在AWS上的架构部署与设计

ABC是企业信息化发展的三驾马车。AB很容易理解：A是人工智能;B就是大数据;C就是Cloud云。CIO经常会问三个云计算问题，比如：云是什么?云能解决什么问题?为什么要使用云?云计算是大数据和人工智能的基础，它是统一、整体的一个技术平台。云有一个非常重要的特性，它更具弹性，能按需分配。也就是说，如果你用了云之后，就能杜绝重复投资、独立建设，能化节省成本。

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业务需求驱动下的IT架构发展趋势

首先，我们来看一下业务需求驱动下的IT架构发展趋势。如果你现有的技术架构已经无法满足业务快速的增长，无法快速响应新增业务系统和现有一系统平滑过度，基础设施无法顺利扩容，我们就要考虑基础架构的完善。最早，传统架构是以服务器为中心，比如业务系统要上线，我可能就要买一套服务器来部署，满足业务需求。

▲IT架构发展趋势

在2000年左右的时候，基本上用传统架构。但是，有个很大的问题，当我的业务量大了之后，要扩容的话，只能通过增加机器来实现水平、垂直扩容，比如说要加CPU、加内存。如果再大的话，我机器水平垂直扩展的话，可能就会有问题，扩不上去了。如果应用量比较小，我上线一个系统，就买一台服务器，价格比较昂贵，造成了资源浪费。

在云的1.0版本里，主要用虚拟化，这种服务模式是在2005年、2006年左右兴起的,比较有代表的厂商当属VMware。虚拟化的服务形式是，资源可以复用，什么意思呢?就是我买一台服务器，如果业务量不大，可以同时部署两个、三个业务，让资源实现复用，这样能降低成本，同时也能提升运维能力，因为用户可以统一在VMware上面去操作。

再往后，大概是2012、2013年的时候，兴起了OpenStack这种私有云以及公有云。Cloud2.0的时候，是以管理为中心，基于IaaS云平台，好处是多租户、自服务、审批工单、统一管理、自动化等等，大大提高了我们的管理和运维效率。

现在，已经发展到Cloud3.0时代，这个时代主要以业务为中心，在云的IaaS层要发展Pass。所以，现在云做得比较好的平台，他的Pass平台能力也比较好，能够融合Pass层。Pass又分iPaaS和APaaS，和大数据平台、数据库平台、DevOps比较靠近的就是iPaaS;和业务中台、数据中台比较靠近的叫做ApaaS。创新业务、快速开发、全自动化，这是大家为什么都在做Pass的根本原因。从实际业务场景来看，比如制造业，对于云平台的能力有很多特定要求。

▲制造业对于云的能力要求

制造业分三个阶段，研发、制造、营销。我们以用户为中心，围绕着需求把三个阶段推到用户的价值化。上层的业务打通，要实现底层数据的互联互通，底层需要一个强大的平台支撑，云天生就有这么好的能力。制造业的研发、制造、营销，这三个环节，每个环节都不一样，对整个IT架构的需求也不一样。

以研发为例，制造业发展最快的一块就是研发，如果把研发搬到云的环境上面去，云平台要很好的支撑业务的话，需要用到高性能计算HPC，要按需提供不同的规模、不同类型的计算资源、计算量，而云能快速交付出来，所以把业务搬到云上是一件可能的事情。在整个研发领域，不同的项目按不同用户需求、资源这种逻辑隔离，甚至是物理隔离，实际上就用到了多租户概念。

还有制造，最核心的内容是什么?要做好数据采集，要把人、设备、机器、产品、流程串起来，做好数据采集，做好数据分析，做好数据决策，最后通过一个平台执行下去，还能不断的去修正它。比如说制造行业要做数据采集、数据分析、要做边缘计算、雾计算，就是IOT的数据，采集端处理，计算的需求不同，时间的要求不同，可以按地域分成边缘计算，向区域的雾计算，再往后是云计算的数据中心平台。

制造业还有什么要求呢?我们知道制造业的工厂遍布全球各地，云平台要实现分布式的部署，集中式的管理，要分发下去，就需要云平台。要具备这种跨地区的、跨地域的部署能力，跨资源调度能力，这是云平台的一个共性需求。

另外，还有一个混合云需求，比如一家全球工厂，它的混合云不但做好管控，还要通过混合云打通私有云和公有云，把网络打通。借助容器的技术，K8S的调度技术,容器对环境的无感知，通用了这种Pass类的服务能力，工业类这种 Pass的快速交付能力，这是制造。

