UCloud可用區-構建跨機房容災架構的基石？

　　UCloud在很久之前即開(kāi)始著(zhù)手可用區項目Sixshot的整體布局。2014年起開(kāi)始致力為分布在各個(gè)地區的數據中心建設高可用高帶寬的同城環(huán)網(wǎng)，將北京的多個(gè)主力機房的內網(wǎng)互相打通；其后在完善環(huán)網(wǎng)之余，先后對華北、華南、華東、亞太等地的網(wǎng)絡(luò )架構進(jìn)行了升級優(yōu)化，完成了各地的雙星型Pop點(diǎn)建設。這種設計理念充分考慮了機房?jì)染W(wǎng)連接的高速性、穩定性、冗余能力和可擴展性，之后各地只需選址新建機房并連入Pop點(diǎn)即可。

　　此次UCloud可用區的設計，是在原有工作基礎上進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò )基礎架構的系統性升級，相比原同城環(huán)網(wǎng)，內網(wǎng)表現更加高速穩定。與此同時(shí)，伴隨著(zhù)產(chǎn)品層面的系統級重構，可用區也提供了各云產(chǎn)品的跨機房?jì)染W(wǎng)互通能力。

　　地域（Region）指根據地理位置不同將同一地區的云服務(wù)組成合集，構成一個(gè)地域。目前，UCloud全球共有7個(gè)地域，其中國內有北京一、北京二、浙江、上海、廣東五個(gè)地域，海外兩個(gè)地域分別設在香港和美國加州。

　　可用區（Availability Zones）則是指在同一個(gè)地域之內的一組數據中心群，即可用區是由多個(gè)數據中心組成，一個(gè)地域內一般會(huì )有多個(gè)可用區。可用區在設計上相互獨立，是不同地點(diǎn)的數據中心，在物理和電力上都相互隔離，有獨立的安全保障，單個(gè)數據中心的故障影響范圍被隔離在單個(gè)可用區范圍內。同時(shí)，同一地域內的可用區之間通過(guò)高速、穩定、低延遲的網(wǎng)絡(luò )互相連接，內網(wǎng)互通。

　　為了實(shí)現多機房的容災部署，按傳統方式，企業(yè)往往需要增加額外的容災機房，在計算、網(wǎng)絡(luò )和存儲設備上增加上千萬(wàn)元的成本。另外，企業(yè)還要解決機房間的專(zhuān)線(xiàn)部署和復雜的運維問(wèn)題。這樣的成本和復雜度是一般企業(yè)所難以承受的。

　　UCloud可用區上線(xiàn)后，用戶(hù)對云資源的管理規劃和容災設計能力將顯著(zhù)提升。

　　用戶(hù)可以把應用部署在多個(gè)可用區中運行，實(shí)現高可用性的應用架構。即使某個(gè)可用區的基礎設施發(fā)生故障（例如，實(shí)例硬件故障、存儲故障或網(wǎng)絡(luò )中斷），部署在另一個(gè)可用區的應用可以不受影響、繼續運行。

　　用戶(hù)可以將業(yè)務(wù)中的同種資源（例如主機）隨機地創(chuàng )建在兩個(gè)可用區內，由于可用區間的內網(wǎng)通信延時(shí)只有約1.5ms，當一個(gè)可用區故障后，另一個(gè)可用區的主機仍可不受影響地繼續運行，從而保證了業(yè)務(wù)的持續性。

　　值得一提的是，隨著(zhù)基礎網(wǎng)絡(luò )的改造，跨地域的內網(wǎng)通信質(zhì)量也獲得了提升，例如使用UCloud提供的跨域內網(wǎng)通道，北京到廣州地域的內網(wǎng)延遲僅約30ms，這為建設兩地三中心的容災方案提供了物理上的保證。

　　可用區設計之初，UCloud吸取了之前本行業(yè)內的一些經(jīng)驗教訓，確保為用戶(hù)提供更流暢的產(chǎn)品體驗，著(zhù)重體現了以下幾點(diǎn)：

　　其中，產(chǎn)品的無(wú)縫升級能力一直是UCloud重點(diǎn)強調的設計理念，因為如此才能保證既有用戶(hù)的權益，讓他們隨著(zhù)UCloud的成長(cháng)而不斷獲利。

