近年來(lái)，對(duì)于打造高度可擴(kuò)展的應(yīng)用程序，軟件架構(gòu)師們挖掘了若干相關(guān)理念，并以最佳實(shí)踐的方式加以實(shí)施。在今天的“信息時(shí)代”，這些理念更加適用于不斷增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)集，不可預(yù)知的流量模式，以及快速響應(yīng)時(shí)間的需求。本文將強(qiáng)調(diào)并重申其中的一些傳統(tǒng)觀念，并討論他們?nèi)绾卧谌诤显朴?jì)算的發(fā)展，還將討論由于云計(jì)算的動(dòng)態(tài)性而產(chǎn)生的一些前所未有的概念(如彈性)。

本文的目標(biāo)是面向云架構(gòu)師，如何將移動(dòng)企業(yè)級(jí)應(yīng)用從一個(gè)固定的物理環(huán)境遷移到虛擬化云環(huán)境。本文的重點(diǎn)是如何構(gòu)建一個(gè)新的云應(yīng)用或現(xiàn)有應(yīng)用程序遷移到云環(huán)境所涉及的概念，原則和最佳實(shí)踐。

　　背景介紹

作為云架構(gòu)師，理解云計(jì)算的優(yōu)勢(shì)非常重要。在本節(jié)中，我們將探討一些云計(jì)算的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和商業(yè)優(yōu)勢(shì)以及各種各樣的AWS服務(wù)。

云計(jì)算的商業(yè)優(yōu)勢(shì)

在云中構(gòu)建應(yīng)用程序有一些明顯的商業(yè)優(yōu)勢(shì)，這里列出機(jī)構(gòu)主要特點(diǎn)：

前期基礎(chǔ)設(shè)施投資幾乎為零：如果你要建立一個(gè)大型的系統(tǒng)，它可能需要大量投資用于于機(jī)房，物理安全，硬件(機(jī)架，服務(wù)器，路由器，備用電源)，硬件管理(電源管理，散熱)，和運(yùn)維人員。由于高昂的前期成本，該項(xiàng)目通常甚至開(kāi)始之前需要多輪的管理審批和論證?，F(xiàn)在，采用公有云環(huán)境，幾乎沒(méi)有固定成本或啟動(dòng)成本。

基礎(chǔ)設(shè)施即時(shí)性：在過(guò)去，如果你的應(yīng)用程序開(kāi)始大規(guī)模上量，而你的系統(tǒng)或基礎(chǔ)設(shè)施沒(méi)有在規(guī)模上跟上來(lái)，將會(huì)極大影響應(yīng)用的成功。相反，如果前期投入了大量資金，而應(yīng)用沒(méi)有得到普及，你的系統(tǒng)或基礎(chǔ)設(shè)施又將成為失敗的犧牲品。通過(guò)在云環(huán)境自適應(yīng)部署應(yīng)用程序，就可以不必?fù)?dān)心是否要預(yù)先采購(gòu)大型的系統(tǒng)。這增加了靈活性，降低了風(fēng)險(xiǎn)和運(yùn)營(yíng)成本，因?yàn)槟憧梢愿鶕?jù)用于成長(zhǎng)的規(guī)模而按需支付費(fèi)用。

更有效地利用資源：系統(tǒng)管理員通常會(huì)擔(dān)心新硬件的采購(gòu)(資源耗盡的情況)和更高的基礎(chǔ)設(shè)施利用率(資源冗余余或閑置的情況)。在云環(huán)境中，我們可以根據(jù)該應(yīng)用程序請(qǐng)求量更高效地管理資源以及有效地按需釋放資源。

根據(jù)使用計(jì)算成本：用工具式的定價(jià)，可以只對(duì)已使用的基礎(chǔ)設(shè)施付費(fèi)而不必支付那些分配了但未使用的基礎(chǔ)設(shè)施。這增加了一個(gè)節(jié)省成本的新維度。當(dāng)部署了優(yōu)化補(bǔ)丁來(lái)更新云應(yīng)用時(shí)，你可以立竿見(jiàn)影地看到成本節(jié)約(有時(shí)會(huì)提前出現(xiàn)在下個(gè)月的賬單里)。例如，如果一個(gè)緩存層可以減少70%的數(shù)據(jù)請(qǐng)求，你馬上就可以在下一個(gè)賬單里看到回報(bào)。此外，如果您正在云上構(gòu)建一個(gè)平臺(tái)，同樣可以把這個(gè)靈活可變的基于使用的成本結(jié)構(gòu)傳遞給自己的客戶。

縮短產(chǎn)品上市時(shí)間：并行化是加快處理速度的重要方式。如果一個(gè)計(jì)算密集型或數(shù)據(jù)密集型任務(wù)在一臺(tái)機(jī)器上并行處理需要運(yùn)行500小時(shí)，通過(guò)云架構(gòu)，能夠復(fù)制并運(yùn)行500個(gè)實(shí)例來(lái)處理相同的任務(wù)，并在1小時(shí)內(nèi)完成。具有彈性的基礎(chǔ)設(shè)施提供了利用并行化的成本效益來(lái)縮短產(chǎn)品上市時(shí)間的能力。

云計(jì)算的技術(shù)優(yōu)勢(shì)：

云計(jì)算的技術(shù)優(yōu)勢(shì)如下：

自動(dòng)化：“腳本化的基礎(chǔ)設(shè)施”：可以通過(guò)充分利用可編程(API驅(qū)動(dòng)的)基礎(chǔ)設(shè)施，可重用構(gòu)建和部署系統(tǒng)。

自動(dòng)擴(kuò)展：無(wú)需任何人工干預(yù)，就可以根據(jù)需求對(duì)應(yīng)用進(jìn)行雙向擴(kuò)展。自動(dòng)縮放提高了自動(dòng)化程度從而更加高效。

主動(dòng)擴(kuò)展：基于需求預(yù)期和流量模式的合理規(guī)劃，可以對(duì)應(yīng)用進(jìn)行雙向擴(kuò)展讓從而保持低成本運(yùn)營(yíng)。

更有效的開(kāi)發(fā)周期：可以很容易地克隆開(kāi)發(fā)和測(cè)試環(huán)境到生產(chǎn)系統(tǒng)。不同階段的環(huán)境可以很容易地推廣到生產(chǎn)系統(tǒng)。

改進(jìn)的可測(cè)性：不需要進(jìn)行硬件耗盡的測(cè)試。注入和自動(dòng)化測(cè)試能夠持續(xù)在開(kāi)發(fā)過(guò)程的每一個(gè)階段。我們可以建立一個(gè)預(yù)配置環(huán)境——“即時(shí)測(cè)試實(shí)驗(yàn)室”，僅用于一段時(shí)間的測(cè)試。

災(zāi)難恢復(fù)和業(yè)務(wù)連續(xù)性：云服務(wù)為維護(hù)一系列DR服務(wù)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)提高了低成本選擇。使用云服務(wù)，你可以在幾分鐘內(nèi)完成將某一地點(diǎn)的環(huán)境復(fù)制到其他地域的云環(huán)境中。

流量溢出到云環(huán)境：通過(guò)幾次點(diǎn)擊和有效的負(fù)載均衡策略，可以創(chuàng)建路由將超出的訪問(wèn)流量轉(zhuǎn)移到云環(huán)境中的一個(gè)完整的防溢應(yīng)用程序。

AWS 云服務(wù)