营销，很多toB、toC的业务,像互联网时代的电商类，用户请求放在公有云，然后把电商所获取的数据加工处理后，放到私有云，做好这种管控资源的打通。因为公有云有比较好的带宽，更卓越的SDN设备，有很好的加速促销环节。我有互联网的电商应用，移动端的业务要部署到我的云端上去，所以云平台天生就有这么好的能力。营销环节也有边缘计算、雾计算，比如说我买一个智能设备，智能设备到底在运行一个什么状态?智能设备的生命周期是什么?用户的体验是什么?最终要返回到我们的研发环节，最终我们能制造出更好的产品设备。大数据分析服务，通过终端或者大量的数据做算法、做分析，然后再去做售后服务，不断提高用户体验。

那么，如何打通工业云全链路?我们很难有一个平台把工业云所有层面全部打通。所以，工业云和传统云还是不太一样。如果一个技术，满足我80%的需求，另外20%要通过合作伙伴生态很好的维护起来，对用户来说才是有帮助的。那么，什么技术是最好的技术呢?很简单，能帮我解决问题的技术。实际上，智能制造的核心内涵是：感知和收集，决策和控制，执行和修正，形成智能化的产品、装备、车间、工厂，类似于IT服务管理领域的接、管、控。

云以及AWS发展历程

在了解什么是云之前，我们先想下什么是操作系统?操作系统能做什么?操作系统是不是驱动底层的CPU、内存、磁盘等硬件?给你上面部署的应用提供硬件资源?AWS云服务有点像操作系统，你要做什么?就去驱动它，底层各种应用资源为你所用。所以，亚马逊说自己的云服务就是一套 Internet云操作系统。

那么，Amazon架构需求的是怎样的?2000年的时候，Amazon的新购物网站的服务力求变得高可用、安全、稳定、可靠并能无限扩展架构。Amazon云为什么叫AWS?其实A、W、S这三个字母代表不同的字义：A是Amazon;W是Web;S是service。AWS代表所有服务都通过API调用，通过网络，用户就能获得所有资源。Amazon以前是电商，现在也是电商，只是我们今天讨论的是它的云服务。

Amazon之所以推出云，是因为自己遇到了一些问题。电商网站的业务发展非常快，所以电子商务工具也是混乱不堪。比如：应用程序和架构构建没有正确的规划，服务不得不彼此分离等。

其实，AWS一开始也没有技术特别强的人，只是把所有的需求和服务都搭起来。现在，因为踩了很多的坑，终于找到了比较行之有效的方法，才有了云计算。之前也是不断买服务器，不断搭建系统，然后各种系统之前没办法相互调用。尤其规模大了以后，问题越来越多，怎么解决呢?那就是把所有的服务变成一套技术相连的API，然后服务之间可以相互调用。AWS上面现在有很多服务，每个服务只干一件事情，比如EC2是做计算的，Lambda也是做计算的，然后RDS是数据库, 这些服务之间还可以轻松地调用。做软件的人都知道，一定要遵循一个核心设计理念，叫做松耦合，AWS的各种服务之间也是松耦合状态。

另外，很多人对SOA应该也非常了解，叫做面向服务的架构，其实和云的理念也相同。所以，云并不是什么新事物，十几年前就提出来了。比如：IBM构建一个系统一定要有中间件，遵循SOA的设计架构。只不过，亚马逊把SOA理念贯穿得非常彻底，推出了云。

有句话说：IT领域每15年就有一次变革，回过头来看，确实如此。从小型机到虚拟化，再到云计算，企业信息化的底层架构在不断演化。AWS从2006年开始就在卖云服务，第一个服务是S3 (Simple Storage Service)，简单的存储服务。S3是对象存储，区别于块存储。我们每个人都有笔记本电脑，上面会有一块硬盘，叫“块存储”。与块存储不同的是，对象存储就是网盘，比如说百度云盘，你放在网盘上的每一个文件就是对象，并且可以通过全球唯一的URL能反应到，就是用HTTP就能反应到它。

S3是如何诞生的呢?是因为电商要扩展，比如从欧洲要扩展到非洲，但非洲基础设施环境非常不好，总是停电、丢数据，急需要一个数据不丢的应用来存储，S3顺势而生。S3持久性很高，放进去的数据有11个9的持久性。

云的设计准则

那么，什么是云?不同厂商有不同定义!

