云架構(gòu)和openstack的思考
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(jì)算，怎么才能夠把云架構(gòu)設(shè)計(jì)得好一些。
本文章主要內(nèi)容：
1. 行業(yè)生態(tài)
2. 從需求角度看云
3. 云計(jì)算概述
4. 云建設(shè)的關(guān)鍵問(wèn)題
5. 私有云架構(gòu)規(guī)劃
一.行業(yè)生態(tài)
計(jì)算機(jī)云經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，由一開(kāi)始的概念，慢慢發(fā)展成熟并能夠推向市場(chǎng)，提供多種多樣的服務(wù)，市場(chǎng)空間非常之大。
在云的發(fā)展過(guò)程中，亞馬遜經(jīng)過(guò)多年的深耕積累，發(fā)展成為了云行業(yè)的標(biāo)桿企業(yè)，甚至是建立了云解決方案的標(biāo)準(zhǔn)。
只要是存在商業(yè)價(jià)值以及商業(yè)利益的存在，就會(huì)有更多的公司、人參與進(jìn)來(lái)，google、IBM、思科、Oracle、HP惠普、Intel、華為等IT巨頭先后參與進(jìn)來(lái)，
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(jì)算、大數(shù)據(jù)、智能等概念來(lái)吸引客戶，拓展市場(chǎng)。
另外一方面，基于大數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)，云服務(wù)等也先后出現(xiàn)一些創(chuàng)新企業(yè)，譬如dropbox、rackspace，國(guó)內(nèi)也產(chǎn)生相關(guān)的創(chuàng)業(yè)公司，譬如七牛、青云、ustack等。
按照開(kāi)源的習(xí)慣來(lái)說(shuō)，只要是有一套成熟的商業(yè)軟件，就會(huì)有一套開(kāi)源的解決方案（譬如windows之于linux，google的mapreduce、gfs、大表之于hadoop等等），
在云領(lǐng)域，也存在相應(yīng)的開(kāi)源解決方案，在開(kāi)源的云解決方案里有若干公司將解決方案進(jìn)行開(kāi)源，而最為著名的有openstack和cloudstack。對(duì)于開(kāi)源行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者redhat來(lái)說(shuō)，
redhat在企業(yè)操作系統(tǒng)的市場(chǎng)已經(jīng)做的很好，從RHEL系統(tǒng)的各個(gè)版本來(lái)都是提供操作系統(tǒng)的穩(wěn)定版本，在企業(yè)級(jí)系統(tǒng)市場(chǎng)有相當(dāng)高的市場(chǎng)份額。redhat特別重視云的發(fā)展，并將云操作系統(tǒng)作為未來(lái)10年的發(fā)展戰(zhàn)略重點(diǎn)。
并先后收購(gòu)了openstack，以及ceph等存儲(chǔ)企業(yè)，壯大自己在云領(lǐng)域的影響力。
隨著云領(lǐng)域的發(fā)展，逐漸形成了面向企業(yè)提供硬件和軟件產(chǎn)品產(chǎn)品提供商，面向企業(yè)提供服務(wù)的服務(wù)提供商，面向市場(chǎng)創(chuàng)業(yè)企業(yè)提供基礎(chǔ)服務(wù)的服務(wù)企業(yè)，面向個(gè)人提供業(yè)務(wù)服務(wù)的一系列行業(yè)生態(tài)。
二. 從需求角度看云
需求是什么（what people need）？
我們所說(shuō)的people，即人或者公司實(shí)體。在我的思考中我將people分為。
從企業(yè)角度看
1）.小型企業(yè)
小型企業(yè)因?yàn)楸旧砑夹g(shù)儲(chǔ)備不多，人員缺乏，沒(méi)有獨(dú)立的IT部門，但是在構(gòu)建自己的IT系統(tǒng)過(guò)程中需要購(gòu)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(cái)力。
通過(guò)購(gòu)買云服務(wù)可以更加方便快捷，簡(jiǎn)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(gè)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(wàn)人以上，特別是高新企業(yè)，都有一個(gè)實(shí)力不錯(cuò)的IT支撐部門，通過(guò)部門就可以完善對(duì)企業(yè)內(nèi)部信息化建設(shè)
從企業(yè)性質(zhì)范圍來(lái)看，我將企業(yè)分為
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(duì)比較落后，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(duì)市場(chǎng)中存在的企業(yè)、個(gè)體等的需求特點(diǎn)，將需求規(guī)劃為（也是市面上常用的分類）：
1.提供軟件的服務(wù)，解決企業(yè)內(nèi)部信息化問(wèn)題，譬如：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(cái)務(wù)系統(tǒng)等等。（SAAS）