AWS云服務(wù)以最小的支持和管理成本，通過(guò)高度可靠和可擴(kuò)展的基礎(chǔ)設(shè)施，提供了Web應(yīng)用部署的解決方案，其靈活性遠(yuǎn)高于自建的基礎(chǔ)設(shè)施，無(wú)論這些設(shè)施是企業(yè)內(nèi)部的部署環(huán)境還是在數(shù)據(jù)中心設(shè)施。

如今，AWS提供了各種基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)。下圖將為您介紹了AWS的術(shù)語(yǔ)，并幫助您了解應(yīng)用程序可以用不同的AWS服務(wù)以及不同的服務(wù)間是如何交互。

AmazonEC2 是一個(gè)Web服務(wù)，提供容量可調(diào)整的云計(jì)算能力。你可以將操作系統(tǒng)，應(yīng)用軟件和相關(guān)配置捆綁在一起，然后設(shè)置成亞馬遜機(jī)器映像(AMI)。然后，您可以使用這些AMI生成多個(gè)虛擬化實(shí)例，以及使用簡(jiǎn)單的Web服務(wù)調(diào)用，快速雙向擴(kuò)展容量，也可以根據(jù)容量需求的變化而去除他們。您可以購(gòu)買點(diǎn)播實(shí)例以小時(shí)付費(fèi)或按次付款并保留實(shí)例，在使用率較低時(shí)，可以申辦未使用的容量，并進(jìn)一步降低成本。實(shí)例可以在一個(gè)或多個(gè)地域運(yùn)行。每個(gè)地域都有多個(gè)可用區(qū)?？捎脜^(qū)是被設(shè)計(jì)成與其他可用區(qū)的故障隔離，并提供了與同一地域其他可用區(qū)不同廉價(jià)低延遲的連接網(wǎng)絡(luò)。

彈性IP地址允許您通過(guò)編程的方式將一個(gè)靜態(tài)的IP地址分配給一個(gè)實(shí)例。您可以使用Amazon CloudWatch監(jiān)控一個(gè)Amazon EC2實(shí)例的可見(jiàn)性資源利用率，運(yùn)行性能和全部要求模(包括指標(biāo)，如CPU利用率，磁盤讀取和寫(xiě)入，以及網(wǎng)絡(luò)流量)。根據(jù)CloudWatch收集一定的條件指標(biāo)，您可以創(chuàng)建Auto-scaling Group來(lái)使用自擴(kuò)展特性來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)縮放。您也可以通過(guò)使用彈性負(fù)載均衡ELB服務(wù)創(chuàng)建一個(gè)彈性負(fù)載平衡器分發(fā)請(qǐng)求流量。彈性塊存儲(chǔ)(EBS)將持久性存儲(chǔ)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)方式關(guān)聯(lián)到Amazon EC2實(shí)例中。對(duì)于EBS的一致性的卷快照，可以創(chuàng)建并存儲(chǔ)在亞馬遜簡(jiǎn)單存儲(chǔ)服務(wù)Amazon S3中。

Amazon S3是高度耐用和分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。用一個(gè)簡(jiǎn)單的Web服務(wù)接口，在任何時(shí)間，在網(wǎng)絡(luò)上的任何地方都可以使用標(biāo)準(zhǔn)的HTTP命令存儲(chǔ)和檢索大量在數(shù)據(jù)箱中的對(duì)象。作為Web服務(wù)的傳輸內(nèi)容，對(duì)象的副本(靜態(tài)或流媒體內(nèi)容)都可以通過(guò)創(chuàng)建并使用Amazon CloudFront的緩存服務(wù)來(lái)分布在世界各地的14個(gè)地域-。亞馬遜SimpleDB也是一個(gè)Web服務(wù)，它提供了一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的核心功能，無(wú)需復(fù)雜操作，就可以完成實(shí)時(shí)查詢和結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)單查詢。域是由鍵值對(duì)所描述的條目集合，我們可以組織數(shù)據(jù)集到域，并對(duì)該特定域中的數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢(NoSql服務(wù))。

Amazon RDS 提供了在云環(huán)境中建立，操作和擴(kuò)展關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)的簡(jiǎn)單方法。你可以發(fā)布一個(gè)DB Instance 就可以訪問(wèn) MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)的全部特性，而不必?fù)?dān)心通用的數(shù)據(jù)庫(kù)管理任務(wù)例如 備份，補(bǔ)丁管理等。

Amazon SQS 是一個(gè)高可靠，高擴(kuò)展的分布式消息隊(duì)列，通過(guò)消息隊(duì)列可以完成不同主機(jī)以及應(yīng)用組件間的消息傳遞。

Amazon SNS 使用發(fā)布-訂閱協(xié)議并創(chuàng)建相關(guān)主題，提供了從云端通知應(yīng)用或用戶的簡(jiǎn)單方法。

Amazon EMR 提供了以EC2 和S3為基礎(chǔ)設(shè)施的 Hadoop 框架，可以創(chuàng)建自定義的作業(yè)流. 作業(yè)流就是 MapReduce 過(guò)程序列.

Amazon VPC allows能夠在AWS內(nèi)部將企業(yè)網(wǎng)擴(kuò)展為私有云。Amazon VPC 使用IPSec 管道模式在你的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)關(guān)和AWS網(wǎng)關(guān)之間建立一個(gè)安全連接。

Amazon Route53 是一個(gè)高可擴(kuò)展的 DNS 服務(wù)，你可以在每一個(gè)域創(chuàng)建一個(gè)HostedZone來(lái)管理所有的DNS記錄。

AWS IAM 在AWS賬戶內(nèi)部通過(guò)唯一的安全準(zhǔn)則可以創(chuàng)建多個(gè)用戶，并具有不同地權(quán)限。 IAM與AWS 云服務(wù)以原生方式集成在一起. 在使用IAM時(shí)，不需要退出應(yīng)用和先關(guān)工具，就可以保持AWS的服務(wù)持續(xù)運(yùn)行。

AWS 通過(guò)支付的基礎(chǔ)設(shè)施提供了各種各樣的支付方式和計(jì)費(fèi)服務(wù)。

所有AWS 云服務(wù)都提供了按使用計(jì)費(fèi)的方式，而不需要長(zhǎng)期承諾或合同。 例如, 按小時(shí)支付 Amazon EC2 實(shí)例的使用，按照存儲(chǔ)量和傳輸量對(duì)Amazon S3付費(fèi). 更多信息可以關(guān)注AWS的網(wǎng)站。

注意，使用AWS云計(jì)算并不需要犧牲靈活性和也不改變你的使用習(xí)慣：

你可以隨意使用你選擇的編程模型，語(yǔ)言，或者操作系統(tǒng)(Windows, OpenSolaris or any flavor of Linux)

你可以隨意使用任何一個(gè)AWS服務(wù)或者任何服務(wù)的組合，只要最大限度地滿足你的需求就可以了。

由于 AWS提供了可以調(diào)整的資源 (存儲(chǔ), 帶寬和技術(shù)能力),你可以自由地增減資源并安裝真正的使用付費(fèi)。

可以繼續(xù)使用原來(lái)的系統(tǒng)管理工具，將你的數(shù)據(jù)中心擴(kuò)展到云端。

云計(jì)算中的基本理念

云計(jì)算強(qiáng)化了構(gòu)建高度可擴(kuò)展互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的一些基本理念，同時(shí)引入了一些新的概念完全該變量應(yīng)用的構(gòu)建和部署方式。因此，當(dāng)你在從概念設(shè)計(jì)到實(shí)施的過(guò)程中，你可能會(huì)感到“什么都變了，卻又沒(méi)什么不同”。云計(jì)算改變了處理方式，模式，實(shí)踐方式，甚至哲學(xué)理念，同時(shí)強(qiáng)化了傳統(tǒng)的SOA原則，這些原則比以前更加重要。在本節(jié)，你將看到云計(jì)算中的新概念以及對(duì)SOA原理的重申。

