容器化、微服務(wù)化、原