最近在負(fù)責(zé)公司內(nèi)部私有云的建設(shè)，一直在思考怎么搞云計算，怎么才能夠把云架構(gòu)設(shè)計得好一些。本文盡量全面的列出了云架構(gòu)建設(shè)和選型的考量因素。

　　我們主要從五個層面逐步評估云架構(gòu)的建設(shè)和選型，分別是：

　　1. 行業(yè)生態(tài)

　　2. 企業(yè)需求

　　3. 云計算的能力

　　4. 潛在的挑戰(zhàn)

　　5. 如何建設(shè)

　　一、行業(yè)生態(tài)

　　計算機(jī)云經(jīng)過多年的發(fā)展，由一開始的概念，慢慢發(fā)展成熟并能夠推向市場，提供多種多樣的服務(wù)，市場空間非常之大。

　　在云的發(fā)展過程中，亞馬遜經(jīng)過多年的深耕積累，發(fā)展成為了云行業(yè)的標(biāo)桿企業(yè)，甚至可以說是建立了云解決方案的標(biāo)準(zhǔn)。之后，Google、IBM、思科、Oracle、HP、Intel、華為等IT巨頭先后參與進(jìn)來，在軟件和硬件方面提供專門的面向企業(yè)的解決方案，紛紛打著云計算、大數(shù)據(jù)、智能等概念來吸引客戶，拓展市場。

　　另外一方面，基于大數(shù)據(jù)、存儲、云服務(wù)等，市場上也先后出現(xiàn)一些創(chuàng)新企業(yè)，如Dropbox、Rackspace，國內(nèi)的七牛、青云、UnitedStack等。

　　當(dāng)前的IT世界有一個常見的現(xiàn)象，就是只要某一個領(lǐng)域有一套成熟的商業(yè)軟件，就同時也會有一套開源的解決方案，如Windows之于Linux，Google的MapReduce、GFS、大表之于Hadoop等。在云領(lǐng)域也存在相應(yīng)的開源解決方案，目前最為著名的有Openstack和Cloudstack。開源行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者RedHat此前

　　在企業(yè)操作系統(tǒng)的市場已經(jīng)做的很好，RHEL的各個版本在企業(yè)級系統(tǒng)市場有相當(dāng)高的市場份額。現(xiàn)在的RedHat特別重視云的發(fā)展，并將云操作系統(tǒng)作為未來10年的發(fā)展戰(zhàn)略重點(diǎn)，在最近兩年先后收購了Gluster以及Ceph等存儲企業(yè)，以壯大自己在云領(lǐng)域的影響力。

　　隨著云領(lǐng)域的發(fā)展，市場上也逐漸形成了面向企業(yè)提供硬件和軟件產(chǎn)品的提供商、面向企業(yè)提供服務(wù)的提供商、面向市場初創(chuàng)企業(yè)提供基礎(chǔ)服務(wù)的提供商、面向個人提供業(yè)務(wù)服務(wù)的提供商等一系列行業(yè)生態(tài)。

圖 1 云行業(yè)服務(wù)生態(tài)

　　二、企業(yè)需求

　　需求是什么，也就是what people need這個問題。我們所說的people，即人或者公司實體，該對象的劃分并不單純，可粗淺的從三個角度來進(jìn)行分類：

　　從企業(yè)角度看：

　　1)小型企業(yè)

　　小型企業(yè)的技術(shù)儲備不多，人員缺乏，沒有獨(dú)立的IT部門，但是在構(gòu)建自己的IT系統(tǒng)過程中需要購置各種產(chǎn)品和服務(wù)，包括服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、CDN等等，而要完成這樣的工作，需要投入大量的人力和財力。通過購買云服務(wù)可以更加方便快捷，簡單的完成系統(tǒng)的搭建。

　　2)中型企業(yè)

　　中型企業(yè)有一定的規(guī)模，需要在信息化、管理方面有所注重，一般內(nèi)部都設(shè)立IT部門，但是和小型企業(yè)一樣，IT部門大多數(shù)都是為了解決自身需求，很難能夠有一個完整的解決方案。這樣在服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、CDN、企業(yè)管理軟件等等的需求還是比較大的。