構(gòu)建傳統(tǒng)應(yīng)用時(shí)，權(quán)衡體系結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟(jì)性之間的關(guān)系需要大量的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn). 云計(jì)算帶來(lái)了新的理念，現(xiàn)探討如下:

構(gòu)建可擴(kuò)展架構(gòu)：

為了獲得一個(gè)可擴(kuò)展基礎(chǔ)設(shè)施的好處，構(gòu)建一個(gè)可擴(kuò)展的架構(gòu)非常關(guān)鍵。

云計(jì)算在設(shè)計(jì)上提供了概念上的無(wú)限可擴(kuò)展。但是，如果你的架構(gòu)部署可擴(kuò)展的，也無(wú)法使用到云計(jì)算的可擴(kuò)展性帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)。

你必須確定架構(gòu)中的瓶頸和單點(diǎn)組件，確定架構(gòu)中哪些是不能按需部署的部分，然后重構(gòu)應(yīng)用來(lái)調(diào)整為可擴(kuò)展的架構(gòu)，從獲得云計(jì)算的益處。

一個(gè)真正可擴(kuò)展應(yīng)用的特點(diǎn):

增加資源就可以按比例增加性能

一個(gè)可擴(kuò)展的服務(wù)可以處理異構(gòu)的兼容性

一個(gè)可擴(kuò)展的服務(wù)可以有效的運(yùn)營(yíng)

一個(gè)可擴(kuò)展的服務(wù)是彈性的

一個(gè)可擴(kuò)展的服務(wù)能夠在業(yè)務(wù)增長(zhǎng)時(shí)成本更低(單位成本隨著單元的增加而遞減)

這些特性應(yīng)該是應(yīng)用中的固有部分，在架構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要銘記于心，基礎(chǔ)設(shè)施和應(yīng)用架構(gòu)要協(xié)同工作完成可擴(kuò)展性。

對(duì)彈性的理解

下圖解釋了一個(gè)云應(yīng)用架構(gòu)中按需擴(kuò)展的不同方法。

放大擴(kuò)展的途徑: 使用可擴(kuò)展的應(yīng)用架構(gòu)不用擔(dān)心為了滿足需求而大規(guī)模投資以及購(gòu)買更強(qiáng)大的服務(wù)器(垂直擴(kuò)展)這種方法通常工作到一個(gè)點(diǎn)，但是在新設(shè)備部署前就可以降低成本 (見(jiàn)圖中的“Huge capital expenditure” )或者滿足業(yè)務(wù)增長(zhǎng)的需要 (見(jiàn)圖中“You just lostyour customers”).

傳統(tǒng)向外擴(kuò)展的途徑： 創(chuàng)建水平擴(kuò)展的架構(gòu)和投資小塊的基礎(chǔ)設(shè)施。大多數(shù)業(yè)務(wù)或大規(guī)模web應(yīng)用都采用如下的模式，分布式應(yīng)用組件，聯(lián)合數(shù)據(jù)集和SOA的設(shè)計(jì)。 這種方法通常比放大擴(kuò)展更有效。然而，這需要準(zhǔn)確的業(yè)務(wù)預(yù)期才能實(shí)現(xiàn)滿足需求的部署。經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致容量過(guò)剩(“燒錢”) 和持續(xù)人工監(jiān)測(cè) (“浪費(fèi)人力成本”).此外，如果遇到業(yè)務(wù)的爆發(fā)式增長(zhǎng)，系統(tǒng)將無(wú)法正常工作。

注意：這兩種方法具有初始啟動(dòng)成本，而且在本質(zhì)上是被動(dòng)的。

傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)一般要預(yù)測(cè)幾年內(nèi)系統(tǒng)所需資源的數(shù)量，如果預(yù)計(jì)不足，應(yīng)用將沒(méi)有馬力處理預(yù)期外的流量，從而導(dǎo)致客戶的不滿。如果預(yù)計(jì)過(guò)高，又造成資源浪費(fèi)。

按需部署和彈性是云計(jì)算的天然方式(自動(dòng)彈性)，使基礎(chǔ)設(shè)施與真實(shí)需求盡量匹配，因而可以提供資源利用率及壓縮成本。

彈性是云計(jì)算的一個(gè)基礎(chǔ)屬性。彈性通過(guò)微量的調(diào)整即可實(shí)現(xiàn)計(jì)算資源的可擴(kuò)展性增減。彈性給云計(jì)算帶來(lái)絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，這非常重要。 作為云計(jì)算架構(gòu)，要牢記這一概念，并應(yīng)用到系統(tǒng)架構(gòu)中，才能獲得云計(jì)算的最大利益。

傳統(tǒng)上，以一個(gè)固定的預(yù)部署的剛性基礎(chǔ)設(shè)施來(lái)構(gòu)建應(yīng)用，公司不需要每天都要進(jìn)行安裝部署。結(jié)果使大多數(shù)軟件架構(gòu)不適用快速部署和硬件縮減。既然獲取新資源需要較高的實(shí)施時(shí)間和追加投資，軟件架構(gòu)也不會(huì)在硬件利用率的優(yōu)化是投入時(shí)間和資源，應(yīng)用在低使用率的硬件上運(yùn)行時(shí)可以接受的。在分鐘級(jí)獲得新資源是不可能的，所以一個(gè)架構(gòu)的彈性也是被忽略的。

在云計(jì)算中，這是觀念的改變。云計(jì)算以流水線處理的方式獲取所需資源，不再需要預(yù)先采購(gòu)設(shè)備和保留閑置的硬件。云架構(gòu)可以在幾分鐘內(nèi)完成資源采購(gòu)或者自動(dòng)化采購(gòu)，從而擁有了大量擴(kuò)展和響應(yīng)時(shí)間的優(yōu)勢(shì)，同樣，也可以釋放掉那些閑置的或低利用率的資源。如果在你的系統(tǒng)架構(gòu)中不能擁抱這樣的變化，就不能分享云計(jì)算的全部好處。

作為一個(gè)云應(yīng)用架構(gòu)師，你需要?jiǎng)?chuàng)造性地思考在應(yīng)用系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)彈性。 例如,基礎(chǔ)設(shè)施被用來(lái)白天運(yùn)行，晚上構(gòu)建，在凌晨2點(diǎn)執(zhí)行回歸和單元測(cè)試兩個(gè)小時(shí) ，其他時(shí)間都是空閑的?，F(xiàn)在，基礎(chǔ)設(shè)施有了彈性, 可以只支付晚上兩個(gè)小時(shí)的計(jì)算時(shí)間。類似的，內(nèi)部故障經(jīng)常出現(xiàn)在容量的峰值(例如5 服務(wù)器 24x7x365)，現(xiàn)在可以按照流量模式來(lái)按需配置(如5 服務(wù)器從9AM 到 5 PM 運(yùn)行，而只用2個(gè)服務(wù)器在5 PM 到 9 AM運(yùn)行)。

云架構(gòu)的智能彈性設(shè)計(jì)使基礎(chǔ)設(shè)施能夠按需運(yùn)行，這本身就是一門藝術(shù)。彈性應(yīng)該是一種架構(gòu)設(shè)計(jì)的需求或者系統(tǒng)屬性。你可能會(huì)問(wèn)：系統(tǒng)架構(gòu)中的哪些組件或者層次可以成為彈性的?用什么技術(shù)可以使這些組件變得有彈性? 實(shí)現(xiàn)彈性對(duì)系統(tǒng)架構(gòu)的整體有何影響?

