了得網工業技術_雲應用中的服務質量

編輯推薦

目前的雲應用程序，小到智能手機的APP，大到大數據整體運算解決方案，應用程序之間的競爭，已經從數量性、功能性的競爭逐漸向服務質量的競爭過渡。人們都希望通過雲計算架構交付給用戶的軟件應用和服務，應當具有與在傳統本地硬件配置上運行時相同級別的服務質量、可靠性和可用性。但由於雲計算架構基於虛擬化的計算、內存、存儲和網絡資源，從而引入了許多潛在的服務缺陷風險。因此，基於雲的應用程序開發人員應當學會如何消除這些缺陷，纔能將可以接受的服務交付給終端用戶。本書包含了三個部分：

第I部分：配置。介紹了關於雲應用程序服務質量、雲模型以及虛擬化架構缺陷的基礎內容。

第II部分：分析。繫統地分析了雲應用程序服務由於雲架構缺陷受到的影響。

第III部分：建議。為已經完成或尚在開發過程中的雲應用提供了技術和策略方面的建議，以減輕或消除服務質量上的風險和缺陷。

內容簡介

本書介紹了關於應用程序服務質量、雲模型以及虛擬化架構缺陷的基礎內容，繫統地分析了應用程序服務由於雲架構缺陷受到的影響，為雲計算應用以及尚在開發過程中的應用提供了技術和策略方面的建議，優化其提供優質服務的能力。本書適合從事雲計算、雲應用設計以及軟件工程行業的人士閱讀，也適合作為相關專業的師生的參考書。

作者簡介

Eric Bauer是阿爾卡特-朗訊的IP平臺CTO的可靠性工程經理，他曾在阿爾卡特-朗訊的平臺、應用以及解決方案的可靠性方面工作超過十年。在從事可靠性工程領域之前，Bauer花了二十年時間設計和開發嵌入式固件、網絡操作繫統、IP PBX、互聯網平臺以及光傳輸繫統。BAUER獲得了十多項美國專利，撰寫了《雲計算實戰:可靠性與可用性設計》、《超越冗餘：地理冗餘如何纔能提高計算機繫統的可用性和可靠性》、《可靠性設計：信息和計算機繫統》、《繫統可靠性實用技術》（均由Wiley-IEEE出版社出版）等著作，並有多篇論文在《貝爾實驗室技術期刊》發表。BAUER擁有康奈爾大學電子工程學士學位和普渡大學電氣工程碩士學位，他住在新澤西州弗裡霍爾德。

Randee Adams是阿爾卡特-朗訊的IP平臺CTO的技術顧問，她花了近十年時間專注於產品的可靠性設計，曾在各種內部可靠性論壇上多次發言。ADAMS撰寫了《超越冗餘：地理冗餘如何纔能提高計算機繫統的可用性和可靠性》和《雲計算的可靠性和可用性》等著作。她曾作為5ESS交換機的程序員，於1979年加入貝爾實驗室。ADAMS在整個公司的多個項目（例如，軟件開發、故障單管理、負載管理研究、軟件交付、繫統工程、軟件架構、軟件設計、開發工具和聯合風險設置）和多個功能領域（例如，數據庫管理、公共信道信令、操作實施、指導和管理、可靠性和安全性）工作過。ADAMS擁有亞利桑那大學的學士學位以及伊利諾斯理工學院的計算機科學碩士學位。她住在伊利諾伊州內珀維爾。

目錄
關於作者
譯者序
1 概述
1.1 入門
1.2 目標讀者
1.3 本書組織結構
I 配置
2.應用程序服務質量
2.1 簡單應用程序模型
2.2 服務邊界
2.3 質量和性能的關鍵指標
2.4 關鍵應用特征
2.4.1 服務急迫性目錄