　　3)大型企業(yè)

　　大型企業(yè)人數(shù)規(guī)模在萬人以上，特別是高新企業(yè)，都有一個實力不錯的IT支撐部門，通過部門就可以完善對企業(yè)內(nèi)部信息化建設(shè)。

　　從企業(yè)性質(zhì)范圍來看：

　　1)傳統(tǒng)行業(yè)企業(yè)

　　傳統(tǒng)行業(yè)大多數(shù)是以服務(wù)業(yè)、制造業(yè)、生產(chǎn)性企業(yè)為主，在IT信息化方面相對比較落后，屬于重資產(chǎn)行業(yè)。

　　2)互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)

　　互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)是基于IT作為解決方案的

　　3)IT服務(wù)企業(yè)

　　以銷售軟件、硬件、以及技術(shù)咨詢服務(wù)為主的企業(yè)。

　　針對市場中存在的企業(yè)、個體等的需求特點(diǎn)，市場上一般對軟件服務(wù)進(jìn)行如下分類：

　　1. 提供軟件的服務(wù)，解決企業(yè)內(nèi)部信息化問題，如ERP系統(tǒng)、進(jìn)銷存管理系統(tǒng)、人力資源管理系統(tǒng)、行政系統(tǒng)、財務(wù)系統(tǒng)等等。(SaaS)

　　2. 提供平臺服務(wù)，解決行業(yè)共性問題，將SaaS遷移到云端，提供平臺類的服務(wù)。如淘寶的開放平臺、Facebook的開放平臺、基于Salesforce的銷售系統(tǒng)、云筆記、云盤等。(PaaS)

　　3. 提供基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)�；�礎(chǔ)設(shè)施包括軟件和硬件方面的，包括存儲、虛擬機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、防火墻、緩存、負(fù)載均衡、數(shù)據(jù)庫等等。(IaaS)

　　從企業(yè)內(nèi)部人員角色來看：

　　企業(yè)內(nèi)部，尤其是互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)內(nèi)部，一般將角色分為如下幾類：

　　1. 開發(fā)

　　2. 測試

　　3. 運(yùn)維

　　4. DBA

　　5. 產(chǎn)品

　　6. 項目管理人員

　　7. 客服

　　8. 業(yè)務(wù)人員(銷售、市場、BD、人力資源、行政等等)

　　不同的角色對于軟件服務(wù)的需求也是不同的，下圖大致描繪了互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)各個角色對云平臺的需求：

圖 2 互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)各個角色對云平臺的需求

　　三、云計算的能力

　　云計算能夠解決什么，也就是what cloud offer這個問題。目前的云計算在應(yīng)用中主要提供了以下八個能力：

　　1. 封裝：將計算能力和軟件放在云端，可以減少重復(fù)建設(shè)，將通用的服務(wù)封裝起來，達(dá)到重用，減少資源的浪費(fèi)，提高生產(chǎn)效率，并提供成熟的解決方案。在云端，云提供商可以建立軟件的標(biāo)準(zhǔn)，提供發(fā)布包的方式，用戶可以通過軟件包的方式進(jìn)行購買使用，譬如目前開源領(lǐng)域的Docker。

　　2. 安全：云計算將數(shù)據(jù)和存儲，軟件邏輯都集中于云端，更能方便的統(tǒng)一構(gòu)建安全體系，通過Iptables實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)過濾，并在服務(wù)端做安全組件實現(xiàn)安全策略，并能夠通過海量集群應(yīng)對DDOS攻擊等。

　　3. 靈活：云計算提供靈活的軟件和服務(wù)端架構(gòu)，用戶不再需要自己構(gòu)建應(yīng)用運(yùn)行環(huán)境，對資源的使用能夠按需購買，并能夠升級，并自由組合。舉例來說：用戶可以選用不同的存儲方式(mysql、oracle，文件系統(tǒng)，kv等等)