在下一章，將會(huì)展示在應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)彈性的相關(guān)技術(shù)。有效地利用云計(jì)算的彈性優(yōu)勢(shì)，是架構(gòu)中非常重要的觀念。

無(wú)懼約束

當(dāng)你決定架構(gòu)應(yīng)用向云計(jì)算遷移的時(shí)候，或者將自己的系統(tǒng)規(guī)范映射成云服務(wù)時(shí)，要注意到云計(jì)算中沒(méi)有原來(lái)所需的準(zhǔn)確資源定義。例如，云計(jì)算中一個(gè)服務(wù)器沒(méi)有RAM的數(shù)量，或者一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)例需要更多的IOPS。

要理解云計(jì)算提供的是抽象資源，這才使按需實(shí)施模式變得強(qiáng)大。當(dāng)使用云資源時(shí)不用擔(dān)心不夠用，你的硬件沒(méi)有真正確切地復(fù)制在云環(huán)境中，這非常重要，你能夠獲得任何你所需要的資源。

例如，云計(jì)算沒(méi)有告訴你一個(gè)服務(wù)器中確切的內(nèi)存數(shù)量，使用了向memcached的分布式緩存，或者將數(shù)據(jù)在多個(gè)服務(wù)器上做了分區(qū)。如果你的數(shù)據(jù)庫(kù)需要更多的IOPS，且不能映射到云中的服務(wù)，可以根據(jù)使用用例和數(shù)據(jù)類型選擇其他的云計(jì)算方案。如果是一個(gè)重度讀應(yīng)用，你可以將這些讀請(qǐng)求分布到一組同步的從服務(wù)中。另一種方法是，采用分片算法來(lái)路由數(shù)據(jù)，或者采用各種數(shù)據(jù)庫(kù)集群解決方案。

回顧一下, 當(dāng)你將靈活性和按需實(shí)施能力結(jié)合在一起的時(shí)候，就已經(jīng)意識(shí)到資源約束的解除顯然提高了可擴(kuò)展性，改善了系統(tǒng)的整體性能。

虛擬化管理

云計(jì)算的到來(lái)將系統(tǒng)管理員的角色變成了“虛擬系統(tǒng)管理員”。這意味著這些管理員們更關(guān)注應(yīng)用本身那些有趣的事情，以及從整體上決定哪些對(duì)業(yè)務(wù)是最佳的。系統(tǒng)管理員不再需要部署服務(wù)器，安裝軟件以及連接網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，所有這繁復(fù)的工作都可以通過(guò)幾下點(diǎn)擊和幾個(gè)命令行調(diào)用就完成了?；A(chǔ)設(shè)施的可編程化使云計(jì)算自動(dòng)化程度更高。系統(tǒng)管理員需要升級(jí)自己的技術(shù)結(jié)構(gòu)來(lái)學(xué)習(xí)如何使用腳本管理抽象的云資源。

類似地，DBA的角色也變成了“虛擬DBA”，通過(guò)基于web的終端管理資源，執(zhí)行腳本在容量用光時(shí)增加新的數(shù)據(jù)庫(kù)容量，以及每天的自動(dòng)化處理。

虛擬DBA必須學(xué)習(xí)新的部署方法(通過(guò)虛擬機(jī)鏡像)，擁抱新的模型 (并行查詢，遠(yuǎn)程災(zāi)備和異步復(fù)制),反思數(shù)據(jù)的架構(gòu)方法 (分片,水平分區(qū),聯(lián)盟) 以及針對(duì)不同數(shù)據(jù)集采用不同的云存儲(chǔ)服務(wù)。

在傳統(tǒng)企業(yè)中，應(yīng)用開(kāi)發(fā)者沒(méi)有和網(wǎng)絡(luò)管理員在一起緊密的工作，網(wǎng)絡(luò)管理員也沒(méi)有關(guān)于應(yīng)用的膠水。結(jié)果是，網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用架構(gòu)層優(yōu)化經(jīng)常被忽略。 通過(guò)云計(jì)算，二者被凝聚在一起，在將來(lái)做應(yīng)用架構(gòu)的時(shí)候，公司將形成更多的跨團(tuán)隊(duì)融合。

云架構(gòu)最佳實(shí)踐

在本節(jié),我們將學(xué)習(xí)到在云端構(gòu)建應(yīng)用的最佳實(shí)踐。

容錯(cuò)性設(shè)計(jì)和零故障

大拇指原則：在云端進(jìn)行架構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要保持悲觀，假設(shè)所有事物都會(huì)發(fā)生故障。換句話來(lái)說(shuō)，要面向故障的自動(dòng)化恢復(fù)來(lái)設(shè)計(jì)，實(shí)施和部署。

特別地，假設(shè)硬件會(huì)發(fā)生故障，斷電了，這些災(zāi)難使應(yīng)用不能工作了，某些天的每秒請(qǐng)求超出的限制，不得不停止服務(wù)， 軟件也發(fā)生了故障等。作為一個(gè)悲觀主義者，在設(shè)計(jì)時(shí)就要思考恢復(fù)策略，將使整個(gè)系統(tǒng)變得更好。

如果意識(shí)到了故障切換并且作為架構(gòu)的一部分，通過(guò)可擴(kuò)展的基礎(chǔ)設(shè)施來(lái)構(gòu)建故障處理的機(jī)制，你將不再建一個(gè)容錯(cuò)的架構(gòu)，而是由云環(huán)境完成了。

你會(huì)問(wèn)：系統(tǒng)中一個(gè)節(jié)點(diǎn)故障時(shí)發(fā)生了什么?如何識(shí)別故障?如何更換這個(gè)節(jié)點(diǎn)?我要規(guī)劃怎樣的場(chǎng)景?什么是我的單點(diǎn)故障?如果在一組服務(wù)器之前使用了負(fù)載均衡，那么均衡器掛了怎么辦? 如果架構(gòu)中采用了主從結(jié)構(gòu)，主節(jié)點(diǎn)掛了怎么辦?如何故障切換?一個(gè)與主服務(wù)器同步的新從設(shè)備如何被實(shí)例化?

和硬件故障設(shè)計(jì)一樣，必須進(jìn)行軟件的故障設(shè)計(jì)。

你會(huì)問(wèn):如果一個(gè)依賴服務(wù)的接口變了，我的應(yīng)用怎么辦?如果下行服務(wù)超時(shí)或者返回異常怎么辦?如果緩存的鍵值數(shù)量超出了一個(gè)實(shí)例的內(nèi)存限制怎么辦?

