云计算架构设计思路

第1 1 章 云的本质 1、数据中心职责 数据中心的主要则是安全生产，围绕着安全生产有 5 个目标： 1.1、高性能容量。 计算、存储、网络、安全的性能和容量能否满足业务的现有和未来需求。计算包括虚拟机、容器、X86 裸机、小型机、大型机等。存储包括 SDS 块存储、FCSAN存储、NAS 文件存储、对象存储等。网络包括 SDN、2 层交换、3 层路由、4-7 层网络 LB（负载均衡）\DNS（域名系统）等。安全包括 DDOS、FW、IDS、IPS、WAF、漏洞扫描等。 1.2、高可用架构。 高可用的 IT 基础设施可以确保应用系统的可用性和连续性，包括：应用集群、系统热迁移、数据库集群、存储复制、网络聚合、物理备份、两地三中心等。 1.3、高效运维。 围绕着高可用架构，进行一些高效运维工作，包括：资源供给、应用部署、日常变更、故障处理、数据治理等。 1.4、低成本。 在满足高可用和高效运维的前提下，尽量节约成本，包括资源优化、性能优化，以及减少成本不敏感的资源浪费。不过数据中心一般是成本中心，一般不是直接降低成本，而是通过架构优化和效率提升来降低 TCO（Total Cost of Ownership 总拥有成本，包括产品采购到后期使用、维护的成本）。

1.5、安全可控。 一是信息安全，包括网络安全、应用安全、系统安全、数据安全、物理安全、终端安全等。二是自主可控，包括自主研发、使用开源产品、国产化。2、云的本质 云的本质上是软件定义数据中心，从数据通道、管理通道、控制通道三个方面对计算、存储、网络、安全等专业领域进行软件定义。 1.1、数据通道。 数据通道是数据的承载体，数据通道的软件定义指用软件实现硬件功能。在计算方面，用 VM 虚拟机技术（KVM、XEN、vBOX）和容器（Docker）等代替物理服务器（x86 逻辑、小型机、大型机）。在存储方面，用 SDS 软件定义存储（RBD-RADOS Block Device 块存储、对象存储）代替传统存储设备（NAS、FASAN）。网络方面，指用 NFV 代替传统网络设备。在安全方面，用安全系统代替安全设备。 1.2、管理通道。 管理通道是暴露给用户的界面接口，用户可以直接管理数据的运行方式。云服务化的前提是要有软件定义的管理通道，计算方面，x86 逻辑有 IPMI 接口，VM 有 Hypervisor 接口，存储方面，传统 NAS 和 FASAN 设备都有管理接口。SDS存储也有管理接口。

网络方面，SDN 提供了 2 层交换和 3 层路由的管理界面，4-7层设备也有管理接口。管理接口可以使服务 API 方式，也可以是本地调用方式。如果是服务 API 方式，可以直接远程访问，如果是本地调用方式，可以通过代理实现远程访问。通过这些管理通道接口，可以实现目标资源（数据通道）的供给和管理。 1.3、控制通道。 控制通道不暴露给用户，可以自主控制数据的运行方式。计算方面，VM 故障自主疏散，存储方面，存储心跳、数据同步、数据校验等，网络方面，SDN 自主控制路由和交换。 管理通道和控制通道的软件定义是云的初级态，数据通道的软件定义是云的终极态。在计算、存储、网络、安全四个方面，公有云基本实现了三个通道的软件定义，但私有云不一定，这是行业特殊性和历史因素造成的。一些行业虽然没有实现数据通道的软件定义，然而基于 x86 裸机、传统存储设备、硬件交换机的控制通道，也构件了私有云。 3、云的定位 IT 运维一致朝着安全高效方向发展，经历了三个阶段，一是人工运维 1.0 时代，依靠人工和脚本工具，二是自动化运维 2.0，运维流程工具住建标准化、系统化、平台化、体系化，典型代表是云计算，三是智能运维（AIops），拥有更多的自主决策能力 关于高效运维，主要涉及如下四个方面的工作： 1、资源供给。

之前是针对每次资源申请，运维人员都要手工把机器上架、系统安装、存储配置、网络配置等一系列流程跑一边，涉及各个专业的人工协同，小企业人少，一两个人搞定一切，大企业专业分工明确，这些工作需要多人协同，效率无法保证。现在是通过云计算来提升效率，主要是池化和自动化，池化是指提前准备一批资源，避免每申请一次就得准备一次，自动化是指通过自动化的流程去传戒各个专业条线，避免沟通成本和低效的手工操作，提高效率和人员安全。 2、应用部署。之前是开发完交付给测试，测试完组织投产，投产完开展运维，不同阶段相互迭代，人员相互割裂，应用发布部署效率低。现在通过 DevOps提高效率，DevOps 强调持续 CI/CD（集成/交付），通过 CI 实现开发到测试的持续基层测试，通过 CD 实现开发到运维的持续系统部署，通过 CD 实现技术到业务的持续价值交付。 3、变更管理。之前是人工配合一些工具脚本，无系统化思维能力，往往只见树木不见森林。现在是通过云提升系统外变更效率，通过自动化工具（如Puppet 和 Ansible）提高系统内变更效率。 4、故障处理。之前是街道监控告警，各专业分析根源，执行应急预案，但是存在很多问题，如：缺乏故障预测、误报漏报、分析慢、无法自愈。