　　4. 性能：通過集群的能力和云端的集成能夠提高集群的性能處理，通過專業(yè)的云解決提供商，在云端的性能擴(kuò)展更加方便，技術(shù)上更加專業(yè)。譬如服務(wù)端可以在用戶毫不察覺的情況下完成添加機(jī)器、存儲擴(kuò)容等操作。

　　5. 伸縮能力：在存儲和計算能力方面提供彈性的資源管理，能夠按需使用，在使用過程中，可以通過動態(tài)的添加和減少物理資源，來提高響應(yīng)能力或節(jié)約成本。

　　6. 運(yùn)維：云計算在IaaS角度來看，重要的是運(yùn)維，能夠?qū)⑦\(yùn)維更加集中化管理，并完全智能化，大大降低人力成本

　　7. 充分利用物理資源：通過云建設(shè)，能夠?qū)⑽锢碣Y源進(jìn)行虛擬化處理，屏蔽物理硬件底層，并能夠完成物理資源軟化進(jìn)行邏輯管理和分配調(diào)度

　　8. 大數(shù)據(jù)：大數(shù)據(jù)保存于云端，能夠提供數(shù)據(jù)分析和智能處理

　　當(dāng)然，云計算還有很多很多好處，給我們帶來很多想像空間和IT技術(shù)的革命。

　　公有云與私有云

　　行業(yè)內(nèi)將云分為“公有云”和“私有云”。在我們之前的需求分析過程中，大致了解了云的需求，“公有云”和“私有云”的差別最大的是需求的差異，因為需求的差異，導(dǎo)致了技術(shù)方案和產(chǎn)品決策的差異。

　　公有云需求上由于用戶多種多樣，導(dǎo)致需求存在不一樣，特別需要更多的定制化，譬如：

　　1. 存儲個性化

　　云存儲方面大概分為塊存儲和對象存儲，塊存儲適合于vm運(yùn)行環(huán)境，對象存儲提供了KV的訪問方式提供了海量擴(kuò)展存儲文件的能力，用戶可以根據(jù)自己的需求選擇不同的存儲方式，選用不同的容量。在存儲物理介質(zhì)方面來說，因為存在不同的物理介質(zhì)，對性能和安全的要求，可以采用傳統(tǒng)的SATA硬盤，或者SSD存儲等。

　　2. 內(nèi)存使用

　　內(nèi)存方面，需要提供動態(tài)擴(kuò)展內(nèi)存的方式，用戶能夠自由擴(kuò)展

　　3. 網(wǎng)絡(luò)的定制化

　　公有云用戶需要能夠構(gòu)建自己的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，并能夠自動組網(wǎng)

　　4. 數(shù)據(jù)庫使用

　　公有云的用戶分屬不同的公司團(tuán)體，各自的技術(shù)差異存在，因而有不同的數(shù)據(jù)庫類型，譬如mysql，sqlserver，oracle等等。并能夠定義存儲大小，內(nèi)存運(yùn)行大小等等。并提供數(shù)據(jù)備份、恢復(fù)、高可用服務(wù)等

　　5. 緩存使用

　　公有云的用戶可以選擇不同的緩存方式，譬如增加CDN，采用不同的KV緩存方式并選擇容量。

　　6. 安全問題

　　公有云對于云的安全和私有云差別較大，私有云大多數(shù)在安全問題上不需要公有云那么嚴(yán)格，大多數(shù)是內(nèi)部系統(tǒng)之間的交互

　　以上僅限于IaaS層面的考慮，當(dāng)然對于公有云來說還有很多細(xì)化的個性化需求，例如：數(shù)據(jù)分析，業(yè)務(wù)對接服務(wù)等等。

　　四、潛在的挑戰(zhàn)

　　計算機(jī)自從誕生以來，一直按照馮.諾伊曼的體系發(fā)展在硬件的基礎(chǔ)上的操作系統(tǒng)，也分為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議體系的實現(xiàn)、內(nèi)存管理、文件管理體系等等。大致的抽象圖如下：