建立處理故障的機(jī)制. 例如, 下面的策略可以為故障處理提供幫助:

1. 數(shù)據(jù)的連貫備份和恢復(fù)以及自動(dòng)執(zhí)行

2. 構(gòu)建重啟的進(jìn)程

3. 從隊(duì)列中重載消息來(lái)完成系統(tǒng)狀態(tài)的重新同步

4. 保留已經(jīng)配置和優(yōu)化好的虛擬鏡像來(lái)支持步驟2和3

5. 避免內(nèi)存中的會(huì)話或者狀態(tài)化的上下文，把它們移到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中。

好的云架構(gòu)可以減少重新加載或者重新啟動(dòng)。例如使用 Amazon SQS 和Amazon SimpleDB的組合, 這個(gè)控制器的架構(gòu)對(duì)這些故障非常有彈性。對(duì)實(shí)例而言，如果控制器上的實(shí)例線程假死，它可以恢復(fù)到以前的狀態(tài)就像什么都沒(méi)發(fā)生過(guò)似的。這是通過(guò)創(chuàng)建一個(gè)預(yù)先配置好的AMI完成的，它重啟動(dòng)的時(shí)候從Amazon SQS隊(duì)列中讀取所有消息，并從SimpleDB讀取它們的所有狀態(tài)。

針對(duì)底層硬件故障的可能情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以做到有備無(wú)患。

這一設(shè)計(jì)原則能夠?qū)崿F(xiàn)運(yùn)營(yíng)友好的應(yīng)用[11]。如果你通過(guò)主動(dòng)測(cè)量和動(dòng)態(tài)負(fù)載均衡來(lái)擴(kuò)展這一原理，由于云環(huán)境的多租戶特性，你可以實(shí)現(xiàn)各種各樣的網(wǎng)絡(luò)和硬盤性能。

AWS提供了特殊的策略來(lái)實(shí)施這一最佳實(shí)踐:

1.使用彈性IP來(lái)優(yōu)雅地實(shí)現(xiàn)故障切換: 彈性IP是將一個(gè)靜態(tài)的IP動(dòng)態(tài)地重新映射。你可以通過(guò)重新映射將故障切換到另外的一組服務(wù)器上，流量也將路由到新的服務(wù)器。這對(duì)應(yīng)硬件故障或者應(yīng)用升級(jí)都非常有效。

2.使用多可用區(qū): 可用區(qū)是概念上的邏輯數(shù)據(jù)中心。在多可用區(qū)上部署你的系統(tǒng)架構(gòu)，可以保證高可用性。使用 Amazon RDS Multi-AZ [21] 的部署功能可以在多可用區(qū)上自動(dòng)復(fù)制數(shù)據(jù)庫(kù)。

3.維護(hù)一個(gè)AMI能夠在不同的可用區(qū)上輕松地克隆和恢復(fù)環(huán)境;在可用區(qū)間維護(hù)多個(gè)從數(shù)據(jù)庫(kù)從而實(shí)現(xiàn)熱備份。

4. 使用 Amazon CloudWatch(或各種實(shí)時(shí)的開(kāi)源監(jiān)測(cè)工具) 以可視化的方式對(duì)硬件故障或者性能下降采用合適的措施。建立一個(gè)自動(dòng)可擴(kuò)展組以便用新的實(shí)例替換那些不健康的 Amazon EC2實(shí)例。

5. 使用Amazon EBS，建立 cron jobs來(lái)實(shí)現(xiàn)將增量快照自動(dòng)地上傳到AmazonS3，使數(shù)據(jù)與實(shí)例獨(dú)立開(kāi)來(lái)。

6. 使用Amazon RDS ，設(shè)置為備份的保留期限，以便它可以執(zhí)行自動(dòng)備份。

組件解耦合

云計(jì)算強(qiáng)化了SOA的設(shè)計(jì)原理，系統(tǒng)組件的耦合越松，擴(kuò)展起來(lái)越方便越好。

構(gòu)建組件的關(guān)鍵是減少之間的依賴，如果一個(gè)組件死掉了，沒(méi)有響應(yīng)，或者響應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，系統(tǒng)中的其他組件應(yīng)該可以繼續(xù)正常工作。 顯然，松耦合使組件間以及層次間相互獨(dú)立，這樣每個(gè)組件可以將其他組件作為黑盒子完成異步交互。例如

一個(gè)web應(yīng)用架構(gòu)的情況,將應(yīng)用服務(wù)器，web服務(wù)器和數(shù)據(jù)分離開(kāi)來(lái)，該應(yīng)用程序服務(wù)器不知道你的Web服務(wù)器，反之亦然，這些層之間的解耦合，不存在代碼依賴或功能交叉。在批處理的系統(tǒng)架構(gòu)中，可以創(chuàng)建相互獨(dú)立的異步組件。

你可能會(huì)問(wèn):哪些業(yè)務(wù)組件或特性可以從當(dāng)前的單點(diǎn)應(yīng)用中隔離出來(lái)，可以獨(dú)立運(yùn)行么?那么，在不破壞當(dāng)前系統(tǒng)的前提下能夠?yàn)檫@個(gè)組件增加更多的實(shí)例么，以及同時(shí)服務(wù)更多的用戶? 付出多大的努力才能封裝這些組件并使其異步通信呢?

組件解耦合，異步系統(tǒng)和水平擴(kuò)展在云計(jì)算中是非常重要的。你不僅可以為同一組件增加多個(gè)實(shí)例實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展，而且允許你設(shè)計(jì)創(chuàng)新的混合模式，其中一些成分繼續(xù)私有部署運(yùn)行，而其他組件可以利用云計(jì)算可擴(kuò)展的優(yōu)勢(shì)，使用云計(jì)算的計(jì)算能力和帶寬。這樣，以最小的代價(jià)，你可以通過(guò)實(shí)施智能負(fù)載均衡策略將在“溢出”多余的流量移動(dòng)到云上。

建立松耦合系統(tǒng)的另一方式是使用消息隊(duì)列。如果兩個(gè)組件間通過(guò)隊(duì)列或者緩沖區(qū)連接的話，可以支持高并發(fā)，高可用和負(fù)載削峰。其結(jié)果是，即使元件部分功能暫時(shí)不可用，整個(gè)系統(tǒng)仍然繼續(xù)執(zhí)行。如果一個(gè)組件死亡或暫時(shí)不可用時(shí)，系統(tǒng)將消息緩存起來(lái)，在組件恢復(fù)時(shí)再處理他們。

在GrepTheWeb的架構(gòu)這篇文章中可以看到消息隊(duì)列的充分使用[6]。在 GrepTheWeb中,

如果忽然間有大量的請(qǐng)求到達(dá)服務(wù)器(互聯(lián)網(wǎng)引發(fā)的過(guò)載情況)或者正則表達(dá)式的處理花費(fèi)了大量的時(shí)間(一個(gè)組件響應(yīng)遲鈍)， Amazon SQS 將在一段時(shí)間內(nèi)緩存這些請(qǐng)求，使這些延遲不會(huì)影響其他組件。

AWS提供了特殊的策略來(lái)實(shí)施這一最佳實(shí)踐:

1. 使用Amazon SQS來(lái)隔離組件

2. 使用Amazon SQS作為組件間的緩沖區(qū)

3. 設(shè)計(jì)的每個(gè)組件暴露其服務(wù)接口，負(fù)責(zé)其自己的可擴(kuò)展性，并與其他組件異步交互

4. 綁定組件的邏輯結(jié)構(gòu)并制成AMI，以便可以時(shí)常部署

5. 使應(yīng)用盡可能無(wú)狀態(tài)化，將會(huì)話的狀態(tài)存儲(chǔ)在組件的外部(例如SimpleDB)