關於作者

譯者序

1 概述

1.1 入門

1.2 目標讀者

1.3 本書組織結構

I 配置

2.應用程序服務質量

2.1 簡單應用程序模型

2.2 服務邊界

2.3 質量和性能的關鍵指標

2.4 關鍵應用特征

2.4.1 服務急迫性

2.4.2 應用程序交互性

2.4.3 網絡傳輸缺陷的耐受性

2.5 應用程序服務質量指標

2.5.1 服務可用性

2.5.2 服務延遲

2.5.3 服務可靠性

2.5.4 服務可訪問性

2.5.5 服務可維持性

2.5.6 服務吞吐量

2.5.7 服務時間戳精度

2.5.8 特定應用程序的服務質量度量

2.6 技術服務與支持服務

2.6.1 技術服務質量

2.6.2 支持服務質量

2.7 安全事項

3 雲模型

3.1 雲計算中的角色

3.2 雲服務模型

3.3 雲的基本特征

3.3.1 按需自助服務

3.3.2 廣泛的網絡訪問

3.3.3 資源池

3.3.4 快速彈性

3.3.5 度量服務

3.4 簡化雲架構

3.4.1 應用軟件

3.4.2 虛擬機服務器

3.4.3 虛擬機服務器控制器

3.4.4 雲操作支持繫統

3.4.5 雲技術組件“即服務”