2.提供平臺(tái)服務(wù)，解決行業(yè)共性問(wèn)題，將SAAS遷移到云端，提供平臺(tái)類的服務(wù)。譬如：淘寶的開(kāi)放平臺(tái)，facebook的開(kāi)放平臺(tái)，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)，基礎(chǔ)設(shè)施包括軟件和硬件方面的，包括：存儲(chǔ)、虛擬機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、防火墻、緩存、負(fù)載均衡、數(shù)據(jù)庫(kù)等等。（IAAS）
對(duì)于企業(yè)內(nèi)部來(lái)說(shuō)，一般互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)人員角色分為
1.開(kāi)發(fā)
2.測(cè)試
3.運(yùn)維
4.DBA
5.產(chǎn)品
6.項(xiàng)目管理人員
7.客服
8.業(yè)務(wù)人員（銷售、市場(chǎng)、BD、人力資源、行政等等）
下圖說(shuō)明一下在互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)各個(gè)角色的需求（僅局限于云領(lǐng)域）
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三. 云計(jì)算概述
云解決什么（what cloud offer）？
1. 封裝
將計(jì)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(lái)，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。
2.安全
云計(jì)算將數(shù)據(jù)和存儲(chǔ)，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
3.靈活
云計(jì)算提供靈活的軟件和服務(wù)端架構(gòu)
4.性能
通過(guò)集群的能力和云端的集成能夠提高集群的性能處理
5.伸縮能力
在存儲(chǔ)和計(jì)算能力方面提供彈性的資源管理，能夠按需使用
6.運(yùn)維
云計(jì)算在IAAS角度來(lái)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(guò)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，并能夠完成物力資源軟化進(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(jì)算還有很多很多好處，給我們帶來(lái)很多想像空間和IT技術(shù)的革命。
公有云與私有云
說(shuō)到云，行業(yè)內(nèi)將云分為“公有云”和“私有云”，對(duì)于“公有云”和“私有云”的差別，在我們之前的需求分析過(guò)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?yàn)樾枨蟮牟町?，?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：網(wǎng)絡(luò)的定制化，套餐組合的定制化，網(wǎng)絡(luò)資源，存儲(chǔ)資源的獨(dú)立等等
四. 云建設(shè)的關(guān)鍵問(wèn)題
計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)
計(jì)算機(jī)自從誕生以來(lái)，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(shí)現(xiàn)，內(nèi)存管理，文件管理體系等等，大致的抽象圖
云建設(shè)要解決的問(wèn)題？
1.管理問(wèn)題
云計(jì)算的實(shí)施，首先要解決運(yùn)維的問(wèn)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(duì)于同時(shí)維護(hù)數(shù)以千計(jì)算的計(jì)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(wèn)題。從而需要構(gòu)建高效的計(jì)算資源管理系統(tǒng)，能夠靈活簡(jiǎn)單的管理運(yùn)系統(tǒng)，并能夠及時(shí)的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。
2.計(jì)費(fèi)問(wèn)題(公有云)
對(duì)于公有云而言，因?yàn)槭敲嫦蚬姷?，必然產(chǎn)生費(fèi)用的問(wèn)題，常用的收費(fèi)方式多種多樣，也因?yàn)楫a(chǎn)品的不同而計(jì)費(fèi)方式不同，譬如：網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)、cpu、數(shù)據(jù)庫(kù)容量等等
3.資源隔離問(wèn)題
云計(jì)算運(yùn)行在云端，是通過(guò)虛擬化體系建立的，虛擬化是建立在硬件之上，多個(gè)虛擬化資源同時(shí)運(yùn)行于同一節(jié)點(diǎn)（host）中，存在著資源的共享爭(zhēng)用問(wèn)題，
這樣就存在著資源使用的公平性問(wèn)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(chǔ)、內(nèi)存、cpu、數(shù)據(jù)庫(kù)、網(wǎng)絡(luò)等，其中網(wǎng)絡(luò)是最難控制的。