▲云计算的主要特征

大体来看，云有三个特性：

第一个，可编程的资源。它是一种可编程的云资源的管理机制，由网络资源、计算资源、存储资源和可编程的管理单元构成。通过采用这种可编程的云资源的管理模型，和和可编程的这种资源管理规则，实现云资源的这种高效管理。

第二，这种动态能力。这些资源是动态获取的，我需要云资源的时候就拿，不需要的时候就扔掉。所以，计算无处不在，很方便，只要有网络的地方，就随时可以获取到资源。就像家里的水跟电一样，水龙头一开水就来了。

第三，按使用量付费。是一种先使用后付费的这种计算方式，通过按量付费，你可以按需开通和释放资源，无需提前购买大量资源，成本比传统服务模式便宜很多。

另外，云计算有六大优势：

第一，将资本支出变成可变支出。什么是资本支出?其实很简单，就是你借一个数据中心叫资本支出;可变支出，其实有点难理解，我们叫运营支出。比如：公司每个月要交水电费，就是运营支出，交给AWS的费用同样是运营支出，不要一下子把钱全部砸到数据中心。尤其是初创公司，拿了风投的钱，风投肯定不愿意投重资产。如果用AWS就不会有这样的问题，哪天不干了，可以快速收回成本。当然，如果你业务爆发很快，你可以考虑自己建数据中心。

第二，是规模效应。

第三，是停止猜测容量。换言之，你可以认为AWS的资源取之不尽。

第四，提高速度和敏捷性。这一概念如何理解?如果我们在数据中心启动一个虚拟虚拟机，在AWS上也启动一个虚拟虚拟机，到底谁更快?可能还是数据中心本地快。比如：你在AWS上启动EC2, 可能至少要5分钟, 才能反应到实例。但是，你在本地，如果你的基础设施比较好，一分钟或者半分钟，虚拟机就起来了。怎么能体现出你的速度和敏捷性呢?不同的是AWS环境中的实例，有防火墙，有公网IP。如果你要做数据库，直接启动RDS;如果你要有一个数据库缓存的话，那就启动Redis;如果你需要大数据的话，那就启动EMR。你要的所有资源。在几分钟之内全部到位。在传统数据中心要实现这一点，不是不可能，但是有难度，你要投入很多人力、物力、财力才能达到这种效果。

第五，专注于重要工作。AWS上有很多托管服务，比如RDS关系型数据库，很多常规的功能都具备，DBA不用自己搭建底层架构，部署上层应用，还要维护系统，只专注业务本身。

第六，数分钟内实现全球化部署，主要体现在AWS的全球化资源部署能力。

架构完善的框架

问题是，我们在架构上要遵循一些什么原则?或者比如说我是甲方，乙方帮我做方案，我要看一下是不是满足，做的是不是达到安全性、可靠性、成本优化、性能效率、卓越运维这几个要求。

在安全性上，身份机制怎么做，如何实现可追溯性，如何在所有层确保安全性，风险评估与缓解策略怎样操作?所有能力AWS都具备。

什么是可靠性?我们经常听到公有云厂商断线的消息,包括AWS在北京的服务曾经也挂过。按道理说，AWS的数据中心有两个可用区，它的风火水电都是独立供应，有独立的网络，一个挖掘机下去只会挖断一个可用区，为什么两个可用区都宕机了?这是因为在架构设计的时候，埋线的时候，把两根线绕了一圈，然后又埋到另外一个沟里去了。所以，一出现问题，两个可用区都不能工作了。

成本优化很好理解，就是消除一些不必要的支出。比如：有些服务我们用EC2跑，但是一天的访问很少，就几个人，这时我们就可以换成Lambda。我也可以考虑使用托管，虽然托管的费用很高，但是我可以把运维人员的成本省下去，要看你站在什么角度考虑问题。

卓越的运维，是指通过一些专业工具来帮你做一些自动化运维。现在大家都在讲DevOps, DevOps是常见的开发、部署、运维模式，所以需要专业的工具支撑。AWS就有全部的应用工具，可以支撑用户的DevOps。

性能效率，EC2有很多资源类型, 比如：大家一开始用T系列，但如果我今天要做测试，承载量不大，我就用 t系列;如果很吃CPU，我就用c系列。类似这样，普及先进技术。当然，从应用表现来看，S3也不算什么新技术，实现起来非常简单。但你自己搭的应用要达到像 S3一样高可靠、高可用不容易。包括RDS关系型数据库，你自己要搭起来也能用，但是你要保证它的可靠性、信誉，会有一些麻烦。所以，我们要利用AWS上的一些服务来实现。