3.5 彈性度量

3.5.1 密度

3.5.2 配置間隔

3.5.3 釋放間隔

3.5.4 向內和向外擴展

3.5.5 向上和向下擴展

3.5.6 敏捷性

3.5.7 轉換速率和線性度

3.5.8 彈性加速

3.6 空間和區域

3.7 雲意識

4 虛擬化架構缺陷

4.1 服務延遲、虛擬化和雲

4.1.1 虛擬化和雲導致的延遲變化

4.1.2 虛擬化開銷

4.1.3 增加架構性能的可變性

4.2 虛擬機故障

4.3 無法交付的虛擬機配置容量

4.4 交付退化的虛擬機容量

4.5 尾部延遲

4.6 時鐘事件抖動

4.7 時鐘漂移

4.8 失敗或緩慢的虛擬機實例分配和啟動

4.9 虛擬化架構缺陷展望

II 分析

5 應用程序冗餘和雲計算

5.1 故障，可用性和簡單建構

5.2 通過虛擬化改進軟件修復時間

5.3 通過虛擬化改進架構修復時間

5.3.1 理解硬件修復

5.3.2 虛擬機修復即服務

5.3.3 討論

5.4 冗餘和可恢復性

5.4.1 通過虛擬化改進恢復時間

5.5 順序冗餘和並發冗餘

5.5.1 混合並發策略

5.6 虛擬化缺陷對應用服務的影響

5.6.1 簡單架構的服務影響

5.6.2 順序冗餘架構的服務影響

5.6.3 並發冗餘架構的服務影響

5.6.4 混合並發架構的服務影響

5.7 數據冗餘

5.7.1 數據存儲策略

5.7.2 數據一致性策略

5.7.3 數據架構注意事項

5.8 討論

5.8.1 服務質量的影響

5.8.2 並發控制

5.8.3 資源使用

5.8.4 簡易性

5.8.5 其他注意事項

6 負載分配與均衡

6.1 負載分配機制

6.2 負載分配策略

6.3 代理負載均衡器

6.4 非代理負載分配

6.5 負載分配的層次結構

6.6 基於雲的負載均衡所面臨的挑戰

6.7 負載均衡在支持冗餘方面的作用

6.8 負載均衡與可用區域

6.9 工作負載服務度量

6.10 操作注意事項

6.10.1 負載均衡與彈性

6.10.2 負載均衡與過載

6.10.3 負載均衡與發布管理

6.11 負載均衡與應用程序服務質量

6.11.1 服務可用性

6.11.2 服務延遲

6.11.3 服務可靠性

6.11.4 服務可訪問性

6.11.5 服務可維持性

6.11.6 服務吞吐量

6.11.7 服務時間戳精度

7 故障容器

7.1 故障容器

7.1.1 故障級聯

7.1.2 故障容器與恢復

7.1.3 故障容器與虛擬化

7.2 故障點

7.2.1 單點故障

7.2.2 單點故障與虛擬化

7.2.3 關聯性和反關聯性考慮

7.2.4 在雲計算中確保無SPOF

7.2.5 無SPOF和應用程序數據

7.3 **共存解決方案

7.3.1 **共存解決方案的風險

7.4 多租戶與解決方案容器

8 容量管理

8.1 工作負載變化

8.2 傳統容量管理

8.3 傳統過載控制

8.4 容量管理與虛擬化

8.5 雲容量管理

8.6 彈性存儲注意事項

8.7 彈性和過載

8.8 操作注意事項

8.9 負載拉鋸

8.10 一般彈性風險

8.11 彈性故障場景

8.11.1 彈性增長故障場景

8.11.1 彈性逆增長故障場景

9 發布管理

9.1 相關術語

9.2 傳統的軟件升級策略

9.2.1 軟件升級需求

9.2.2 維護窗口

9.2.3 應用升級的客戶端注意事項

9.2.4 傳統的離線軟件升級

9.2.5 傳統的在線軟件升級

9.2.6 討論

9.3 支持雲的軟件升級策略

9.3.1 I型雲支持升級策略：街區聚會

9.3.2 II型雲支持升級策略：每車一司機

9.3.3 討論

9.4 數據管理

9.5 軟件升級中的服務編排角色

9.5.1 解決方案級軟件升級

9.6 結論

10 端到端考慮因素

10.1 端到端服務環境

10.2 三層端到端服務模型

10.2.1 通過三層模型估算服務缺陷

10.2.2 端到端服務可用性

10.2.3 端到端服務延遲

10.2.4 端到端服務可靠性

10.2.5 端到端服務可訪問性

10.2.6 端到端服務可維持性

10.2.7 端到端服務吞吐量

10.2.8 端到端服務時間戳精度

10.2.9 現實檢查

10.3 分布式和集中式的雲數據中心

10.3.1 集中式雲數據中心

10.3.2 分布式雲數據中心

10.3.3 服務可用性考慮

10.3.4 服務延遲考慮

10.3.5 服務可靠性考慮

10.3.6 服務可訪問性考慮

10.3.7 服務可維持性考慮

10.3.8 資源分配考慮

10.4 多層解決方案架構

10.5 災難恢復與地理冗餘

10.5.1 災難恢復目標

10.5.2 地理冗餘架構

10.5.3 服務質量考慮

10.5.4 恢復點考慮