4.安全問(wèn)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(wèn)題引起的，而在云端，也存在一些服務(wù)器攻擊的問(wèn)題，以及數(shù)據(jù)相互獨(dú)立相互影響的問(wèn)題，以及一些服務(wù)端編程的安全問(wèn)題等。
5.性能問(wèn)題
對(duì)于云來(lái)說(shuō)，需要保證云端的性能問(wèn)題，包括CPU處理性能，IO處理能力，資源的就近訪問(wèn)，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(wèn)題，包括文件處理Cache，存儲(chǔ)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(chǔ)問(wèn)題
對(duì)于云來(lái)說(shuō)，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(chǔ)能力以及足夠穩(wěn)定的存儲(chǔ)系統(tǒng)，保證用戶數(shù)據(jù)的安全，對(duì)于存儲(chǔ)來(lái)說(shuō)，有提供VM虛擬機(jī)運(yùn)行環(huán)境的block device（塊存儲(chǔ)），
以及提供KV方式的對(duì)象訪問(wèn)存儲(chǔ)，這些都需要保證數(shù)據(jù)復(fù)制、數(shù)據(jù)讀寫訪問(wèn)的性能和數(shù)據(jù)永久可用的能力
7.網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題
對(duì)于公有云以及私有云的一些應(yīng)用場(chǎng)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(duì)網(wǎng)絡(luò)的訪問(wèn)靈活問(wèn)題。構(gòu)建虛 擬化網(wǎng)絡(luò)，由于物理?xiàng)l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(wèn)題
高可用問(wèn)題是在分布式系統(tǒng)中必須要處理的問(wèn)題，正因?yàn)榧旱膯?wèn)題，我們必須要從多方面考慮解決的問(wèn)題，包括保證云管理系統(tǒng)的高可用性，存儲(chǔ)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(wèn)題等等。
9.提高資源利用率問(wèn)題
對(duì)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(duì)于VM本身的啟動(dòng)需要占用大量的內(nèi)存、cpu和存儲(chǔ)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?yàn)槭菣C(jī)基于Host OS
進(jìn)程，通過(guò)namespace的方式進(jìn)行隔離的，是一種輕量級(jí)的實(shí)現(xiàn)，能夠在資源初始化，資源利用率方面能夠最大化，對(duì)于各個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景來(lái)說(shuō)，我們可以選用合適的解決方案。
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五.私有云架構(gòu)規(guī)劃
私有云的目標(biāo)
對(duì)于私有云建設(shè)，我們的目標(biāo)是
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(kāi)發(fā)、測(cè)試集成環(huán)境
4.提供海量的存儲(chǔ)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(cè)試
7.統(tǒng)一架構(gòu)
8.智能資源調(diào)度
我們是怎么建設(shè)私有云的？（how to implement）
openstack開(kāi)源解決方案
對(duì)于云計(jì)算來(lái)說(shuō)，也存在這多種解決方案，譬如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：在openstack經(jīng)過(guò)幾年的發(fā)展，社區(qū)已經(jīng)越來(lái)越成熟，很多大公司都參與進(jìn)來(lái)幫助完善，紅帽公司未來(lái)十年也將openstack作為發(fā)展的戰(zhàn)略重點(diǎn)。
2.架構(gòu)設(shè)計(jì)的選擇：openstack采用了python語(yǔ)言編寫，并且設(shè)計(jì)上采用組件化的方式，各個(gè)組件獨(dú)立發(fā)展，并相互解藕
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(shí)已經(jīng)有不少公司采用，已經(jīng)經(jīng)過(guò)生產(chǎn)上的驗(yàn)證
4.文檔問(wèn)題：openstack文檔化做的不錯(cuò)，網(wǎng)上能夠找到多種多樣的問(wèn)題處理辦法
5.人員招聘問(wèn)題，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展和市場(chǎng)的培育，了解openstack的人越來(lái)越多，對(duì)于開(kāi)發(fā)維護(hù)的人才建設(shè)和招聘相對(duì)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
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