這跟交通網(wǎng)絡(luò)很相似，連接兩個城市的交通網(wǎng)絡(luò)具備的第一個功能就是汽車從一個城市到達另一個城市；第二個功能是控制到底走哪條線路最好。前者就是由公路組成的交通網(wǎng)絡(luò)，后者就是交通控制系統(tǒng)。

下面我們再來看看傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（比如一臺路由器）的邏輯分層結(jié)構(gòu)，如圖 9 所示。

圖 9 路由器的邏輯分層

傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備包含了完整的三層，由廠商統(tǒng)一捆綁銷售，第三方很難修改里面的軟硬件結(jié)構(gòu)，由此對用戶來說有以下幾個明顯的缺點：

• 容易被網(wǎng)絡(luò)設(shè)備廠商綁定。
• 不能快捷滿足業(yè)務(wù)的需求。
• 成本高。
• 無法實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)虛擬化。
• 數(shù)據(jù)傳送的路徑很難保證全局最優(yōu)。

如今，SDN 是網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)當(dāng)中最熱門的技術(shù)。SDN 技術(shù)通過分離網(wǎng)絡(luò)控制部分和封包傳送部分來避免傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的缺點，處于數(shù)據(jù)通路上的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備蛻化為準(zhǔn)硬件設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)中的所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)控制部分獨立出來由一臺服務(wù)器單獨承擔(dān)，示意圖如圖 10 所示。

把網(wǎng)絡(luò)控制部分從各個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中獨立出來，統(tǒng)一由 SDN 網(wǎng)絡(luò)控制器承擔(dān)，這樣做的最大好處是數(shù)據(jù)傳送的路徑是全局最優(yōu)的。

SDN 網(wǎng)絡(luò)控制器類似于 GPS 導(dǎo)航衛(wèi)星，它存儲了全局的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，俯視著整張網(wǎng)絡(luò)，精確導(dǎo)航著每個數(shù)據(jù)包的流向。當(dāng)某臺網(wǎng)絡(luò)設(shè)備收到一個數(shù)據(jù)包時，就會詢問網(wǎng)絡(luò)控制器：“這個包要往哪個口送出去？”SDN 網(wǎng)絡(luò)控制器可能回答：“從 2 端口送出去?！?/p>

為了加快轉(zhuǎn)發(fā)速度，SDN 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備會存儲答案，即屬于同一個會話的數(shù)據(jù)包直接從之前的出口送走，類似于現(xiàn)實生活中完成同一個運輸任務(wù)的車隊，在每個交叉路口，GPS 衛(wèi)星只導(dǎo)航第一輛車，后面的車跟著行駛即可。SDN 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)控制器之間采用 Openflow 協(xié)議進行通信。

圖 10 SDN 原理圖

云端一般采用 Open vSwitch 交換機，它是一款開源的網(wǎng)絡(luò)虛擬化產(chǎn)品，是二層交換機，性能可以與硬件交換機媲美。利用它可以在虛擬機的下面構(gòu)筑虛擬網(wǎng)絡(luò)層，通過實時修改 Open vSwitch 的配置，可以組建變化靈活的局域網(wǎng)，使得一臺虛擬機能快速地從一個局域網(wǎng)遷移到另一個局域網(wǎng)中，這是物理交換機所無法實現(xiàn)的，如圖 11 所示。

圖 11 遷移

不同物理機上的兩臺虛擬機之間的網(wǎng)絡(luò)通路如圖 12 所示。

圖 12 不同物理機上的兩臺虛擬機之間的網(wǎng)絡(luò)通路

VDI（遠(yuǎn)程桌面）是什么？

使用過 Windows 操作系統(tǒng)的用戶都知道，計算機啟動完畢后看到的那個屏幕叫桌面，上面有很多小圖標(biāo)，包括此電腦、回收站，以及很多由用戶自己創(chuàng)建的應(yīng)用程序快捷方式。圖 1 所示是我的 Windows 10 桌面。

圖 1 Windows 10桌面

圖 2 所示是安裝了 Linux 操作系統(tǒng)的桌面。

圖 2 Linux 桌面

不同的用戶登錄計算機后看到的桌面是不一樣的，每個用戶都可以定制自己的桌面，而不會影響到同一臺計算機上的其他人的桌面。

如果把桌面放在云端，就成了遠(yuǎn)程桌面，租戶輸入賬號和密碼就可以登錄到云端的桌面，此后使用云端桌面與本地桌面一樣，沒有區(qū)別。有人喜歡把遠(yuǎn)程桌面稱為虛擬桌面接口（VDI），這樣學(xué)術(shù)性更濃厚一些。