10.5.5 地理冗餘和可用區域減輕災難的影響

III 建議

11 服務質量問責

11.1 傳統的問責

11.2 雲服務交付路徑

11.3 雲問責

11.4 問責案例研究

11.4.1 問責和技術組件

11.4.2 問責和彈性

11.5 服務質量差距模型

11.5.1 應用程序面向資源服務差距分析

11.5.2 應用程序面向用戶服務差距分析

11.6 服務水平協議

12 服務可用性度量

12.1 服務度量概述

12.2 傳統服務可用性度量

12.3 服務可用性度量演化

12.3.1 應用演化分析

12.3.2 技術組件

12.3.3 存儲即服務的使用

12.4 硬件可靠性度量演化

12.4.1 虛擬機故障生命周期

12.5 彈性服務可用性度量演化

12.6 發布管理服務可用性度量演化

12.7 服務度量展望

13 應用程序服務質量需求

13.1 服務可用性需求

13.2 服務延遲需求

13.3 服務可靠性需求

13.4 服務可訪問性需求

13.5 服務可維持性需求

13.6 服務吞吐量需求

13.7 時間戳精度需求

13.8 彈性需求

13.9 發布管理需求

13.10 災難恢復需求

14 虛擬化架構度量與管理

14.1 架構服務質量度量的業務環境

14.2 雲消費者度量選項

14.3 缺陷度量策略

14.3.1 虛擬機故障度量

14.3.2 無法交付的虛擬機配置容量度量

14.3.3 交付退化的虛擬機容量度量

14.3.4 尾部延遲度量

14.3.5 時鐘事件抖動度量

14.3.6 時鐘漂移度量

14.3.7失敗或緩慢的虛擬機實例分配和啟動度量

14.3.8 度量總結

14.4 管理虛擬化架構缺陷

14.4.1 *小化應用程序對架構缺陷的敏感度

14.4.2 虛擬機級擁塞檢測與控制

14.4.3 分配更多虛擬資源容量

14.4.4 終止性能欠佳的虛擬機實例

14.4.5 接受性能退化

14.4.6 積極主動的供應商管理

14.4.7 重新設定*終用戶服務質量期望

14.4.8 SLA注意事項

14.4.9 更換雲服務提供商

15 基於雲的應用程序分析

15.1可靠性框圖和參照分析

15.2 IaaS缺陷影響分析

15.3 PaaS故障影響分析

15.4 工作負載分配分析

15.4.1 服務質量分析

15.4.2 過載控制分析

15.5 反相關性分析

15.6 彈性分析

15.6.1 服務容量增長場景

15.6.2 服務容量增長操作分析

15.6.3 服務容量逆增長操作分析

15.6.4 存儲容量增長場景

15.6.5 在線存儲容量增長操作分析

15.6.6 在線存儲容量逆增長操作分析

15.7 發布管理影響效應分析

15.7.1 服務可用性影響

15.7.2 服務可靠性影響

15.7.3 服務可訪問性影響

15.7.4 服務可維持性影響

15.7.5 服務吞吐量影響

15.8 恢復點目標分析

15.9 恢復時間目標分析

16 測試注意事項

16.1 測試環境

16.2 測試策略

16.2.1 雲測試平臺

16.2.2 用於測試的容量

16.2.3 統計置信度

16.2.4 服務中斷時間

16.3 模擬架構缺陷

16.4 測試計劃

16.4.1服務可靠性和延遲測試

16.4.2 架構缺陷測試

16.4.3 健壯性測試

16.4.4 持久性/穩定性測試

16.4.5 應用程序彈性測試

16.4.6 升級測試

16.4.7 災難恢復測試

16.4.8 極限共存測試

16.4.9 PaaS技術組件測試

16.4.10 自動回歸則測試

16.4.11 構造發布測試

17 關鍵點連接與總結

17.1 應用程序服務質量所面臨的挑戰

17.2 冗餘和健壯性

17.3 可伸縮性設計

17.4 可擴展性設計

17.5 故障設計

17.6 規劃注意事項

17.7 傳統應用的演化

17.7.1階段0：傳統應用

17.7.2 階段I：虛擬化架構上的高服務質量

17.7.3 階段II：手動應用彈性

17.7.4 階段III：自動發布管理

17.7.5 階段IV：自動應用彈性

17.7.6 階段V：虛擬機遷移

17.8 結束語

參考文獻

縮略語

前言

1.概述

用戶希望部署在雲計算架構上的應用和服務能夠與部署在傳統、本地的硬件上一樣，具有相似的服務質量、可靠性、可用性和延遲。雲計算架構引入了一繫列由於虛擬化計算、內存、存儲和網絡資源帶來的服務缺陷風險，由“架構即服務”(IaaS)供應商帶給托管的應用程序實例。因此，應用程序開發人員和雲消費者應當盡可能避免這些缺陷，以確保應用程序服務交付給*終用戶時不會受到很大影響。本書分析了可能影響應用程序服務交付給*終用戶的雲架構問題，以及改進雲服務質量的各種可能。同時，本書還推薦了一些架構、策略和相關技術，能夠使得部署在雲上的應用程序為終端用戶提供更好的服務。