　　以EIP(Elastic IP，又稱(chēng)彈性IP)跨可用區漂移這個(gè)功能為例，AWS和部分國內云服務(wù)提供商，雖然具有EIP跨可用區使用的能力，但為此需要申請專(zhuān)門(mén)的EIP，并需要將原主機上綁定的IP銷(xiāo)毀，再綁上新申請的IP方能達到目的。使用不方便之余，舊有IP也無(wú)法再找回；若有備案等原因導致IP無(wú)法替換，則原有資源就無(wú)法享受到EIP漂移的便利。

　　然而，UCloud設計方案之初，便考慮了已有用戶(hù)的立場(chǎng)和便利性，確保其存量IP都能自由使用IP漂移等所有可用區功能。防火墻的設計也是秉承著(zhù)同樣的理念。如UCloud特色的共享帶寬，原本只限定在單一機房?jì)仁褂茫�隨可用區上線(xiàn)，該功能也新增了自由編組能力，可以滿(mǎn)足用戶(hù)更加靈活豐富的使用場(chǎng)景。而存量的共享帶寬，都可無(wú)縫的繼續使用和擴展。

　　隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )底層的重新設計，用戶(hù)的外網(wǎng)IP（EIP）可以在一個(gè)地域內的任何可用區使用。為了保證業(yè)務(wù)連續性，IP地址經(jīng)常有保留的必要（如備案要求或者應用調用需要）。當需要重新規劃可用區間的資源分布時(shí)，外網(wǎng)IP支持從一個(gè)可用區的資源上解綁，并在另一個(gè)可用區內使用。

　　同時(shí)，UCloud特有的外網(wǎng)IP帶寬管理產(chǎn)品“共享帶寬”的形態(tài)也有了很大的演進(jìn)。共享帶寬是一種多個(gè)外網(wǎng)IP共享網(wǎng)絡(luò )帶寬總量的帶寬模式。相比每個(gè)IP需要單獨指定和購買(mǎi)帶寬，多IP共享帶寬大大提高了帶寬使用效率，節省了用戶(hù)成本。

　　現在，新形態(tài)的共享帶寬支持用戶(hù)將一個(gè)地域內的所有EIP自由地分組計算。例如，可以將某10個(gè)EIP劃分為一個(gè)共享帶寬組，共享50M的帶寬，其他5個(gè)EIP歸屬于另一個(gè)共享帶寬組，共享30M的帶寬。而對于核心業(yè)務(wù)使用的某IP地址，為了保證其帶寬不被其余業(yè)務(wù)搶占，該IP仍可以使用獨立的帶寬計費方式。這種UCloud特有的獨立帶寬和共享帶寬協(xié)同使用的模式，進(jìn)一步地滿(mǎn)足了用戶(hù)多樣的場(chǎng)景需求，保證了用戶(hù)業(yè)務(wù)的穩定性，同時(shí)也降低了用戶(hù)成本。

　　一個(gè)地域內的網(wǎng)絡(luò )設計，除了跨可用區的內網(wǎng)通信保障外，還提供了網(wǎng)絡(luò )產(chǎn)品層面的高度靈活性。負載均衡（ULB）本次也支持了在一個(gè)地域內自由使用，ULB支持同時(shí)掛載不同可用區內的后端實(shí)例，為實(shí)現跨可用區的資源平衡和容災在技術(shù)上鋪平了道路。

　　可用區和混合云方案結合，也可以產(chǎn)生1+1>2的效果，創(chuàng )造更大的價(jià)值。UCloud提供物理云、托管云、專(zhuān)線(xiàn)等多種云接入方式，支持用戶(hù)創(chuàng )造公私結合的混合云方案，解決用戶(hù)分步驟平滑上云的痛點(diǎn)。所以，在同一地域內（例如北京），UCloud也提供了多個(gè)可供選擇的托管云接入機房以及多個(gè)專(zhuān)線(xiàn)接入點(diǎn)，這些接入點(diǎn)都有完善的冗余和容災設計。