實(shí)現(xiàn)彈性

云計(jì)算為你的應(yīng)用帶來(lái)了彈性的概念。有三種方法實(shí)現(xiàn)彈性：:

1. 周期性主動(dòng)擴(kuò)展: 固定時(shí)間將的周期性擴(kuò)展(按天, 周, 月, 季度)

2. 基于事件的主動(dòng)擴(kuò)展:根據(jù)安排好的商務(wù)活動(dòng)(新品發(fā)布，市場(chǎng)宣傳活動(dòng))所期望的請(qǐng)求流量爆發(fā)而做的擴(kuò)展

3. 按需自動(dòng)擴(kuò)展 ：通過(guò)監(jiān)控服務(wù)的使用，系統(tǒng)可以根據(jù)相關(guān)指標(biāo)觸發(fā)適當(dāng)?shù)膭?dòng)作來(lái)擴(kuò)容或減負(fù) (例如一個(gè)實(shí)例的服務(wù)器或者網(wǎng)絡(luò)IO的使用情況)

為了實(shí)現(xiàn)彈性,首先要做到自動(dòng)化部署，流水線配置和構(gòu)建流程，這樣可以保證在沒(méi)有人工參與的情況下自動(dòng)地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的可擴(kuò)展。這能導(dǎo)致即時(shí)節(jié)約成本，保證資源與需求高度匹配，而不需為了潛在需求運(yùn)行的服務(wù)器在低利用率運(yùn)行。

基礎(chǔ)設(shè)施自動(dòng)化

使用云環(huán)境最重要的優(yōu)勢(shì)之一是能夠使用API完成自動(dòng)化部署。在遷移的早期花時(shí)間考慮自動(dòng)化部署是非常值得的。創(chuàng)建一個(gè)自動(dòng)化和可重復(fù)的部署流程能夠減少錯(cuò)誤，有效地?cái)U(kuò)展和升級(jí)。

自動(dòng)化部署:

建一個(gè)庫(kù)：頻繁使用的小腳本(用于安裝和配置)

使用AMI內(nèi)綁定的代理來(lái)管理配置和部署流程

實(shí)例自舉

實(shí)例自舉

讓你的實(shí)例在啟動(dòng)的時(shí)候問(wèn)你個(gè)問(wèn)題 “我是誰(shuí)，我的角色是什么?” 每個(gè)實(shí)例都應(yīng)該在環(huán)境中扮演一個(gè)角色(“DB server”, “app server”, “slave server” 等) 。 這個(gè)角色可能是傳遞給啟動(dòng)過(guò)程的參數(shù)，用來(lái)指示AMI實(shí)例化社的步驟。再啟動(dòng)時(shí),基于角色和所關(guān)聯(lián)集群的功能，實(shí)例可以獲取所需的資源 (代碼, 腳本, 配置)。

實(shí)例自舉的好處:

1. 少量操作即可完成環(huán)境重建(開(kāi)發(fā), 測(cè)試, 生成)

2. 實(shí)現(xiàn)對(duì)抽象云資源的更多控制

3. 減少人為部署的錯(cuò)誤

4. 創(chuàng)建了一個(gè)自愈環(huán)境對(duì)硬件故障而言更有彈性

AWS 提供了基礎(chǔ)設(shè)施自動(dòng)化的相關(guān)策略：

1. 使用Amazon EC2中的Auto-scalingfeature 為不同的集群定義Auto-scaling groups

2. 使用Amazon CloudWatch 來(lái)監(jiān)控系統(tǒng)指標(biāo)(CPU, Memory, Disk I/O, Network I/O) ，然后采取合適的操作(使用Auto-scalingservice動(dòng)態(tài)啟用新的AMI)或者發(fā)通知 。

3. 動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)和恢復(fù)配置信息: 利用Amazon SimpleDB 在實(shí)例啟動(dòng)時(shí)獲得配置數(shù)據(jù)。SimpleDB也可以用來(lái)存儲(chǔ)實(shí)例的信息如 IP 地址,機(jī)器名和角色.

4. 設(shè)計(jì)一個(gè)構(gòu)建流程將最新版本存入AmazonS3; 從而在系統(tǒng)啟動(dòng)的時(shí)候加載最新的版本

5. 構(gòu)建資源管理工具(自動(dòng)化腳本,配置好的鏡像 )或者使用開(kāi)源的配置管理工具如 Chef18, Puppet19, CFEngine 20或Genome21.

6. 將裁減的操作系統(tǒng)和軟件依賴綁定并放入AMI中，這樣便于管理和維護(hù)。在啟動(dòng)時(shí)傳遞配置文件和參數(shù)，啟動(dòng)后獲得用戶和實(shí)例的相關(guān)數(shù)據(jù).

7. 將一個(gè)實(shí)例管理一個(gè)或多個(gè)EBS卷可以減少綁定和啟動(dòng)的時(shí)間。創(chuàng)建通用卷快照，可以在合適的時(shí)候共享這些快照。

8. 假定應(yīng)用組件處于不良狀態(tài)。例如，動(dòng)態(tài)綁定一個(gè)新節(jié)點(diǎn)的IP到集群中，自動(dòng)故障切換以及故障發(fā)生時(shí)啟動(dòng)一個(gè)新的克隆。

并行化思考

云計(jì)算能輕松實(shí)現(xiàn)并行化。無(wú)論是從云中請(qǐng)求數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到云中，在云中處理數(shù)據(jù)(或執(zhí)行的作業(yè))，作為一個(gè)云服務(wù)架構(gòu)師，在架構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)一定要將并行化秉記于心。

由于云計(jì)算可以非常容易地創(chuàng)建可重復(fù)流程，所以不但要盡可能地實(shí)現(xiàn)并行化，而且使之自動(dòng)化執(zhí)行。

當(dāng)數(shù)據(jù)訪問(wèn)的時(shí)候,云環(huán)境可以處理大量的并行操作。為了得到最大的性能和吞吐量， 需要充分利用并行化請(qǐng)求。多線程并發(fā)處理要比順序化請(qǐng)求處理快得多。因此，盡可能地使用非共享原則來(lái)充分利用多線程來(lái)設(shè)計(jì)線程安全的云應(yīng)用。

在云端處理請(qǐng)求的時(shí)候，并行處理就越發(fā)重要了。在web應(yīng)用中，一個(gè)通常的最佳實(shí)踐是使用負(fù)載均衡將請(qǐng)求分布到多個(gè)異步的web服務(wù)器中。在批處理應(yīng)用中，可以使用多個(gè)從服務(wù)節(jié)點(diǎn)來(lái)處理并行化任務(wù)。

當(dāng)并行化和彈性相結(jié)合體現(xiàn)了云計(jì)算之美。云應(yīng)用使用少量的API在幾分鐘內(nèi)就可完成計(jì)算集群的部署，并行地處理任務(wù)、保存結(jié)果和終止實(shí)例。

AWS 面向并行化的相關(guān)策略:

1.對(duì) Amazon S3 多線程化

2. 對(duì) SimpleDB 的GET 和 BATCHPUT 請(qǐng)求多線程化 [3][4] [5]

3. 對(duì)每日的批處理任務(wù)(索引，日志分析等)，使用AmazonEMR 創(chuàng)建作業(yè)任務(wù)，能夠并行處理并節(jié)約時(shí)間。.