现在是通过 AIOps 解决，实现故障预测、故障检测、根因分析、故障自愈、告警收敛等，尽量减少人工参与，提高效率。 4、云的价值 一是云解决了效率问题。对于公有云，企业上云之前，自己运维基础架构，需要租用运营商机房，购买设备、上架设备、布各种线、配置网络、安排人员现场运维等。上云之后，不用关系基础架构问题，只需要在公有云 WEB 页面上点击就能完成这些需求，效率得以极大提高。对于私有云南，还是需要自己运维基础架构，但云通过软件定义，资源池化，弹性伸缩，流程自动化等措施也极大提高 了资源供给效率。 二是云解决了质量问题。公有云屏蔽了底层运维，运维工作由公有云厂商专业团队负责，相比各个公司参差不齐的运维能力，提供了更专业的服务能力，提升了运维的质量。 三是云解决了成本问题。建一个云数据中心，成本要比传统数据中心，对于公有云，其本身就是业务，各租户建数据中心的是重复工作，公有云 SP 集中建一个，节省下来的钱，一方面用于降低组合的成本，另一方面增加公有云 SP 收益。对于私有云，构建成本肯定比传统数据中心高，但可以通过提升运营效率来降低 TCO 成本，或者通过提升上层业务系统的竞争力，使得上层业务获得更多盈利，让业务反哺私有云。

四是云遇到了安全挑战。公有云是双刃剑，一方面扩大了安全问题，另一方面缩小了安全问题。扩大了安全问题，是因为即使安全隔离非常好，公有云运营商也可以拿到租户流量，所以公有云运营商的诚信很重要，应尽量选择大平台。缩小了安全问题是因为公有云对外的安全防护能力很强，DDOS 攻击和漏洞攻击等防护齐全。第2 2 章 私有云是不是云 云是软件定义数据中心，对数据中心的性能容量、可用架构、运维方式、成本、安全可控等内容重新定义，重构计算、存储、网络、安全等资源的供给方式，以云服务的方式展现给用户，最终实现了基础架构的质量、效率、成本、安全等指标的优化。本章节从数据通道的虚拟化、管理通道的服务化、控制通道的自动化三个方面，分析公有云和私有云的区别。 1、公有云 特点：公有云对基础架构进行了全面的革命，在业务方面，对基础架构进行了集约管理，基础架构所有权归云服务商，运营和运维职责也归云服务商。租户按需使用云服务，按使用流量计费。在技术方面，在计算、存储、网络等虚拟化基础上，实现资源服务化。公有云的优点：规模大，资源池容易横向扩展，资源可以弹性供给。不足之处：定制化能力弱，缺乏对类 IOE 的支持。

实现：实现了数据通道的虚拟化，计算中的 VM 和 Container（容器），存储中的 SDS，网络中的 NFV，安全中的软件化。实现了管理通道的服务化，通过管理接口实现计算、存储、网络、安全等资源的创建、管理、回收。实现了控制通道的自动化，计算中的心跳，存储中的同步，网络中的交换和路由。 生态：任何一个数据中心，麻雀虽小五脏俱全，计算、存储、网络、安全等设备和软件，设计众多设备和软件产品提供商，组成了网状商业生态，在这种生态中，产品提供商可以跟客户进行谈判议价。公有云取代数据中心后，成为汇聚节点，产品提供商的议价对象是公有云服务商，议价能力有限，利润被控制在一定范围内。 2、私有云 特点：私有云在已有的数据中心基础架构上进行改良。在业务方面，基础架构的所有权是企业的，运营和运维职责也是企业的，使用、运营、运维都是自己进行。在技术方面，不是全面虚拟化，二是在硬件资源基础上，实现自动化管理，以服务方式对外服务。 优点：定制化能力强，延续了历史业务系统需求。不足之处：资源规模小，池化能力弱，有时不能充分发挥云的优势，租户、运营、运维都是企业自身，导致设计和操作上具有耦合性。 实现：私有云是在传统数据中心基础上发展起来的。