使用云端桌面能實現(xiàn)移動辦公，請看下面的情景描述：

李昭在一家公司做售后，主要工作是解決客戶的問題，其活動范圍包括家、公司、客戶處。他經(jīng)常出差，具體工作包括寫文檔、修改軟件 Bug、管理問題庫工具。李昭家里有臺式機，公司有辦公計算機，出差時攜帶筆記本電腦，公司還給他在私有云上創(chuàng)建了一個虛擬機。

李昭在虛擬機里安裝了 Windows 8 操作系統(tǒng)，然后又安裝了 Office 2013 辦公軟件、QQ、PDF 閱讀器、暴風(fēng)影音、Visual Studio 2012 開發(fā)工具、Photoshop CS5、Chrome 網(wǎng)頁瀏覽器、問題管理工具等軟件，最后開啟了虛擬機的遠(yuǎn)程桌面。

這樣，李昭就能在家里、公司和客戶處登錄到云端桌面了。云端桌面成了李昭唯一的辦公桌面，如圖 3 所示。他寫的文檔、修改的軟件、設(shè)計的圖片、下載的電影和歌曲等都在這里，不管李昭走到哪里，都可以隨時隨地訪問其數(shù)據(jù)資料。

圖 3 云端桌面

遠(yuǎn)程桌面協(xié)議是實現(xiàn)遠(yuǎn)程桌面應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)之一，協(xié)議規(guī)定終端與云端桌面如何通信。

目前的遠(yuǎn)程桌面協(xié)議有微軟的 RDP10、EMC 公司的 EOP/PCoIP、思杰公司的 ICA/HDX、紅帽公司的 SPICE，以及 Ericom 公司的遠(yuǎn)程桌面產(chǎn)品。

微軟的 RDP10 客戶端軟件目前能運行在安裝了 Windows10、Windows Server 2012 的計算機上，或者固化了相應(yīng)操作系統(tǒng)內(nèi)核（Windows Embedded Standard 10、Windows 10 IoT）的嵌入式終端上，同時發(fā)布了針對安卓和蘋果操作系統(tǒng)的客戶端軟件。

而云端桌面的操作系統(tǒng)只能安裝 Windows 8、Windows Server 2012 和 Windows Server 2016，比如圖 3 就是在安裝了 Windows 7 操作系統(tǒng)的計算機上登錄到云端的 Windows 8 桌面所看到的開始菜單。

開源項目 FreeRDP 支持 RDP 協(xié)議，能在很多操作系統(tǒng)上運行，但是目前不支持 RDP 8.0。微軟的 RDP 8.0 協(xié)議規(guī)范公開在官方網(wǎng)站上，預(yù)計不久后，F(xiàn)reeRDP 就會支持 RDP 8.0 了。而其他幾個公司同時發(fā)布了能運行在 Windows、Linux、Adnriod 和 Mac OS 系統(tǒng)上的多個版本。

以下是實現(xiàn)遠(yuǎn)程桌面的 3 種方法：

1）基于 IaaS 云服務(wù)的虛擬機或裸機，租戶租用云服務(wù)提供商的虛擬機或裸機，然后自己安裝操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件并開啟遠(yuǎn)程桌面，我們稱這種遠(yuǎn)程桌面為 IaaS 云桌面。

2）IaaS 云服務(wù)的應(yīng)用軟件容器，租戶共享底層的操作系統(tǒng)內(nèi)核，單獨安裝應(yīng)用軟件和一些基礎(chǔ)運行庫，我們稱這種遠(yuǎn)程桌面為 IaaS 容器桌面。比如 OpenVZ 和 Virtuozzo Containers 實現(xiàn) Linux 的容器桌面，Windows Server Container、Hyper-V Container 和 Virtuozzo Containers 實現(xiàn) Windows 的容器桌面。

3）基于半平臺 PaaS 云服務(wù)，并為每個租戶創(chuàng)建一個系統(tǒng)賬戶，其實就是利用了現(xiàn)代操作系統(tǒng)的多用戶特點，即同時讓許多人登錄并使用計算機，我們稱這種遠(yuǎn)程桌面為 PaaS 云桌面。