AWS全球基础设施

前文说道，AWS在全球有很多资源可以用，包括有些外企要出海，比如像吉利这样的公司，全球有很多工厂、销售点等等，AWS在全球有各种各样相对应的资源。

AWS在全球有很多数据中心，比如在北京，每个数据中心都有几千或上万台服务器，而且资源都是在线的，没有所谓的冷备，因为冷备关了之后，这个服务就不能用了。数据中心里面有很多种网络设备是AWS自己定制的，来自多家ODM原厂设计;AWS的服务器是由戴尔以及其他厂商代工;交换机是自己设计的;自定义网络协议堆栈;还有芯片，AWS全部托管给第三方制造。

平常，我们建数据中心可能看不到可用区，但肯定会看到可用性。可用区是最小单元，你在建EC2的时候就能看到：A可用区、B可用区、C可用区。那么，什么是可用区?它包括一个或多个数据中心，两个不同的可用区之间，就是一个容灾的距离。两个可用区之间，一般是40公里，不能超过100公里。

AWS在全球由18个区域，中国和美国比较大，中国有两个区域，在北京和宁夏都由两个或者更多可用区组成，这些区域各自独立，但在北京有两个区域是为故障隔离而设计，它们相差几十公里。中国区域和海外区域是隔离状态，比如你注册一个海外的账户，按理说你全球都可以用，但实际上他把中国这两个区域排除在外。就是说，AWS在中国你得单独注册，只能看到北京和宁夏可以用。你即使想使用海外的资源，又想使用中国的资源，你需要两个账户，而且中国账户要用企业账户才能注册，个人账户不行，个人账户可以注册海外的。

你要实现跨区域的数据复制，比如我要从东京把数据复制到新加坡，可不可以?当然可以!区域之间是用AWS这种骨干网络相互通信。

为什么强调区域?因为AWS客户多，需求多，最终产生的资源多，所以新服务一定在需求多的地方出现。

除了18个区域，还有很多边缘站点，是用来跑IOT物联网。比如：新疆要访问北京的资源，会把一些静态的资源推送到新疆用户最近的地方。所以，这些服务在边缘站点上面，跑跟终端用户最近距离的服务，包括CDN、IOT、DNS以及防火墙等等。

大型架构设计

如果是大型用户场景，那就要从S3开始部署，然后涉及到Route 53，还有和网络相关的内容分发CDN(CloudFront)，主要放静态内容。接下来是互联网网关，负载均衡(APPlication Load Balancer)，自动扩展(Auto Scaling),NAT网关，EC2、缓存(Memcached)、数据库RDS等等。

很多人可能会说，你讲的内容是不是都是公有云服务。实际上，AWS的应用环境，很多是都是混合云的统一管理，混合云管理已是一种常态。比如：我既有AWS的云，又有阿里云，然后还有私有云,这么多种云都有不同的计费，不同的资源和很多账户,操作起来比较麻烦。怎么办呢?我会在很多云之上部署混合云，来管理下面这些云，统一去申请资源，统计计费，统一进行自动化运维。

最后，到底哪些客户在使用云?

有这么几种：

一种是创业公司，为了省钱，就在云上买一个服务器资源，部署一个虚机。比如：公司比较简单，你一开始就部署一个静态环境的话，只要用对象存储，用S3就可以了。费用很便宜，一个月存储一个G的数据,只要0.1到0.17元。

第二种是电商类企业，经常要搞活动，需要弹性扩展能力，等活动过后可以对资源进行收缩。

第三种是政企客户，需要通过现代化手段实现惠民服务。

第四类是传统行业，要打通烟囱式的孤岛，通过云方式连接数据，实现底层的互联互通。

总之，上云已是主流趋势，各行各业都在把传统的数据中心和云连接。

讲师简介：

郭一军，云贝学院院长，云计算、数据库、大数据知名讲师，云贝学院创始人，ITPUB管理版资深版主，Oracle MySQL认证讲师，腾讯云TDSQL认证讲师，拥有AWS云计算解决方案高级架构师SAP认证，阿里云云计算高级架构师ACE认证， Oracle Certified Master OCM 认证等。曾就职于连连支付、唯品会、吉利汽车研究院，参与设计巨头型互联网公司数据架构，对超高并发、极快性能数据架构有丰富经验。并主导吉利超大规模制造企业数据架构与云架构。10年培训授课经验，开创了国内在线Oracle DSI(Data Server Internals)系列课程的先河，MySQL系列课程，云计算架构与大数据管理课程。曾给中国金融期货交易中心、浙江电力、安徽电力、浙江大学、杭州邮储银行、安徽电信、浙江电信、嘉兴烟草等企业开展内训，结合多年企业界实践与教学经验，自创独郭九剑教学法，融合算力、数据、算法于一体，所培训学员遍布国内各个企业，并在企业内负责重要的数据相关工作，已培训学员超5000+，深受学员好评。

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