圖 3 計算機(jī)體系抽象圖

　　要建設(shè)云，有幾個重要的問題需要解決：

　　1. 管理問題

　　云計算的實施首先要解決運(yùn)維的問題，在云環(huán)境下后端是大規(guī)模數(shù)量的物理節(jié)點(diǎn)的集群，對于同時維護(hù)數(shù)以千計算的計算節(jié)點(diǎn)，以及部署結(jié)構(gòu)的復(fù)雜，需求的變化，光靠增加人力也難以解決復(fù)雜的問題。從而需要構(gòu)建高效的計算資源管理系統(tǒng)，能夠靈活簡單的管理運(yùn)系統(tǒng)，并能夠及時的發(fā)現(xiàn)問題。

　　2. 計費(fèi)問題(公有云)

　　對于公有云而言，因為是面向公眾的，必然產(chǎn)生費(fèi)用的問題，常用的收費(fèi)方式多種多樣，也因為產(chǎn)品的不同而計費(fèi)方式不同，譬如：網(wǎng)絡(luò)、存儲、cpu、數(shù)據(jù)庫容量等等

　　3. 資源隔離問題

　　云計算運(yùn)行在云端，是通過虛擬化體系建立的，虛擬化是建立在硬件之上，多個虛擬化資源同時運(yùn)行于同一節(jié)點(diǎn)(host)中，存在著資源的共享爭用問題，

　　這樣就存在著資源使用的公平性問題，導(dǎo)致同一Host上的資源使用相互影響。為了使得彼此資源使用相互獨(dú)立，我們要建立相應(yīng)的隔離機(jī)制。資源的隔離包括：存儲、內(nèi)存、cpu、數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)等，其中網(wǎng)絡(luò)是最難控制的。

　　4. 安全問題

　　在云端的應(yīng)用和基于客戶端的安全，面臨的環(huán)境不一樣，客戶端方面大多數(shù)是病毒問題引起的，而在云端，也存在一些服務(wù)器攻擊的問題，以及數(shù)據(jù)相互獨(dú)立相互影響的問題，以及一些服務(wù)端編程的安全問題等。

　　5. 性能問題

　　對于云來說，需要保證云端的性能問題，包括CPU處理性能，IO處理能力，資源的就近訪問，資源數(shù)據(jù)同步的速度，還需要解決系統(tǒng)底層的性能問題，包括文件處理Cache，存儲介質(zhì)的優(yōu)化，采用SSD等，或者采用SATA+SSD的混合方式節(jié)約資源和降低成本。

　　6. 存儲問題

　　對于云來說，由于云端是將客戶端的數(shù)據(jù)和運(yùn)算轉(zhuǎn)移到云端，必須要有足夠的存儲能力以及足夠穩(wěn)定的存儲系統(tǒng)，保證用戶數(shù)據(jù)的安全，對于存儲來說，有提供VM虛擬機(jī)運(yùn)行環(huán)境的block device(塊存儲)，以及提供KV方式的對象訪問存儲，這些都需要保證數(shù)據(jù)復(fù)制、數(shù)據(jù)讀寫訪問的性能和數(shù)據(jù)永久可用的能力

　　7. 網(wǎng)絡(luò)問題

　　對于公有云以及私有云的一些應(yīng)用場景，需要能夠提供網(wǎng)絡(luò)的邏輯隔離(SDN)或物理隔離，以及對網(wǎng)絡(luò)的訪問靈活問題。構(gòu)建虛擬化網(wǎng)絡(luò)，由于物理條件的限制，我們不得不從L2-L4層進(jìn)行處理，我們常用的方式是：bridge，vlan，gre，sdn(openflow，opendaylight)，以及一些廠家的產(chǎn)品等等。

　　8. 高可用問題

　　高可用問題是在分布式系統(tǒng)中必須要處理的問題，正因為集群的問題，我們必須要從多方面考慮解決的問題，包括保證云管理系統(tǒng)的高可用性，存儲介質(zhì)的高可用性，網(wǎng)絡(luò)的高可用性，虛擬機(jī)高可用問題等等。