PaaS 云桌面在私有云中應(yīng)用比較普遍，尤其是私有辦公云。因為搭建 PaaS 云桌面具備很好的伸縮性，所以小的云端用一臺計算機即可。一臺配置高的臺式機（4 核 3.0GB CPU、16GB 內(nèi)存、1T 硬盤）就可以供 20 個左右的員工日常辦公，以后隨著公司的發(fā)展，員工不斷增多，可以不斷地增加云端計算機來構(gòu)建更大的云端。

目前微軟的終端服務(wù)技術(shù)就是典型的 PaaS 云桌面的解決方案，要求每個用戶購買許可證，在正規(guī)的商業(yè)環(huán)境下建議購買正規(guī)許可證。

由于 IaaS 云桌面是每個租戶單獨使用一臺云主機（虛擬機或裸機），所以租戶間的隔離效果最好，IaaS 容器桌面的隔離效果次之，PaaS 云桌面的隔離效果最差。這里的“隔離”，是指一個租戶的操作行為和私有數(shù)據(jù)資料對另一個租戶的可見度。比如兩個租戶登錄到同一臺計算機的 PaaS 云桌面，那么他們之間是互相可見的：可以看到對方的進程、對方的數(shù)據(jù)文件，一方關(guān)機另一方就會被強行退出，具體內(nèi)容可參閱后面教程。

在規(guī)劃具體的云端方案時，要綜合考慮到底采用什么類型的桌面，這里提供一些經(jīng)驗如下：

1. 同一個部門的人采用 PaaS 云桌面。
2. 中小企業(yè)采用 PaaS 云桌面。
3. 重要崗位（如財務(wù)、人事、銷售）采用 IaaS 云桌面。
4. 同一個研發(fā)團隊采用 IaaS 容器桌面。
5. 公共云采用非 PaaS 云桌面。
6. 領(lǐng)導(dǎo)和核心保密部門應(yīng)采用裸機桌面。

負(fù)載均衡（Load Balance）簡介

眾多的租戶通過計算機網(wǎng)絡(luò)接入云端的計算機并使用里面的計算資源，這里有三點需要注意：

• 租戶很多。
• 云端有很多計算機。
• 進入云端的寬帶專線條數(shù)有限（一般為 1～3 條光纖），如圖 1 所示。

圖 1 接入云端

負(fù)載就是任務(wù)，即租戶要在云端完成的任務(wù)。把眾多租戶要完成的任務(wù)如何合理地分配給云端的各個服務(wù)器并能快速處理完，就是負(fù)載均衡技術(shù)所要解決的問題。

理想的使用情景描述如下：

早上 8：30 前，微算公司云端只有 1 號服務(wù)器在開啟狀態(tài)，其他眾多的服務(wù)器都處于睡眠狀態(tài)。處于睡眠狀態(tài)的服務(wù)器耗電極少，喚醒一臺服務(wù)器的時間大概是 1 分鐘。然后員工陸續(xù)到崗，最先來的 20 名員工登錄到云端的 1 號服務(wù)器上的遠(yuǎn)程桌面，1 號服務(wù)器還可以接入 5 臺終端，此時 1 號服務(wù)器喚醒 2 號服務(wù)器，接下來的 5 人仍然接入 1 號服務(wù)器，后面來的 30 人接入 2 號服務(wù)器。2 號服務(wù)器配置高一些，所以能接入 30 臺終端，2 號服務(wù)器在適當(dāng)?shù)臅r候喚醒 3 號服務(wù)器，此后其他服務(wù)器的行為與 2 號服務(wù)器相同。

下午 18：00，員工陸續(xù)下班。下班時員工有兩種做法：一是從云端注銷出來，二是不注銷而直接關(guān)閉終端。沒有注銷的遠(yuǎn)程桌面保留全部的工作任務(wù)狀態(tài)，比如正在編輯的 PPT、打開的 QQ、還在播放的《少年派》等繼續(xù)保持，第二天員工再登錄時看到的桌面還是昨天下班前的狀態(tài)，他可以繼續(xù)編輯未完成的 PPT、瀏覽別人發(fā)過來的大量 QQ 消息，不過昨天還沒看完的《少年派》快播放完了。由于云端檢測到終端 30 分鐘內(nèi)沒有輸入，于是把其桌面轉(zhuǎn)為睡眠，視頻播放暫?！，F(xiàn)在該員工需要倒回 30 分鐘并繼續(xù)觀看。