1.1 入門1.概述

用戶希望部署在雲計算架構上的應用和服務能夠與部署在傳統、本地的硬件上一樣，具有相似的服務質量、可靠性、可用性和延遲。雲計算架構引入了一繫列由於虛擬化計算、內存、存儲和網絡資源帶來的服務缺陷風險，由“架構即服務”(IaaS)供應商帶給托管的應用程序實例。因此，應用程序開發人員和雲消費者應當盡可能避免這些缺陷，以確保應用程序服務交付給*終用戶時不會受到很大影響。本書分析了可能影響應用程序服務交付給*終用戶的雲架構問題，以及改進雲服務質量的各種可能。同時，本書還推薦了一些架構、策略和相關技術，能夠使得部署在雲上的應用程序為終端用戶提供更好的服務。

1.1 入門

基於雲的應用軟件在一些虛擬機實例中執行，每一個獨立的虛擬機實例依靠雲架構所提供的虛擬計算、內存、存儲和網絡來進行服務交付。如圖1.1所示，應用程序通過虛線邊界向終端用戶提供“面向用戶的服務（customer facing service）”，“架構即服務”供應商通過破折號邊界即“面向資源服務（resource facing service）”提供虛擬化資源。對於終端用戶而言，應用程序的服務質量可以看做是一個由應用程序架構和軟件質量構成的函數，而由IaaS通過面向資源服務邊界提供的虛擬架構的服務質量，以及將終端用戶連接至應用程序實例的接入服務和廣域網服務質量也是如此。本書考慮了為雲應用程序所提供的虛擬化資源存在的各種缺陷，並討論如何將終端用戶體驗的用戶服務質量**化。如果忽略終端用戶設備的服務缺陷，在接入和廣域網中，用戶可以勉強感受到應用程序服務質量的差異，從而區分一個特定的應用程序是部署在雲架構上或是部署在傳統的硬件設備上。

應用軟件部署在本地或雲端的關鍵技術差異在於，本地部署應用程序的用戶操作繫統能夠直接訪問物理計算、內存、存儲和網絡資源，而雲端部署則在用戶操作繫統和物理硬件之間插入了一個管理程序層或者虛擬機管理軟件。這個管理程序層或虛擬機管理軟件能夠實現復雜的資源共享，技術參數和操作策略。然而，管理程序層或虛擬機管理軟件並不能向用戶操作繫統和應用軟件提供合適的硬件仿真，這使得提供給*終用戶的應用程序服務質量受到一定影響。如圖1.1所示，應用程序部署在一個獨立的數據中心，而現實中應用程序往往需要部署在多個數據中心，通過縮短消息抵達*終用戶的延遲，支持連續性業務和災難恢復以及其他商業措施，纔能保證用戶的服務質量。本書也會涉及部署在多個數據中心的應用程序服務質量問題。

本書提供了當應用程序軟件部署在雲架構上時，為保證交付給*終用戶好的應用程序服務質量所應采用的應用程序架構、配置、驗證和操作策略。本書所采用的保障應用程序服務質量的方法，來自於終端用戶視角，同時還參考了行業標準和來自NIST、TM論壇、QuEST論壇、ODCA、ISO、ITIL等聯盟的推薦。

1.2 目標讀者

本書為應用程序架構師、開發人員和測試人員提供了設計和工程應用的指導,能夠滿足客戶和*終用戶在服務可靠性、可用性、質量和延遲方面的期望。產品經理、開發經理和項目經理也將從本書中獲得關於服務質量風險方面的深入理解，風險必須盡可能減小纔能確保一個應用程序部署到雲架構時，能夠一如既往滿足或超過客戶在用戶服務質量方面的預期。

1.3 本書組織結構

本書由三個部分組成：配置、分析與建議。第I部分：配置，將基於雲的應用程序服務質量配置做了劃分：

•“應用程序服務質量”（第2章）。本章定義了書中對於應用程序服務質量的度量標準，包括：服務可用性、服務延遲、服務可靠性、服務可達性、服務可維持性、服務吞吐量以及時間戳精度。