4. 使用彈性負(fù)載。

動(dòng)靜分離：動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)靠近計(jì)算，靜態(tài)數(shù)據(jù)貼近用戶

一般來(lái)說(shuō)，讓數(shù)據(jù)盡可能靠近你的計(jì)算或處理單元，以減少延遲是一個(gè)很好的做法。在云計(jì)算中，由于必須經(jīng)常處理互聯(lián)網(wǎng)延遲，這一實(shí)踐更加重要。此外，在云環(huán)境中，我們必須要為數(shù)據(jù)傳輸?shù)那д鬃止?jié)帶寬付費(fèi)，成本開(kāi)銷很大。

如果大量數(shù)據(jù)需要在云計(jì)算之外處理，先傳輸再計(jì)算可能比較便宜。例如，對(duì)于一個(gè)數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的應(yīng)用而言，最好是數(shù)據(jù)集先移到云，然后執(zhí)行并行數(shù)據(jù)查詢。對(duì)于一個(gè)從關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)存取數(shù)據(jù)的web應(yīng)用，最好也是將數(shù)據(jù)庫(kù)和應(yīng)用服務(wù)器一并移到云環(huán)境中。如果數(shù)據(jù)是在云端產(chǎn)生的，則消耗該數(shù)據(jù)的應(yīng)用程序也應(yīng)該部署在云中，以便它們可以享受在云環(huán)境內(nèi)部的免費(fèi)數(shù)據(jù)傳輸和低時(shí)延。例如，在一個(gè)電商的應(yīng)用記錄點(diǎn)擊數(shù)據(jù)并生成日志的情況，最好在云中運(yùn)行日志分析和報(bào)表引擎。

相反地，如果數(shù)據(jù)是靜態(tài)的，不經(jīng)常改變(例如，圖像，視頻，音頻，PDF文件，JS，CSS文件)，最好是利用CDN服務(wù)的優(yōu)點(diǎn)，內(nèi)容分發(fā)服務(wù)提供更快的對(duì)象訪問(wèn)，使得靜態(tài)數(shù)據(jù)被高速緩存在靠近最終用戶(請(qǐng)求者)的網(wǎng)絡(luò)位置，從而降低了訪問(wèn)時(shí)延。

AWS針對(duì)這一最佳實(shí)踐的相關(guān)策略：

1. 使用 Import/Export 服務(wù)27.將數(shù)據(jù)盤遷移到云環(huán)境中，用 sneakernet28 tha比互聯(lián)網(wǎng)上傳更快捷而且便宜。.

2. 使用相同的可用區(qū)來(lái)發(fā)布集群

3. 創(chuàng)建一個(gè)Amazon S3數(shù)據(jù)發(fā)布版本， 充分利用 AmazonCloudFront 在全球14個(gè)地區(qū)的CDN服務(wù)

關(guān)于安全的最佳實(shí)踐

在多租戶環(huán)境中，云計(jì)算架構(gòu)師經(jīng)?？紤]的就是安全性。安全應(yīng)在云應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)的每

一層中都有體現(xiàn)實(shí)現(xiàn)。物理安全性通常是由服務(wù)提供商來(lái)處理(安全白皮書(shū)[7])，這是使用云的一個(gè)額外好處。網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用級(jí)的安全是你的責(zé)任，應(yīng)該適用業(yè)務(wù)實(shí)施最佳實(shí)踐。在本節(jié)中，您將了解如何保護(hù)云應(yīng)用程序在AWS環(huán)境中的那些特定的工具，功能和準(zhǔn)則。建議利用這些工具，實(shí)現(xiàn)基本安全功能，然后使用適當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)方法，或其他認(rèn)為合適的安全性最佳實(shí)踐。

保護(hù)在途數(shù)據(jù)

如果需要在服務(wù)器和瀏覽器中交互敏感或機(jī)密信息，最好在服務(wù)器實(shí)例中配置SSL，需要使用像VeriSign29 或Entrust30這樣的授權(quán)證書(shū)。 證書(shū)中的公鑰來(lái)驗(yàn)證服務(wù)器和瀏覽器請(qǐng)求，并作為雙向會(huì)話數(shù)據(jù)加密的基礎(chǔ)。

通過(guò)少量的命令行調(diào)用就可以創(chuàng)建虛擬私有云 (using Amazon VPC)。 這樣可以在云環(huán)境內(nèi)實(shí)現(xiàn)資源的邏輯隔離，然后使用業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的IPSec VPN 連接來(lái)直接訪問(wèn)資源，也可以在Amazon EC2上建立一個(gè)OpenVPN服務(wù)器，然后在所有用戶PC上安裝OpenVPN的客戶端。

保護(hù)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)

如果關(guān)心云環(huán)境中存儲(chǔ)的敏感和機(jī)密數(shù)據(jù)，需要在在上傳文件是進(jìn)行加密。例如，使用任何開(kāi)源工具加密數(shù)據(jù)或者使用商用的PGP 工具在存儲(chǔ)到Amazon S3前進(jìn)行加密，在下載后進(jìn)行解密。在構(gòu)建HIPAA兼容的應(yīng)用程序時(shí)需要保存PHI,這通常是一個(gè)好的實(shí)現(xiàn)。

在 AmazonEC2上,文件加密依賴于操作系統(tǒng) 。運(yùn)行在Windows 上的Amazon EC2 實(shí)例可以使用內(nèi)置 EFS 特性 [16]. 該特性可以對(duì)文件或目錄自動(dòng)加解密，對(duì)用戶而言是透明的[19]。此外，和名稱不符的是， EFS 不能加密整個(gè)文件系統(tǒng)而只加密單個(gè)文件。如果對(duì)這個(gè)文件系統(tǒng)加密，需要考慮開(kāi)源的TrueCrypt33 產(chǎn)品; 它與NTFS格式 EBS卷集成的很好。運(yùn)行在Linux上的Amazon EC2實(shí)例可以使用各種方式加密文件系統(tǒng)來(lái)掛載EBS卷 (EncFS34,Loop-AES35, dm-crypt36,TrueCrypt37). 類似的, 運(yùn)行在OpenSolaris 上的Amazon EC2 實(shí)例可以試試 ZFS38 加密支持 [20].無(wú)論選擇的是什么，在Amazon EC2 上加密的文件和卷都可以保護(hù)文件和日志數(shù)據(jù)，從而只有用戶和服務(wù)器上進(jìn)程可以看到明文，其他都只能看到密文。

不論你選擇了什么樣的技術(shù)或操作系統(tǒng)，加密數(shù)據(jù)都意味著一種挑戰(zhàn): 管理用來(lái)加密的密鑰。. 如果密鑰丟失，將永遠(yuǎn)失去你的數(shù)據(jù)，如果密鑰泄露，數(shù)據(jù)同樣存在風(fēng)險(xiǎn). 因此，要認(rèn)真研究所選產(chǎn)品的密鑰管理能力，最小化地減少密鑰丟失的風(fēng)險(xiǎn)。

除了保護(hù)數(shù)據(jù)不被竊聽(tīng)，也要考慮如何保護(hù)其免受災(zāi)難。對(duì)EBS卷定期快照，以確保它是高度耐用和可用性?？煺帐菨u進(jìn)性的，存儲(chǔ)在Amazon S3(獨(dú)立的地理位置)上，并可以幾次點(diǎn)擊或命令行調(diào)用完成恢復(fù)。

保護(hù)AWS 憑據(jù)

AWS 提供了兩種類型的安全憑據(jù)： AWS 訪問(wèn)密鑰和 X.509 證書(shū)。AWS訪問(wèn)密鑰有兩部分: 密鑰 ID和安全密鑰 。當(dāng)使用 REST 或 Query API時(shí),必須使用安全密鑰在請(qǐng)求驗(yàn)證中計(jì)算簽名。為了防止在傳輸中被篡改，所有的請(qǐng)求應(yīng)通過(guò)HTTPS發(fā)送。

如果AMI需要與其他的AWS 云服務(wù)通信 (例如輪詢 Amazon SQS 或者從 Amazon S3中讀取數(shù)據(jù)), 一個(gè)典型錯(cuò)誤是將AWS 憑據(jù)嵌入到AMI中，正確方法應(yīng)該是在發(fā)送前傳遞參數(shù)[17].