云端沒有活躍桌面的服務(wù)器在延時 10 分鐘后主動睡眠。下午 19：00，還有員工在加班，云端還有 11 臺服務(wù)器在工作，但是每臺服務(wù)器只接了 1～5 個不等的活躍桌面。此時云端啟動了活躍桌面合并程序，采用熱遷移技術(shù)，把 32 個活躍桌面合并到 1 號和 2 號服務(wù)器上，其他服務(wù)器轉(zhuǎn)為睡眠狀態(tài)。云端服務(wù)器的喚醒、睡眠和活躍桌面合并都是自動完成的。

上面的情景中有一個關(guān)鍵的技術(shù)：租戶登錄時把其桌面分配到一臺合適的服務(wù)器上，這就是負(fù)載均衡技術(shù)要解決的問題。對“合適”二字理解不同，實現(xiàn)負(fù)載均衡的策略也不同，但前提是保證不會降低租戶的體驗。下面是常用的負(fù)載均衡策略：

1）讓喚醒的每臺服務(wù)器承擔(dān)盡可能多的活躍桌面。

2）使每臺服務(wù)器消耗的計算資源的占比盡可能相等。如果全部服務(wù)器配置相同，那么本策略就是把活躍桌面盡可能地平均分配給所有的服務(wù)器。

3）應(yīng)用軟件相同的租戶桌面盡可能地分配到相同的服務(wù)器上。同一部門的租戶使用的軟件差不多，所以相同部門的租戶桌面盡可能地分配在相同的服務(wù)器上。例如，售后服務(wù)部的員工一般都使用客服軟件、辦公軟件、郵件、問題庫工具等，所以把售后服務(wù)部的員工的桌面放在同一臺計算機上且作為半平臺 PaaS 云桌面，從而節(jié)約很多內(nèi)存。

4）同一個租戶每次登錄時，其桌面盡可能地分配到同一臺服務(wù)器上。這樣可以盡量減少桌面漫游次數(shù)，從而降低網(wǎng)絡(luò)帶寬的開銷。

負(fù)載均衡任務(wù)由負(fù)載均衡器完成，目前既有純軟件的負(fù)載均衡器產(chǎn)品，如 LVS，也有廠家推出的硬件負(fù)載均衡器，如 F5、深信服、梭子魚、Radware 等，F(xiàn)5 負(fù)載均衡器的價格都在 10 萬元以上。

LVS 是開源軟件，已經(jīng)集成到了 Linux 內(nèi)核，其性能優(yōu)越，結(jié)合一臺通用的物理計算機，完全可以搭建一臺能與 F5 媲美的負(fù)載均衡器。直接采用 DNS 輪詢或者 iptables 也可以實現(xiàn)簡單的負(fù)載均衡任務(wù)。

服務(wù)器集群（cluster）簡介

負(fù)載均衡技術(shù)用于解決如何把許多互不相關(guān)的小型任務(wù)或中型任務(wù)合理地分配到不同的服務(wù)器上的問題。互不相關(guān)的小型任務(wù)或中型任務(wù)是指任務(wù)之間沒有關(guān)聯(lián)性，而且只用一臺服務(wù)器就可以完成的任務(wù)。絕大多數(shù)個人租戶的任務(wù)都屬于這類任務(wù)。

對于大型任務(wù)，由于一臺服務(wù)器無法按時完成，所以就要把大型任務(wù)拆分成許多中小型任務(wù)，然后再分配給多臺服務(wù)器，由它們協(xié)同完成，這就是計算機集群技術(shù)所要解決的問題。

對租戶來說，由很多臺服務(wù)器組成的集群系統(tǒng)就像一臺超級計算機，不管運行多么復(fù)雜、大型的任務(wù)，馬上就能得到結(jié)果，如圖 1 所示。而具備同樣計算能力的超級計算機價格卻異常昂貴，所以當(dāng) PC 服務(wù)器價格大幅度下降之后，人們熱衷于采用廉價的集群系統(tǒng)來完成各種高性能的計算任務(wù)。

比較明顯的例子就是，谷歌公司用幾萬臺服務(wù)器組建搜索集群系統(tǒng)，而且服務(wù)器都是他們自己組裝的。注意：本節(jié)講述的集群是高性能計算集群，目的是完成大型的任務(wù)，下一節(jié)講述的容錯計算追求更好地完成任務(wù)。

圖 1 集群構(gòu)成的“超級計算機”