　　在可用區未上線(xiàn)前，混合云的接入位置和公有云資源的位置存在一定的耦合關(guān)系，給用戶(hù)使用帶來(lái)了限制。例如，用戶(hù)將自有服務(wù)器托管到UCloud北京C數據中心，則默認只能與北京C的公有云形成互通。這種混合云模式對用戶(hù)業(yè)務(wù)擴展造成不便，若其在北京D又部署了公有云資源，則需要單獨搭建轉發(fā)集群，才能與C的托管云互通，增加了維護成本。

　　隨著(zhù)可用區上線(xiàn)，用戶(hù)將混合云就近接入到任一位置，都能把其私有資源和該地域內所有可用區的公有云資源直接打通。這種一攬子解決的接入方案，提供了將混合云和公有云部署解耦的能力，大大減少了用戶(hù)在上云過(guò)程中所耗費的精力和產(chǎn)生的顧慮。

　　傳統方式的跨數據中心容災，對用戶(hù)而言是一個(gè)成本高昂且費事費力的任務(wù)。用戶(hù)需要在兩個(gè)數據中心都部署一套同樣的系統，并通過(guò)數據中心間的專(zhuān)線(xiàn)進(jìn)行數據同步等工作。對外則需要通過(guò)DNS解析等方式，在災備時(shí)將業(yè)務(wù)從一處切換到另一處。

　　地域和可用區的產(chǎn)品特性，結合UCloud的跨域內網(wǎng)高速連接，可以為用戶(hù)構建更高層次的容災設計和完整的兩地三中心解決方案。

　　由于EIP和ULB可以在地域級別存在，一個(gè)地域內可以部署一套EIP和ULB，并以此固定地向外提供服務(wù)。ULB后端可以?huà)燧d來(lái)自?xún)蓚�(gè)可用區的資源。因而可以將后端業(yè)務(wù)中使用的主機、數據庫、內存緩存等分散地分布于多個(gè)可用區內，這樣就構成了同城內雙活的兩個(gè)中心（生產(chǎn)中心和同城災備中心）。這兩個(gè)中心具有基本同等的業(yè)務(wù)處理能力，數據通過(guò)跨可用區自身的內網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)同步。日常情況下，兩個(gè)中心可同時(shí)分擔業(yè)務(wù)和管理系統的運行，并可切換運行或同時(shí)運行；災難情況下，可在基本不丟失數據的情況下進(jìn)行災備應急切換，保持業(yè)務(wù)連續運行。

　　此外，UCloud提供的跨域內網(wǎng)高速連接（UDPN），可以為相對地理位置較遠的兩個(gè)地域（如北京和廣東）的公有云之間提供高速而穩定的內網(wǎng)連接。使用UDPN后，北京到廣州的內網(wǎng)延遲可以穩定在30ms左右，而UDPN的成本比用戶(hù)自建北京-廣州的專(zhuān)線(xiàn)成本低很多，這為部署“兩地三中心”中的異地災備中心，創(chuàng )造了基礎設施層面的條件。

　　同時(shí)，UDB數據庫產(chǎn)品支持跨可用區的數據實(shí)時(shí)同步能力，通過(guò)將主庫和從庫分別部署在不同的可用區內，支持業(yè)務(wù)節點(diǎn)和數據節點(diǎn)的熱備能力；還可用通過(guò)跨域的內網(wǎng)連接實(shí)現多地的數據節點(diǎn)冷備。相比原來(lái)的集群，具備的指數級的容災能力提升。

　　用戶(hù)可以在另一地域，創(chuàng )建一套輕量級的災備系統，并與主地域進(jìn)行內網(wǎng)打通，備地域的數據進(jìn)行跨地域的主從同步。當主地域發(fā)生故障時(shí)，備地域的系統可以按既定計劃拉起，并暫時(shí)提供服務(wù)。

　　隨著(zhù)可用區的發(fā)布上線(xiàn)，很多UCloud用戶(hù)開(kāi)始享受到可用區對其業(yè)務(wù)帶來(lái)的巨大紅利。中國手游集團有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)中手游）是一個(gè)UCloud典型的混合云重度用戶(hù)，其有大量的服務(wù)器資源，因歷史原因和系統設計，無(wú)法全部上云，為享受云計算技術(shù)的紅利，他們選擇UCloud的混合云方案，其自有的服務(wù)器接入UCloud北京的混合云接入點(diǎn)，同時(shí)在北京的B、C、D等多機房部署了公有云業(yè)務(wù)，兩者通過(guò)北京地區的內網(wǎng)環(huán)網(wǎng)打通。

