云架构和openstack的思考

作者：罗立树

最近在负责公司内部私有云的建设，一直在思考怎么搞云计算，怎么才能够把云架构设计得好一些。

本文章主要内容：

1. 行业生态

2. 从需求角度看云

3. 云计算概述

4. 云建设的关键问题

5. 私有云架构规划

一.行业生态

计算机云经过多年的发展，由一开始的概念，慢慢发展成熟并能够推向市场，提供多种多样的服务，市场空间非常之大。

在云的发展过程中，亚马逊经过多年的深耕积累，发展成为了云行业的标杆企业，甚至是建立了云解决方案的标准。

只要是存在商业价值以及商业利益的存在，就会有更多的公司、人参与进来，google、IBM、思科、Oracle、HP惠普、Intel、华为等IT巨头先后参与进来，

在软件和硬件方面提供专门的面向企业的解决方案，纷纷打着云计算、大数据、智能等概念来吸引客户，拓展市场。

另外一方面，基于大数据，存储，云服务等也先后出现一些创新企业，譬如dropbox、rackspace，国内也产生相关的创业公司，譬如七牛、青云、ustack等。

按照开源的习惯来说，只要是有一套成熟的商业软件，就会有一套开源的解决方案（譬如windows之于linux，google的mapreduce、gfs、大表之于hadoop等等），

在云领域，也存在相应的开源解决方案，在开源的云解决方案里有若干公司将解决方案进行开源，而最为著名的有openstack和cloudstack。对于开源行业的领导者redhat来说，

redhat在企业操作系统的市场已经做的很好，从RHEL系统的各个版本来都是提供操作系统的稳定版本，在企业级系统市场有相当高的市场份额。redhat特别重视云的发展，并将云操作系统作为未来10年的发展战略重点。

并先后收购了openstack，以及ceph等存储企业，壮大自己在云领域的影响力。

随着云领域的发展，逐渐形成了面向企业提供硬件和软件产品产品提供商，面向企业提供服务的服务提供商，面向市场创业企业提供基础服务的服务企业，面向个人提供业务服务的一系列行业生态。

二. 从需求角度看云

需求是什么（what people need）？

我们所说的people，即人或者公司实体。在我的思考中我将people分为。

从企业角度看

1）.小型企业

小型企业因为本身技术储备不多，人员缺乏，没有独立的IT部门，但是在构建自己的IT系统过程中需要购置各种产品和服务，包括服务器、网络、CDN等等，而要完成这样的工作，需要投入大量的人力和财力。

通过购买云服务可以更加方便快捷，简单的完成系统的搭建。

2）.中型企业

中型企业有一定的规模，需要在信息化、管理方面有所注重，一般内部都设立IT部门，但是和小型企业一样，IT部门大多数都是为了解决自身需求很难能够有一个完整的解决方案。这样在服务器、网络、CDN、企业管理软件等等的需求还是比较大的。

3）.大型企业

大型企业人数规模在万人以上，特别是高新企业，都有一个实力不错的IT支撑部门，通过部门就可以完善对企业内部信息化建设

从企业性质范围来看，我将企业分为

1）.传统行业企业

传统行业大多数是以服务业、制造业、生产性企业为主，在IT信息化方面相对比较落后，重资产行业

2）.互联网企业

互联网行业是基于IT作为解决方案的

3）.IT服务企业

以销售软件、硬件、以及技术咨询服务为主的企业。

针对市场中存在的企业、个体等的需求特点，将需求规划为（也是市面上常用的分类）：

1.提供软件的服务，解决企业内部信息化问题，譬如：ERP系统，进销存管理系统，人力资源管理系统，行政系统，财务系统等等。（SAAS）

2.提供平台服务，解决行业共性问题，将SAAS迁移到云端，提供平台类的服务。譬如：淘宝的开放平台，facebook的开放平台，基于salesforce的销售系统，云笔记，云盘等。（PAAS）