顯然，集群涉及兩大技術(shù)：一是任務(wù)的拆分，二是任務(wù)的調(diào)度。

1. 任務(wù)的拆分

任務(wù)的拆分遵循的原則之一是盡量降低子任務(wù)之間的關(guān)聯(lián)性，從而提高處理任務(wù)的并行度。最常見的關(guān)聯(lián)性是任務(wù)處理的時間先后關(guān)系，比如子任務(wù) A 一定要在子任務(wù) B 完成之后才能開始處理，即 B 任務(wù)的輸出作為 A 任務(wù)的輸入。存在一類子任務(wù)無關(guān)聯(lián)的大型任務(wù)，拆分這樣的任務(wù)就很容易。

比如在全球上億的網(wǎng)頁中搜索關(guān)鍵詞“云計算”，這個任務(wù)的拆分方法之一是按國家劃分：A 子任務(wù)搜索中國的網(wǎng)站，B 子任務(wù)搜索美國的網(wǎng)站，C 子任務(wù)搜索英國的網(wǎng)站等，這些子任務(wù)之間沒有關(guān)聯(lián)性，可以并行處理，最終把全部子任務(wù)的搜索結(jié)果合并起來即可。

再比如中國的天氣預(yù)報，可以按省份拆分。這類大型任務(wù)的拆分示意圖如圖 2 中的左圖所示。

另外一類大型任務(wù)很難拆分成互不相關(guān)的子任務(wù)，如核爆模擬、戰(zhàn)爭推演模擬等，拆分出來的子任務(wù)之間一定存在關(guān)聯(lián)性，即一些子任務(wù)之間開始或者結(jié)束的時間與其他一些子任務(wù)的起止時間存在前后關(guān)系，如圖 2 中的右圖所示。

圖 2 拆分任務(wù)

2. 任務(wù)的調(diào)度

任務(wù)的調(diào)度即如何把拆分出來的子任務(wù)合理地調(diào)度給云端服務(wù)器并讓它們協(xié)同完成，這里的“合理”性與租戶的要求密切相關(guān)?？梢赃@樣定義：最能滿足租戶要求的調(diào)度方法就是合理的。

租戶的要求各種各樣，有的希望任務(wù)完成得越快越好，有的要求在將來某個時間前完成任務(wù)即可，有的希望結(jié)果越精確越好，有的希望計算費用越少越好……根據(jù)租戶的不同要求，人們提出了相應(yīng)的任務(wù)調(diào)度方法。比如在滿足租戶預(yù)期目標(biāo)的前提下，把任務(wù)分配給盡量少的計算機，從而滿足“應(yīng)用最少的計算機按時、按質(zhì)完成任務(wù)”的要求，因為參與的計算機越少，通信的成本就越低。

例如，有一個 100 人日的任務(wù)，甲方要求在 10 天內(nèi)完成。為了在規(guī)定的時間內(nèi)完成任務(wù)，乙方更愿意安排 10 個人做 10 天，而不是安排 105 個人做1天。由于要管理 100 人，所以后者需要增加 5 個管理人員。

集群是一個復(fù)雜的工程，它涉及很多分布式方面的基礎(chǔ)算法，如選舉算法、一致算法、波算法、快照、故障檢測等，感興趣的讀者可以參閱 Gerard Tel 著的《分布式算法導(dǎo)論》。Hadoop 就是一個集群系統(tǒng)，它負(fù)責(zé)分布式系統(tǒng)的基礎(chǔ)算法，從而在 Hadoop 上編寫分布式程序就簡單多了，詳細(xì)的介紹請參見教程后續(xù)章節(jié)。另外，OpenHPC 是一個基于 Linux 的開源集群項目。

容錯計算是什么？

容錯計算，也有人稱為高可用性計算和高可靠性計算，就是在系統(tǒng)存在故障的情況下，仍能正確地執(zhí)行給定的算法。為了實現(xiàn)這一點，必須使系統(tǒng)具有故障檢測與診斷、功能切換與系統(tǒng)重組（reconfiguration）、系統(tǒng)恢復(fù)與重新運行、系統(tǒng)的重構(gòu)（reintegration）與可擴展等功能，而且這些功能不能影響系統(tǒng)的正常運行或至少不能使系統(tǒng)的性能下降到不能容忍的程度。

容錯計算的重點是保證任務(wù)在被處理的過程中不會異常終止，以及任務(wù)完成后輸出結(jié)果的正確性。

可靠性是指在規(guī)定的使用條件下和規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力，通常用多少個“9”來衡量。比如人們所講的達到 4 個“9”的可靠性，就是說任務(wù)順利完成的概率為 99.99%；同理，5 個“9”的可靠性就是 99.999%。

