云计算（二）——云计算架构

云计算架构

中间层计算架构、B/S架构、混合计算架构都可为云计算提供一定的伸缩能力

​ 共性：基于无状态连接【http请求】和基于服务的访问【非过程调用】

-->极致的面向服务的计算架构（SOA）：一切资源以服务的形式对外开放

将服务作为分布式对象

概念架构：前端+后端

二维视角：基础设施+应用程序，两者分别视为：前端+后端

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基础架构（后端）

  • 硬件：服务器，存储器，网络交换机等
  • 管理软件：服务的高可用性、可恢复性，数据一致性，应用伸缩性、可预测性，云安全等

基础架构进一步分层：

  • 虚拟化层：云的基石
  • web服务层：无状态的云服务
  • 服务总线层：即中间件层，分离用户与虚拟化层，连接用户与Web服务层
  • 客户机用户界面：将云呈现给用户

应用程序（前端）

  • 并发性、协调性、容错性、开放的API格式、开放的数据格式、承载数据密集型计算

云应用程序的结构——与传统操作系统上的应用程序结构有所不同

  • 云环境中的应用程序：应用程序本身、应用实例、服务、云命令行界面
  • 应用程序是云应用的最终样子，由多个同时运行的实例支撑
  • 不同的应用实例运行在不同的服务器上，每个应用实例提供一种或多种服务
  • 服务之间是相互独立的

逻辑架构：云体+云栈

云体（横向）

​ 是云计算的物质基础，是云计算使用的资源集合，是构成云计算的软硬件环境。广义的云体包括数据中心机器辅助设施如电力、空调等系统。（目前可以认为云体就是数据中心）

​ 类比传统操作系统横向切面：运行时环境+应用本身（程序+数据）

  • 环境：进程/线程/内存管理+文件系统+进程间通信/网络
  • 云应用程序
  • 云运行时环境：计算资源（虚拟化技术）、持久存储（分布式存储）、通信（物理网络拓扑）

云栈(纵向)

​ 又称云平台，是在云上建造的运行环境。能够支持应用程序的发布、运行、监控、调度、伸缩，并为应用程序提供辅助服务机制，如访问控制、权限管理等。

​ 提供的服务多种多样，规模巨大，需要简历规则才能便于管理，即层次架构。云计算也遵循分层规则，组织为多个层次，相互叠加，（OSI的7层网络协议模型）。

云栈的三层模式

  • 基础设施即服务层
  • 平台即服务层
  • 应用程序层——软件即服务层

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关键在于如何实现和管理：

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技术体系结构：

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管理中间件层和资源池层是云计算技术的最关键部分，SOA构建层的功能更多依靠外部设施提供。

如IaaS实现机制：

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物理架构：云数据中心+云操作系统

云数据中心特征

高设备利用率

​ 通过虚拟化技术将云平台系统与数据中心硬件资源整合，达到减少物理服务器数量的目标

​ 优化资源利用率、简化管理，降低成本、快速响应业务需求的变化等

​ 较大的数据中心有更低的单位运营成本：网络、存储、管理

绿色节能

​ 服务器本身：节能服务器；环境：供电技术、散热技术，降低能耗；软件：虚拟机等资源调度算法、计算任务管理算法等

高可用性

​ 各个部分的冗余、容错、容灾设计

​ 扩展和升级时，保持正常运行

自动化管理

​ 无人值守、远程管理

​ 门禁、通风、温度、湿度、电力均可远程调度与控制

网络拓扑

传统树结构

​ 建造方便简单，但是不便于扩展与升级，任意一个核心交换机故障导致上千台服务器失效

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改进树

FatTree

  • K叉树，K个Pod（集装器），每个Pod有K个交换机，其中K/2个接入交换机，k/2个汇聚交换机
  • Pod中每个交换机有K个接口，K/2个接主机，K/2个接汇聚；K/2个接接入，K/2个接核心
  • 有\((K/2)^2\)个核心交换机，每个交换机K个端口接K个汇聚交换机
  • 一个Pod内的所有交换机相互连接：完全二分图
  • 一个Pod内的每个汇聚交换机与一部分核心交换机链接，但是一个Pod和每个核心交换机都有连接

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FatTree的扩展性受限于核心交换机端口数量，目前常用48端口10G核心交换机，在3层树结构中能支持27648台主机(\(48Pod \times 24Switch \times 24Client\))

VL2：可扩展且很灵活的网络架构，微软数据中心采用

  • 若干服务器连接到机架接入交换机
  • 每台接入交换机与两台汇聚交换机连接
  • 每台汇聚交换机与所有核心交换机连接

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​ 用多个小规模、低成本的单元，构建复杂、大规模的网络

​ 核心思想：使用FatTree同样的拓扑结构建立扁平的第二层网络

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绿色节能技术

配电系统节能、空调系统节能、集装箱数据中心节能、节能策略和算法研究、新能源应用

典型绿色节能数据中心

自动化与容灾备份技术

灾难备份

层次：

  • 数据集容灾：只保证数据完整性、可靠性和安全性，但提供实时服务的请求在灾难中会中断
  • 应用级容灾：提供不间断的应用服务，让服务请求能够透明地继续运行，保证数据中心提供的服务完整、可靠、安全

技术指标：

  • 数据恢复点目标Recovery Point Objective（RPO）：业务系统所能容忍的数据丢失量
  • 恢复时间目标Recovery Point Objective（RTO）：所能容忍的业务停止服务的最长时间

标准等级：

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关键技术：

  • 远程镜像技术：主从镜像系统；远程复制；数据传输失败，数据不一致；延迟复制技术
  • 快照技术：将远程存储系统中的信息备份到磁带库、光盘库；通过软件对要备份的磁盘子系统的数据快速扫描；备份数据复制到缓冲区，存在缓冲区调度的问题
  • 基于IP的SAN远程数据容灾备份技术：将主数据中心SAN中的信息通过现有TCP/IP网络远程复制到备份中心SAN中；可跨越LAN、MAN、WAN，成本低可扩展性好
  • 数据库复制技术：数据必须实时、准确、可在线查询；数据复制具有独立性、配置简单、便于监控
posted @ 2022-10-30 21:25  PTCGnaya  阅读(1019)  评论(0)  编辑  收藏  举报