　　9. 提高資源利用率問題

　　對于物理資源的虛擬化，我們有很多種解決方法，KVM、Vmware、xen、Hyperv、LXC等等，在HVM的方式下，對于VM本身的啟動需要占用大量的內(nèi)存、cpu和存儲資源，導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)存和cpu使用有一定的浪費(fèi)，基于LXC的解決方案因為是機(jī)基于Host OS進(jìn)程，通過namespace的方式進(jìn)行隔離的，是一種輕量級的實現(xiàn)，能夠在資源初始化，資源利用率方面能夠最大化，對于各個應(yīng)用場景來說，我們可以選用合適的解決方案。

　　五、如何建設(shè)

　　58同城經(jīng)過多年的發(fā)展，探索了一條適合自身發(fā)展的技術(shù)架構(gòu)體系。隨著業(yè)務(wù)和技術(shù)的發(fā)展，團(tuán)隊規(guī)模不斷壯大，在技術(shù)和管理上面臨越來越多的挑戰(zhàn)。在項目需求管理，開發(fā)效率、代碼管理和質(zhì)量建設(shè)，測試，線上發(fā)布，運(yùn)維管理等方面需要有一套完整的解決方案，來提升公司的協(xié)作能力和整體能效。

　　58同城目前所有的應(yīng)用在線上都是跑在物理機(jī)器上，采用物理機(jī)的方式，一方面會導(dǎo)致服務(wù)器資源得不到充分和合理的使用，譬如：有些物理機(jī)器cpu使用長期在10%以下，有些內(nèi)存使用剩余很多;另外一方面，由于互聯(lián)網(wǎng)的特點(diǎn)，存在著時段內(nèi)的訪問高峰問題，需要解決資源使用的伸縮問題;基于以上問題，架構(gòu)部對現(xiàn)有的技術(shù)體系進(jìn)行梳理和分析，采用資源虛擬化的方式進(jìn)行私有云的建設(shè)，并在這基礎(chǔ)上，完善公司整體技術(shù)體系，包括：開發(fā)、測試、上線、運(yùn)維等一系列自動化和智能化方面的建設(shè)。

　　私有云的目標(biāo)

　　1. 提高物理資源的利用率

　　2. 一套云管理系統(tǒng)，降低運(yùn)維的復(fù)雜度，提高運(yùn)維工作效率

　　3. 構(gòu)建靈活的開發(fā)、測試集成環(huán)境

　　4. 提供海量的存儲體系

　　5. 建立完善的監(jiān)控體系

　　6. 建立基礎(chǔ)應(yīng)用環(huán)境、方便測試

　　7. 統(tǒng)一架構(gòu)

　　8. 智能資源調(diào)度

　　實施方案：OpenStack

　　對于云計算來說，也存在著多種解決方案，如CloudStack和OpenStack等。在兩種方案的比較之后，我們最終選擇了OpenStack的解決方案。主要是出于以下幾點(diǎn)原因：

　　1. OpenStack的社區(qū)成熟度：OpenStack經(jīng)過幾年的發(fā)展，社區(qū)已經(jīng)越來越成熟，很多大公司都參與進(jìn)來幫助完善，紅帽公司未來十年也將OpenStack作為發(fā)展的戰(zhàn)略重點(diǎn)。

　　2. 架構(gòu)設(shè)計的選擇：OpenStack采用了Python語言編寫，并且設(shè)計上采用組件化的方式，各個組件獨(dú)立發(fā)展，并相互解耦

　　3. OpenStack提供了更加完整成熟的方案，能夠滿足多樣的需求，同時已經(jīng)有不少公司采用，已經(jīng)經(jīng)過生產(chǎn)上的驗證

　　4. 文檔問題：OpenStack文檔化做的不錯，網(wǎng)上能夠找到多種多樣的問題處理辦法

　　5. 人員招聘問題，經(jīng)過多年的發(fā)展和市場的培育，了解OpenStack的人越來越多，對于開發(fā)維護(hù)的人才建設(shè)和招聘相對成熟一些。

　　6. 發(fā)展比較迅速

　　下圖是我們大致的架構(gòu)規(guī)劃
 

圖 4 OpenStack建設(shè)方案架構(gòu)規(guī)劃
 

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本文標(biāo)題：云架構(gòu)建設(shè)和選型的思考

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