嚴(yán)格來講，容錯計算也屬于集群的范疇，只不過參與集群的計算機處理同樣的任務(wù)——并行或者接力。容錯計算需要投入更多的計算資源，所以造價較高。對于一些非關(guān)鍵的任務(wù)，人們出于成本的考慮，一般較少采用容錯集群系統(tǒng)。

接力容錯

接力容錯又叫串行容錯，由若干臺計算機參與同一個任務(wù)的計算，但是同一時刻只由一臺計算機處理任務(wù)，只有當(dāng)這臺計算機出現(xiàn)故障時，才由下一臺計算機接力處理；類似，如果此臺計算機又出現(xiàn)故障，那么繼續(xù)由其他計算機接力；只有當(dāng)全部計算機都出現(xiàn)故障時，任務(wù)處理才會被中斷，示意圖如圖 1 所示。

其實我們可以及時維修故障計算機并讓其再次加入容錯集群參與下一次的接力活動，這樣就能最大限度地保證任務(wù)順利完成。只有在全部計算機同時出故障（或者幾乎同時出故障以至于人們還來不及維修）的情況下，租戶的任務(wù)才會被中斷，如供電異常（斷電、電壓過高或過低等）、雷擊都可能導(dǎo)致參與容錯集群的計算機同時出故所以云端的建設(shè)，供電和防雷是重中之重。

在條件允許的情況下，應(yīng)采用多路市電接入，每路市電分屬于供電部門不同的變壓器，甚至是不同的電網(wǎng)，機房配備不間斷電源和發(fā)電設(shè)備，這樣就形成了三級供電保障：市電、不間斷電源、發(fā)電設(shè)備。

圖 1 接力容錯示意圖

傳統(tǒng)的民用接力容錯集群多采用經(jīng)典的“雙機—雙工”結(jié)構(gòu)：兩臺服務(wù)器帶一臺磁盤陣列，如圖 2 所示。

圖 2 “雙機—雙工”接力容錯

兩臺服務(wù)器都與磁盤陣列相連，同時通過心跳線互聯(lián)，用來完成任務(wù)的軟件和軟件處理的數(shù)據(jù)放在磁盤陣列上，這樣每臺服務(wù)器都能訪問這個軟件，同時雙方通過心跳信號感知對方的狀態(tài)。

平時主服務(wù)器運行軟件以處理任務(wù)，備服務(wù)器空轉(zhuǎn)，一旦主服務(wù)器出現(xiàn)故障，其就不再向備服務(wù)器發(fā)送心跳信號，備服務(wù)器收不到主服務(wù)器發(fā)來的心跳信號就知道其出現(xiàn)了故障，此時備服務(wù)器會運行軟件，從而繼續(xù)處理任務(wù)。

然后機房管理人員對故障服務(wù)器進行維修，而租戶并不知道負(fù)責(zé)任務(wù)處理的服務(wù)器發(fā)生了切換。這種雙擊容錯集群系統(tǒng)被企業(yè)大量應(yīng)用于數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、郵件系統(tǒng)及一些諸如 ERP 等重要的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，以保證關(guān)鍵應(yīng)用的高可靠性。

另外，也有采用“雙活”主機的方案——兩臺服務(wù)器平時都承擔(dān)負(fù)載，當(dāng)一臺服務(wù)器發(fā)生故障時，負(fù)載才由另外一臺服務(wù)器全部承擔(dān)，應(yīng)用不會重點，但是相應(yīng)時間可能會延長。

也許有人會問：磁盤陣列壞了怎么辦？

在圖 2 中，磁盤陣列成了單點故障，為此有人采用存儲局域網(wǎng)替換磁盤陣列，并在存儲局域網(wǎng)中進行存儲容錯處理，這種方法成本很高。在以太網(wǎng)網(wǎng)速達到萬兆甚至十萬兆的今天，去掉磁盤陣列而對服務(wù)器上的硬盤直接做實時同步變得可行，可參考王良明的論文《存儲寄存算法及其應(yīng)用》。

主/備服務(wù)器的硬盤數(shù)據(jù)相互寄存的示意圖如圖 3 所示。

圖 3 存儲寄存示意圖

并行容錯

并行容錯是指，參與容錯的計算機同時處理相同的任務(wù)，輸出相同的結(jié)果?？梢栽诜?wù)器內(nèi)部的部件層次做并行，也可以在服務(wù)器層次做并行，前者主要由服務(wù)器生產(chǎn)廠商設(shè)計和完成。