传统数据中心是硬件定义的，计算方面使用 x86 服务器、小型机、大型机，存储方面使用 NAS、IPSAN、FCSAN 设备，网络层面使用物理交换机。企业一些业务系统对底层计算、存储、网络等资源的性能有要求，比如 Oracle 不能部署在虚拟机上，大数据计算要运行在裸机上等。建立私有云不是数据通道和控制通道的全面变革，而是在管理通道上进行进行变革，主要体现在：计算使用 x86，存储采用 NAS 或 FCSAN，网络还是物理交换和路由，但是通过控制接口，实现这些资源的构建、管理、回收的自动化，最终以服务化的方式提供给用户。稍微激进一些，可以把不太重要的业务放在虚拟化上，计算使用 VM 和 Container，存储使用 SDS，网络使用 SDN 和 NFV。 生态：建设私有云的企业一般都是规模较大、资本雄厚的企业，拥有独立的数据中心。传统数据中心的生态延续到私有云上，另外还增加了云管平台生态。 3、如何选择云 （1）、监管因素：一些行业有监管要求，而公有云不能满足监管要求，行业云和私有云是必然选择，比如金融云和政务云。 （2）、性能因素：公有云建立在虚拟化基础上，一些应用系统对性能要求高，不支持虚拟化，比如：Oracle 不能部署在虚拟机上，大数据分析要运行在x86 裸机上，核心业务系统要运行在 FCSAN 上，这时候私有云是一种选择。

（3）、成本因素：ECS（Elastic Compute Service 弹性云服务器）实例需求少时，私有云有边际成本，平坦到每个 ECS 实例上，成本较高。这是优先选择公有云。ECS 实例需求多时，边际成本平摊到 ECS 实例上，私有云成本低，可以选择私有云。例如：如果需要 N 个 2C8G ECS 虚拟机，每个 2C8G ECS 虚拟机每年费用大概约 2 千元，共需要 2000*N 元。私有云中，2 路 10 核超线程 256G x86服务器大约 6 万元，可以虚拟出 20 个 2C8G 的虚拟机，五年折旧期，平均每个虚拟机每年 600 元，私有云费用为：600*N+边际成本。当 N 很小时，600*N+边际成本大于 2000*N，公有云划算，当 N 很大时，600*N+边际成本小于 2000*N，私有云划算。 （4）、资产因素：在资产负债表中，私有云属于资本性支出，是企业资产，而公有云属于运营支出。因此，企业建设私有云可以将私有云转化为企业资产。 （5）、规模因素：如果企业规模较大，IT 占据企业份额较大，并且具有一定的云技术能力，可以选择建设私有云， （6）、其他因素：私有云可以拥有完整的商业生态，涉及利益关系和把控能力，还有一些诸如企业文化、政绩业绩方面的延伸。

4、总结 私有云具有独特性，有外部要求的独特性，也有历史传承的独特性，这造成了公有云方案不能够完全满足私有云的需求，也不能直接用公有云来建设私有云。私有云也不能取代公有云，尤其是规模效应方面，与公有云差距较大。第3 3 章 云架构设计思路 云架构设计有两个大目标：一是将资源（计算、存储、网络、安全）高效交付给用户，二是确保资源稳定云心，保证业务的可用性和连续性 SLA 要求。本章节从六化原则、两态建模、横向分责、纵向分层四个角度阐述云架构设计。 1、 六化原则 （1）、虚拟化：根据业务系统的特点，底层资源尽量虚拟化，例如：计算资源使用 VM 和容器，存储资源使用 SDS，网络资源使用 NFV，安全资源使用软件系统。虚拟化具有灵活性、节约资源等特点，虚拟化作为适配层，可以灵活应对上层业务系统的多样需求云计算架构方案，同时屏蔽了底层硬件资源，使得底层硬件资源可以标准化。 （2）、标准化：无论是否虚拟化，底层资源均需要标准化，例如：提供标准规格的虚拟机和标准规格的 x86 裸机等。虚拟化的好处很多，一是可以在采购招标中获得好的谈判价格，二是标准化了的资源才能实现自动化管理。 （3）、自动化：自动化是 IT 运维 2.0 阶段的基本特征。

云的一个核心目标是以自动化方式将资源提供给用户，提高供给效率的同时，也能够避免人工操作的风险。 （4）、服务化：在自动化的基础上，服务化封装了资源供给内部细节，以服务目录接口方式展现给管理员，管理员通过服务目录，服务请求申请，创建资源，反馈给用户。 （5）、自助化：开发部门作为资源方，数据中心作为资源供给方，开发部门抱怨数据中心资源供给效率低，数据中心抱怨开发部门资源需求变化频繁。通过多租户方式，开发部门在配额内自助创建资源，彻底解决开发部门和数据中心之间的资源供给矛盾。 （6）、智能化：云提供了强大的计算能力，云上的应用提供了海量的数据，这是智能化基础，云和智能结合是必然趋势。2、 两态建模 从交付和运行角度，云架构可分为服务架构和运行架构： （1）、服务架构：目标是提高资源供给、管理、回收效率。通过资源的管理口实现，属于管理通道，以云管平台方式存在。资源供给完后，部署应用系统后，转化为运行架构，对外提供业务服务。 （2）、运行态架构：目标是确保资源稳定运行。涉及资源的性能容量和可用架构。资源容量和性能能否满足现有和未来需求，虚拟化能否满足要求。从应用系统集群、虚拟机迁移、数据库集群、存储复制、网络聚合、硬件备份、两地三中心等方面实现高可用架构，合理划分故障...

（编辑：西安站长网）

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