3.提供基础设施服务，基础设施包括软件和硬件方面的，包括：存储、虚拟机、网络、防火墙、缓存、负载均衡、数据库等等。（IAAS）

对于企业内部来说，一般互联网企业人员角色分为

1.开发

2.测试

3.运维

4.DBA

5.产品

6.项目管理人员

7.客服

8.业务人员（销售、市场、BD、人力资源、行政等等）

下图说明一下在互联网行业各个角色的需求（仅局限于云领域）

三. 云计算概述

云解决什么（what cloud offer）？

1. 封装

 将计算能力和软件放在云端，可以减少重复建设，将通用的服务封装起来，达到重用，减少资源的浪费，提高生产效率，并提供成熟的解决方案。

2.安全

云计算将数据和存储，软件逻辑都集中于云端，更能方便的统一构建安全体系

3.灵活

云计算提供灵活的软件和服务端架构

4.性能

通过集群的能力和云端的集成能够提高集群的性能处理

5.伸缩能力

在存储和计算能力方面提供弹性的资源管理，能够按需使用

6.运维

云计算在IAAS角度来看，重要的是运维，能够将运维更加集中化管理，并完全智能化，大大降低人力成本

7.充分利用物理资源

通过云建设，能够将物理资源进行虚拟化处理，屏蔽物理硬件底层，并能够完成物力资源软化进行逻辑管理和分配调度

8.大数据

大数据保存于云端，能够提供数据分析和智能处理

……

当然，云计算还有很多很多好处，给我们带来很多想像空间和IT技术的革命。

公有云与私有云

说到云，行业内将云分为“公有云”和“私有云”，对于“公有云”和“私有云”的差别，在我们之前的需求分析过程中，大致了解了云的需求，

“公有云”和“私有云”的差别最大的是需求的差异，因为需求的差异，导致了技术方案和产品决策的差异。

公有云需求上由于用户多种多样，导致需求存在不一样，特别需要更多的定制化，譬如：网络的定制化，套餐组合的定制化，网络资源，存储资源的独立等等

四. 云建设的关键问题

计算机基础知识

计算机自从诞生以来，一直按照冯.诺伊曼的体系发展，在硬件的基础上的操作系统，也分为网络协议体系的实现，内存管理，文件管理体系等等，大致的抽象图

云建设要解决的问题？

1.管理问题

云计算的实施，首先要解决运维的问题，在云环境下后端是大规模数量的物理节点的集群，对于同时维护数以千计算的计算节点，以及部署结构的复杂，需求的变化，

光靠增加人力也难以解决复杂的问题。从而需要构建高效的计算资源管理系统，能够灵活简单的管理运系统，并能够及时的发现问题。

2.计费问题(公有云)

对于公有云而言，因为是面向公众的，必然产生费用的问题，常用的收费方式多种多样，也因为产品的不同而计费方式不同，譬如：网络、存储、cpu、数据库容量等等

3.资源隔离问题

云计算运行在云端，是通过虚拟化体系建立的，虚拟化是建立在硬件之上，多个虚拟化资源同时运行于同一节点（host）中，存在着资源的共享争用问题，

这样就存在着资源使用的公平性问题，导致同一Host上的资源使用相互影响。为了使得彼此资源使用相互独立，我们要建立相应的隔离机制。资源的隔离包括：存储、内存、cpu、数据库、网络等，其中网络是最难控制的。

4.安全问题

在云端的应用和基于客户端的安全，面临的环境不一样，客户端方面大多数是病毒问题引起的，而在云端，也存在一些服务器攻击的问题，以及数据相互独立相互影响的问题，以及一些服务端编程的安全问题等。

5.性能问题

对于云来说，需要保证云端的性能问题，包括CPU处理性能，IO处理能力，资源的就近访问，资源数据同步的速度，还需要解决系统底层的性能问题，包括文件处理Cache，存储介质的优化，采用SSD等，或者采用SATA＋SSD的混合方式节约资源和降低成本。

6.存储问题

对于云来说，由于云端是将客户端的数据和运算转移到云端，必须要有足够的存储能力以及足够稳定的存储系统，保证用户数据的安全，对于存储来说，有提供VM虚拟机运行环境的block device（块存储），

以及提供KV方式的对象访问存储，这些都需要保证数据复制、数据读写访问的性能和数据永久可用的能力

7.网络问题

对于公有云以及私有云的一些应用场景，需要能够提供网络的逻辑隔离（SDN）或物理隔离，以及对网络的访问灵活问题。构建虚拟化网络，由于物理条件的限制，我们不得不从L2-L4层进行处理，我们常用的方式是：bridge，vlan，gre，sdn（openflow，opendaylight），以及一些厂家的产品等等。

8.高可用问题

高可用问题是在分布式系统中必须要处理的问题，正因为集群的问题，我们必须要从多方面考虑解决的问题，包括保证云管理系统的高可用性，存储介质的高可用性，网络的高可用性，虚拟机高可用问题等等。

9.提高资源利用率问题

对于物理资源的虚拟化，我们有很多种解决方法，KVM、Vmware、xen、Hyperv、LXC等等，在HVM的方式下，对于VM本身的启动需要占用大量的内存、cpu和存储资源，导致系统内存和cpu使用有一定的浪费，基于LXC的解决方案因为是机基于Host OS

进程，通过namespace的方式进行隔离的，是一种轻量级的实现，能够在资源初始化，资源利用率方面能够最大化，对于各个应用场景来说，我们可以选用合适的解决方案。

五.私有云架构规划

私有云的目标

对于私有云建设，我们的目标是

1.提高物理资源的利用率

2.一套云管理系统，降低运维的复杂度，提高运维工作效率

3.构建灵活的开发、测试集成环境

4.提供海量的存储体系

5.建立完善的监控体系

6.建立基础应用环境、方便测试

7.统一架构

8.智能资源调度

我们是怎么建设私有云的？（how to implement）

openstack开源解决方案

对于云计算来说，也存在这多种解决方案，譬如cloudstack和openstack等，在两种方案的比较之后，我们最终选择了openstack的解决方案。

主要是出于以下几点原因：

1.openstack的社区成熟度：在openstack经过几年的发展，社区已经越来越成熟，很多大公司都参与进来帮助完善，红帽公司未来十年也将openstack作为发展的战略重点。

2.架构设计的选择：openstack采用了python语言编写，并且设计上采用组件化的方式，各个组件独立发展，并相互解藕

3.openstack提供了更加完整成熟的方案，能够满足多样的需求，同时已经有不少公司采用，已经经过生产上的验证

4.文档问题：openstack文档化做的不错，网上能够找到多种多样的问题处理办法

5.人员招聘问题，经过多年的发展和市场的培育，了解openstack的人越来越多，对于开发维护的人才建设和招聘相对成熟一些。

6.发展比较迅速

。。。。。

下图是我们大致的架构规划

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