現(xiàn)在的絕大多數(shù)服務(wù)器都或多或少地存在一些并行部件，如雙電源供電、多網(wǎng)卡捆綁、RAID 1 支持等。至于在服務(wù)器層次做并行，普通民用領(lǐng)域很少采用，多見于航空、軍事領(lǐng)域。并行容錯的示意圖如圖 4 所示。

在 3 臺計算機參與的并行容錯集群系統(tǒng)中，不但可以容錯，而且還可以糾錯。比如在由 5 臺計算機組成的并行容錯集群系統(tǒng)中，有 4 臺輸出 A、1 臺輸出 B，那么根據(jù)少數(shù)服從多數(shù)的原則，最終的結(jié)果就是 A。

圖 4 并行容錯示意圖

例如，由 5 臺計算機組成并行容錯集群系統(tǒng)，它們接受相同的輸入信息并運行相同的決策軟件。在運行的過程中，有 1 臺計算機出現(xiàn)故障（如圖 5 所示，中間那臺計算機出現(xiàn)故障），最終有 4 臺計算機輸出結(jié)果，其中 1 臺計算機給出“不按”下原子彈起爆開關(guān)的命令，其他 3 臺輸出“按”下起爆開關(guān)的命令，協(xié)商的結(jié)果是給機械手發(fā)出“按”下命令。

圖 5 并行容錯

家目錄（主目錄）漫游技術(shù)簡介

用戶登錄計算機后，首先進入的那個目錄就是其家目錄（也稱為“主目錄”）。例如，在 Windows 操作系統(tǒng)上，zsan 這個用戶的家目錄是 C：\Users\zsan。在 Linux 操作系統(tǒng)上，其家目錄是 /home/zsan。

家目錄下還有更多的子目錄，如“電腦桌面”子目錄、“我的文檔”子目錄、“下載”子目錄、“我的音樂”子目錄、“我的視頻”子目錄、“我的圖片”子目錄等。除非特別指定，否則用戶的資料都保存在其家目錄（或者家目錄中的子目錄）下。

租戶每次登錄云端，都可能被分配到不同的服務(wù)器上，比如某租戶第一次被分配到三號服務(wù)器，并編輯了一份個人簡歷，過了幾天，他再次登錄云端時被分配到七號服務(wù)器，此時他的個人簡歷不見了，因為簡歷保存在三號服務(wù)器上。

為了解決以上這個問題，就引入了租戶家目錄漫游技術(shù)，即磁盤文件作為軟件的輸入/輸出設(shè)備之一，與計算設(shè)備通過計算機網(wǎng)絡(luò)分隔，這樣計算設(shè)備與輸入/輸出設(shè)備就完全分離了，示意圖如圖 1 所示。

圖 1 家目錄漫游

所有租戶的家目錄全部存放在網(wǎng)絡(luò)中的存儲設(shè)備里，在租戶登錄時自動觸發(fā)一個動作：把此租戶的家目錄掛載到本服務(wù)器上來。租戶退出登錄時觸發(fā)另一個動作：卸載家目錄。這樣不管租戶登錄到哪臺服務(wù)器，他都能正確訪問自己的家目錄。存儲設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)上，因此也可以把它當(dāng)作云端，只不過這個云端的功能是提供存儲服務(wù)，顯然是屬于 IaaS 云。

在網(wǎng)速足夠快的情況下，建議由政府組建一個公共存儲云，每個公民免費分配 1TB 的存儲空間，存放個人的全部身份信息、檔案材料和私有資料。計算服務(wù)云（IaaS、PaaS、SaaS）由企業(yè)或者行業(yè)主導(dǎo)，他們互相競爭，為租戶提供各種各樣的計算服務(wù)，而租戶通過移動或者固定終端隨時接入這些云端并獲取相應(yīng)的計算服務(wù)。這是一個龐大的系統(tǒng)，需要全社會參與，如圖 2 所示。

圖 2 公共存儲云

云計算租戶隔離：給小白的科普文

租戶隔離不是指隔離租戶這些現(xiàn)實中的人，而是特指租戶登錄云端后，其操作行為和數(shù)據(jù)對于其他已登錄云端的租戶來說是不可見的。換句話說就是，每個租戶都感覺不到他人的存在，似乎就是自己一個人在操作計算機。