•“雲模型”（第3章）。本章從技術和運維的角度，分別闡述了部署在雲架構上的應用程序與傳統應用程序的不同，並揭示了快速彈性服務和大規模資源池可能帶來的新的機遇。

•“虛擬化架構缺陷”（第4章）。本章闡述了運行在雲架構虛擬機上的應用程序必須要克服的架構服務缺陷，從而能夠確保向終端用戶提供可被接受的服務質量。本章中提到的服務質量的影響因素將在第II部分：分析中進一步加以闡述。

第II部分：分析，將通過以下的內容，繫統的闡述在第二章“應用程序服務質量”中定義的應用程序服務是如何被第四章“虛擬化架構缺陷”中列舉的架構缺陷影響：

•“應用程序冗餘與雲計算”（第5章）。本章回顧了基本的冗餘體繫結構（簡單結構、順序冗餘、並發冗餘以及混合並發冗餘），並闡述了在面對虛擬化架構缺陷時，這些冗餘在減少缺陷所帶來的影響時能夠發揮的作用。

•“負載分配與均衡”（第6章）。本章繫統地分析了應用程序負載分配與均衡問題。

•“錯誤容器”（第7章）。本章關於虛擬化和雲如何幫助應用程序實現錯誤容器策略。

•“容量管理”（第8章）。本章繫統地分析了與快速彈性和在線容量增長和逆增長相關的應用程序服務風險。

•“發布管理”（第9章）。本章介紹了虛擬化和雲在發布管理方面的支持。

•“端到端考慮因素”（第10章）。闡述了應用程序服務質量缺陷是如何通過端到端的服務交付路徑不斷累積的。本章同時闡述了服務質量影響的不同。部署應用程序到一個小型的雲數據中心，服務質量的影響更接近終端用戶，而部署到大型的、地區性的雲數據中心，服務質量的影響則離終端用戶更遠。本章還討論了關於災難恢復和地理位置冗餘問題。

第III部分：建議包含了以下內容：

•“服務質量問責”（第11章）。本章介紹了雲部署是如何改變服務質量傳統的職責，提供了通過雲服務傳輸鏈實現這些職責的指導。本章同時通過服務差距模型回顧了如何規範連接、架構、實現、驗證、部署以及監控應用程序，從而確保期望能夠得到滿足。與此同時，本章還介紹了服務水平協議。

•“服務可用性度量”（第12章）。本章闡述了傳統應用服務的可用性度量如何應用到基於雲的應用程序的部署中，同時能夠保證服務可用性。

•“應用程序服務質量需求”（第13章）。本章闡述部署在雲上的應用程序的高層服務質量需求。

•“虛擬化架構度量與管理”（第14章）。本章介紹了在生產繫統中虛擬化架構缺陷的定量測量策略，以及消除導致影響架構性能的應用程序服務質量風險的策略。

•“基於雲的應用程序分析”（第15章）。本章給出了一繫列分析技術能夠嚴格地評估服務質量風險和遷移目標應用程序體繫結構的損失。

•“測試注意事項”（第16章）。基於雲的應用程序測試注意事項一章，除了一些虛擬化架構不可避免的缺陷，闡述了能夠確保服務質量滿足期望的問題。

•“關節點連接與總結”（第17章）。本章討論了如何應用第III部分的內容，使得現有的和新的應用程序能夠減少第I部分：基礎內容和第II部分分析所提到並分析的服務質量風險。

許多讀者可能會希望學習他們業務相關的技術或者感興趣的專業相關的章節，而不會嚴格地按照本書的章節來閱讀，因此本書提供了很多交叉引用的內容，讀者可以直接進入第II部分分析，再通過交叉引用回到第I部分來找一些定義或者到第III部分參考一些推薦的內容。本書提供了詳細的索引能夠幫助讀者快速地找到需要的內容。

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