　　出于其自身業(yè)務(wù)和管理的需要，中手游托管云采用分批分項目的方式，分別接入了北京B、C、D等地的托管接入點(diǎn)，公有云資源也平均分布于北京B、C、D等處。這就造成北京B機房的托管云和北京C機房的公有云、北京D機房的托管云和北京B機房的公有云通信等需求。為應對這類(lèi)通信需要，中手游使用了UCloud為其搭建的轉發(fā)集群，但是轉發(fā)集群存在一定的運維成本，而且流量有突發(fā)等情況，原有集群面臨轉發(fā)能力限制和擴容需求。且隨其項目的增多，集群管理的復雜度也相應上升。UCloud可用區的推出，很好地幫助中手游解決了該痛點(diǎn)。

　　伴隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )架構的升級，混合云和跨可用區的公有云直接可以通過(guò)內網(wǎng)高速互通，吞吐率和穩定性直接通過(guò)UCloud基礎架構進(jìn)行保障，其性能不再依賴(lài)轉發(fā)集群，也讓中手游的運維成本降低至零。

　　可用區整體上線(xiàn)也體現了UCloud強大的運營(yíng)系統和運營(yíng)能力。為支持可用區，UCloud現有的所有產(chǎn)品和基礎設施都需要進(jìn)行大幅度的重構。而UCloud現已為3萬(wàn)多家企業(yè)級用戶(hù)提供公有云服務(wù)，上面運行著(zhù)海量的服務(wù)和數據。如何在不影響用戶(hù)業(yè)務(wù)的情況下，進(jìn)行全系統級的復雜重構？這就要求整個(gè)底層的業(yè)務(wù)運營(yíng)系統設計，能滿(mǎn)足無(wú)縫、透明的要求。唯有如此，底層功能大大小小的每一次迭代，才不會(huì )影響用戶(hù)的數據安全和業(yè)務(wù)安全。

　　除運營(yíng)系統設計外，UCloud還擁有專(zhuān)業(yè)的運營(yíng)團隊和豐富的運營(yíng)經(jīng)驗。在功能實(shí)際上線(xiàn)前，預先設計了詳細周密的發(fā)布計劃，經(jīng)過(guò)了數次發(fā)布演練和壓力測試，此外還有監控分析系統，不斷實(shí)時(shí)監測實(shí)施狀況并反饋，并分析潛在風(fēng)險點(diǎn)。

　　而數萬(wàn)量級的用戶(hù)，根據業(yè)務(wù)特性、資源種類(lèi)、地域分布等，被細化拆分成上百組用戶(hù)組。這些群組按事先設計的計劃表，按序分批上線(xiàn)功能。上線(xiàn)前后，售前售后團隊保持全程跟蹤，保證用戶(hù)最快的適應和使用功能。

　　除保證功能升級對用戶(hù)業(yè)務(wù)無(wú)影響外，UCloud還通過(guò)合理的技術(shù)方案，努力讓原有的存量機房都具有產(chǎn)品持續升級的能力。確保不同階段建設的機房，盡管底層的物理實(shí)現存在差異，但都能在產(chǎn)品層面上向同一個(gè)方面不斷演進(jìn)，維護原有用戶(hù)的利益。

　　云計算是一個(gè)飛速發(fā)展的行業(yè)，新產(chǎn)品新特性不斷涌現，UCloud依靠強大的云平臺運營(yíng)能力，讓每位用戶(hù)安全、便利的享受云計算帶來(lái)的好處，跟上云時(shí)代的步伐。

　　可用區體現了云服務(wù)商的更高層次的基礎設施設計能力，是一個(gè)IaaS服務(wù)商發(fā)展到一定規模和階段后必然的選擇。UCloud通過(guò)完善復雜的系統設計和細粒度灰度控制，向用戶(hù)安全平滑地交付了可用區這一重大功能，為用戶(hù)基于云平臺搭建更靈活更可靠的業(yè)務(wù)系統提供了底層保障。