租戶隔離存在以下兩個方面的隔離：

• 租戶行為隔離。
• 租戶數(shù)據(jù)隔離，數(shù)據(jù)隔離比行為隔離更重要。

租戶行為隔離

租戶行為隔離是指一個租戶操作計算機的行為，其他租戶感知不到。

租戶操作計算機的行為是通過消耗的計算資源（內(nèi)存、硬盤、CPU 和網(wǎng)絡(luò)）體現(xiàn)出來的，換句話說，一個租戶消耗計算資源的變動不會引起其他租戶計算資源的可感知變動，感知不到的變動除外。

例如，租戶甲內(nèi)存配額是 4GB，但是他最多也就使用了 2GB，另外 2GB 空閑。此時如果租戶乙運行一個大型軟件，消耗了很多內(nèi)存，使得租戶甲只剩下 1GB 的空閑內(nèi)存，但是租戶甲感知不到，因為他的軟件運行照樣流暢、響應(yīng)速度照樣快、網(wǎng)速不卡，一切如故。

現(xiàn)代很多虛擬機廠商傾向于采用如下的行為隔離原則：按實際使用量分配資源，但不超過租用上限。這里的“上限”是指租戶租用的資源額度。

比如租戶甲租用的內(nèi)存額度是 2GB、硬盤額度是 20GB。如果他實際要消耗 1.5GB 的內(nèi)存，就分配 1.5GB 給他，但是他最多只能用 2GB 的內(nèi)存。這樣，同樣的一臺服務(wù)器就能服務(wù)更多的租戶。比如一臺服務(wù)器擁有 64GB的物理內(nèi)存，假設(shè)每個租戶租賃 2GB，那么這臺服務(wù)器很可能允許 45 個用戶同時登錄。

SaaS、PaaS 和 IaaS 模式都需要實施租戶行為隔離。

租戶數(shù)據(jù)隔離

在《云計算SaaS服務(wù)模式精講》教程中，我們提到租戶數(shù)據(jù)包括配置數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。配置數(shù)據(jù)指租戶選擇的語言、設(shè)置的時區(qū)、桌面背景圖片、屏幕分辨率、創(chuàng)建的快捷方式及各種軟件的界面設(shè)置等，而業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)就是日常操作計算機生成的數(shù)據(jù)，如個人簡歷、售前 PPT、郵件、音樂、視頻、財務(wù)數(shù)據(jù)、庫存記錄、客戶資料等。

租戶數(shù)據(jù)一般保存在家目錄或者數(shù)據(jù)庫中，而家目錄和數(shù)據(jù)庫被保存在云端的磁盤中。

PaaS 型租戶的數(shù)據(jù)隔離一般采用容器的形式或者操作系統(tǒng)的訪問控制列表（ACL），主要在操作系統(tǒng)層設(shè)置。而 SaaS 型租戶的數(shù)據(jù)隔離主要在應(yīng)用軟件層及以上展開，租戶身份鑒別和權(quán)限控制策略由應(yīng)用軟件開發(fā)者負(fù)責(zé)。

比如一個 SaaS 型的 ERP 系統(tǒng)，賬號、密碼及權(quán)限都被登記在數(shù)據(jù)庫中的一個表中，當(dāng)租戶登錄 ERP 系統(tǒng)時，輸入賬號和密碼并單擊“登錄”按鈕后，軟件要去查詢數(shù)據(jù)庫確認(rèn)賬號是否存在；如果存在，再核對密碼是否正確；如果密碼正確，再根據(jù)權(quán)限顯示相應(yīng)的模塊菜單項?？傊鈶舻馁~戶信息一定是租戶數(shù)據(jù)記錄的主索引的組成部分，這是實現(xiàn)數(shù)據(jù)隔離的必要條件。

SaaS 型租戶數(shù)據(jù)一般全部保存在數(shù)據(jù)庫中，對于同一個數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的租戶數(shù)據(jù)隔離有以下 3 種方法可選：

自我介紹一下，小編13年上海交大畢業(yè)，曾經(jīng)在小公司待過，也去過華為、OPPO等大廠，18年進入阿里一直到現(xiàn)在。

深知大多數(shù)大數(shù)據(jù)工程師，想要提升技能，往往是自己摸索成長或者是報班學(xué)習(xí)，但對于培訓(xùn)機構(gòu)動則幾千的學(xué)費，著實壓力不小。自己不成體系的自學(xué)效果低效又漫長，而且極易碰到天花板技術(shù)停滯不前！

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