如果安全密鑰被破壞,應(yīng)該通過(guò)新的密鑰ID獲得新的安全密鑰。作為一個(gè)好的方式，建議在應(yīng)用程序架構(gòu)中采用密鑰輪換機(jī)制，讓可以定期使用它，或者偶爾(當(dāng)心懷不滿的雇員離開(kāi)公司)，以確保受損密鑰不能持續(xù)工作。

另一種方式是采用 X.509 證書(shū)來(lái)研制特定的AWS服務(wù)。證書(shū)文件在base64-encoded DER證書(shū)主體中包含了公鑰，另一個(gè)文件包含了base64-encodedPKCS#8 私鑰。在aws.amazon.com 和 AWS Management Console 中，AWS支持多因素驗(yàn)證。

在 IAM 中管理用戶權(quán)限

AWS IAM42 能夠AWS賬號(hào)內(nèi)管理多個(gè)用戶的權(quán)限。 一個(gè)用戶(在AWS賬號(hào)內(nèi))是訪問(wèn)AWS云服務(wù)的唯一安全身份。IAM 消除了密碼和訪問(wèn)密鑰的共享，可以方便的開(kāi)通或禁止用戶訪問(wèn)。

IAM是實(shí)現(xiàn)安全性的一個(gè)最佳實(shí)踐, 例如通過(guò)授權(quán)實(shí)現(xiàn)最低訪問(wèn)權(quán)限，只有通過(guò)授權(quán)的用戶才能訪問(wèn)AWS服務(wù)和資源。IAM 是默認(rèn)安全的，新用戶沒(méi)有被準(zhǔn)確授權(quán)的話無(wú)法訪問(wèn)AWS服務(wù)。

IAM 原生集成了大多數(shù)的AWS 云服務(wù)。IAM的API不會(huì)變化，應(yīng)用和工具在權(quán)限變化時(shí)可以進(jìn)行運(yùn)行。應(yīng)用只需要在開(kāi)始時(shí)為新用戶生成訪問(wèn)密鑰。當(dāng)與其他AWS服務(wù)交互的時(shí)候，應(yīng)該最小化地使用 AWS的賬號(hào)憑據(jù)，這樣才能分享IAM帶來(lái)的好處。

應(yīng)用安全

安全組是網(wǎng)絡(luò)流量入口規(guī)則的集合，需要指定TCP 和 UDP 端口, ICMP 類型和代碼,以及源地址等,每個(gè)Amazon EC2實(shí)例都被一個(gè)或多個(gè)安全組所保護(hù)。安全組為運(yùn)行實(shí)例提供基本的類似防火墻保護(hù)。例如，隸屬應(yīng)用的實(shí)例有如下的安全組設(shè)置:

限制呼入流量的另一種方式是配置實(shí)例的軟件防火墻。Windows 實(shí)例有內(nèi)置的防火墻， Linux 實(shí)例使用 netfilter45 和 iptables.

隨著時(shí)間的推移，如果在軟件中發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，需要打補(bǔ)丁來(lái)修復(fù)，應(yīng)該保障下面的措施是應(yīng)用的安全最大化：

定期下載補(bǔ)丁從供應(yīng)商的網(wǎng)站并更新到AMI 中;

從重新部署新AMI實(shí)例和測(cè)試應(yīng)用程序，以確保補(bǔ)丁不破壞任何東西，同時(shí)確保最新的AMI部署到所有實(shí)例;

開(kāi)發(fā)測(cè)試腳本定期地進(jìn)行自動(dòng)化安全檢查;

確保第三方軟件配置為最安全設(shè)置

除非絕對(duì)必要，否則永遠(yuǎn)不要以root或管理員身份運(yùn)行的進(jìn)程

所有在云時(shí)代之前的標(biāo)準(zhǔn)安全實(shí)踐依然適用，例如采用良好的編碼習(xí)慣，隔離敏感數(shù)據(jù)等。

現(xiàn)在回想起來(lái)，云技術(shù)簡(jiǎn)化了物理安全的復(fù)雜性，通過(guò)工具控制和相關(guān)特性可以確保應(yīng)用程序安全。

未來(lái)的研究方向

應(yīng)用不用關(guān)心物理硬件的時(shí)代并不遙遠(yuǎn)。作為一個(gè)架構(gòu)師，只需要管理抽象的計(jì)算，存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)資源，而不是物理服務(wù)器。即使底層物理硬件發(fā)生故障或被拆除或更換，應(yīng)用程序都將繼續(xù)運(yùn)行。應(yīng)用程序?qū)⑦m應(yīng)不斷變化的需求模式且瞬間自動(dòng)調(diào)配資源，從而在所有時(shí)間達(dá)到最高的利用率水平。擴(kuò)展性，安全性，高可用性，容錯(cuò)性，可測(cè)性和彈性都是應(yīng)用架構(gòu)的配置屬性，而且在平臺(tái)構(gòu)建時(shí)自動(dòng)內(nèi)置了。

但是，我們還沒(méi)有到那樣的程度?，F(xiàn)在，可以通過(guò)文中的最佳實(shí)踐來(lái)建立在云計(jì)算中應(yīng)用來(lái)具備這些特質(zhì)。基于云計(jì)算架構(gòu)的最佳實(shí)踐還在繼續(xù)發(fā)展，并作為研究人員，我們應(yīng)該不僅著眼于增強(qiáng)云計(jì)算的知識(shí)而且要關(guān)注工具構(gòu)建，技術(shù)和流程，這將更容易讓開(kāi)發(fā)人員和架構(gòu)師把應(yīng)用程序遷移到云計(jì)算環(huán)境中。

結(jié)論

本文為云計(jì)算架構(gòu)師提供了設(shè)計(jì)高效云應(yīng)用程序的規(guī)范性指導(dǎo)。

通過(guò)專注于概念和最佳實(shí)踐，例如設(shè)計(jì)失敗，應(yīng)用程序組件解耦合，理解和實(shí)現(xiàn)彈性，彈性與并行結(jié)合，并在應(yīng)用程序架構(gòu)的各個(gè)層面整合安全，云計(jì)算架構(gòu)師可以了解到構(gòu)建高可擴(kuò)展的云應(yīng)用程序時(shí)必要的設(shè)計(jì)要素。

AWS云服務(wù)提供了高度可靠的按需付費(fèi)的基礎(chǔ)設(shè)施。在AWS具體策略中突出可如何使用這些服務(wù)來(lái)設(shè)計(jì)云應(yīng)用。作為一名研究者，最好充分發(fā)揮這些商業(yè)服務(wù)的作用，站在巨人的肩膀上，進(jìn)一步增強(qiáng)基于云計(jì)算的創(chuàng)造。