《企業(yè)私有云建設(shè)指南》一1.3.2　PaaS架構(gòu)

1.3.2　PaaS架構(gòu)

近幾年，伴隨著國(guó)家“互聯(lián)網(wǎng)+”戰(zhàn)略，各個(gè)行業(yè)已經(jīng)實(shí)施或正在實(shí)施自己的數(shù)字化轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略，平臺(tái)服務(wù)已經(jīng)成為實(shí)踐云計(jì)算的重點(diǎn)之一，它將應(yīng)用運(yùn)行所需的IT資源和基礎(chǔ)設(shè)施以服務(wù)的方式提供給用戶，包括中間件服務(wù)、數(shù)據(jù)服務(wù)、連通性服務(wù)、整合服務(wù)和消息服務(wù)等多種服務(wù)形式。為了實(shí)現(xiàn)平臺(tái)服務(wù)，業(yè)界提出了“平臺(tái)即服務(wù)”（PaaS）的交付模式。PaaS模式基于互聯(lián)網(wǎng)提供對(duì)應(yīng)用完整生命周期（包括設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、測(cè)試和部署等階段）的支持，減少了用戶在購(gòu)置和管理應(yīng)用生命周期內(nèi)所必需的軟硬件以及部署應(yīng)用和IT基礎(chǔ)設(shè)施的成本，同時(shí)簡(jiǎn)化了以上工作的復(fù)雜度。為了確保高效交付具備較強(qiáng)靈活性的平臺(tái)服務(wù)，在PaaS模式中，平臺(tái)服務(wù)通常基于自動(dòng)化技術(shù)以虛擬化的形式交付，在運(yùn)行時(shí)，自動(dòng)化、自優(yōu)化等技術(shù)也將被廣泛應(yīng)用，以確保實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地滿足應(yīng)用生命周期內(nèi)的各種功能和非功能需求。

具體來(lái)說(shuō)，搭建傳統(tǒng)IT基礎(chǔ)平臺(tái)是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程，通常由申請(qǐng)、審計(jì)、硬件購(gòu)買與運(yùn)輸、硬件安裝與配置、軟件安裝與配置等步驟組成。在這個(gè)過(guò)程中繁復(fù)的手工配置工作費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且容易發(fā)生人為配置錯(cuò)誤。同時(shí)，平臺(tái)環(huán)境的升級(jí)維護(hù)也面臨人為配置錯(cuò)誤頻繁產(chǎn)生問(wèn)題，造成不必要的影響和損失。基于這些原因，對(duì)于搭建完成的應(yīng)用運(yùn)行平臺(tái)，即使在一定時(shí)期內(nèi)不再需要，也不會(huì)被及時(shí)釋放和回收，以供新項(xiàng)目使用。這是造成空閑硬件資源的原因之一。此外，傳統(tǒng)基礎(chǔ)平臺(tái)提供的應(yīng)用運(yùn)行能力是靜態(tài)的。然而，在不同時(shí)間，應(yīng)用負(fù)載往往是不一樣的。為了確保高負(fù)載時(shí)應(yīng)用的正常運(yùn)行，應(yīng)用運(yùn)行平臺(tái)必須能夠提供最高運(yùn)行能力，這就造成了非高峰時(shí)的眾多空閑硬件資源。

云計(jì)算的產(chǎn)生（尤其是平臺(tái)服務(wù)的理念）從產(chǎn)生空閑硬件資源的根本原因入手，建立了快速搭建和部署應(yīng)用運(yùn)行環(huán)境與動(dòng)態(tài)調(diào)整應(yīng)用運(yùn)行時(shí)環(huán)境資源這兩個(gè)目標(biāo)。一方面，依據(jù)虛擬化與自動(dòng)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用運(yùn)行環(huán)境的即時(shí)部署以及快速回收，降低了環(huán)境搭建時(shí)間，避免了手工配置錯(cuò)誤，可快速重復(fù)搭建環(huán)境、及時(shí)回收資源，減少了低利用率硬件資源的空置。另一方面，根據(jù)應(yīng)用運(yùn)行時(shí)的需求對(duì)應(yīng)用環(huán)境進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用平臺(tái)的彈性擴(kuò)展和自優(yōu)化，減少了非高峰時(shí)硬件資源的空置。

在實(shí)際應(yīng)用中，PaaS模式的重要應(yīng)用場(chǎng)景之一是向用戶交付一個(gè)支撐應(yīng)用運(yùn)行的應(yīng)用運(yùn)行平臺(tái)（Applications Running Platform，ARP）。基于PaaS模式構(gòu)建ARP，需要滿足以下典型需求：

◆ ?? 提供定義應(yīng)用需求的接口：用戶可以方便地定義滿足應(yīng)用功能需求所需的組件，同時(shí)可以定義應(yīng)用的非功能性需求，如可用性、服務(wù)水平等。

◆ ?? 提供基于應(yīng)用需求快速構(gòu)建應(yīng)用運(yùn)行環(huán)境的能力：能將應(yīng)用需求映射為物理的IT資源和基礎(chǔ)設(shè)施的具體配置和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并進(jìn)行快速部署。

◆ ?? 提供運(yùn)行時(shí)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)滿足應(yīng)用需求的能力：將應(yīng)用需求映射為運(yùn)行策略，在運(yùn)行時(shí)，根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)際狀況，如負(fù)載狀況，動(dòng)態(tài)地對(duì)物理的IT資源和基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行調(diào)整，如調(diào)整負(fù)載分配或增減計(jì)算資源，使ARP具備足夠的彈性和靈活性，以實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地滿足應(yīng)用需求。

針對(duì)上述需求，基于PaaS模式構(gòu)建ARP的解決方案至少需要包括如下組件：

◆ ?? 需求與運(yùn)行策略庫(kù)：向用戶提供定義應(yīng)用需求的界面，保存應(yīng)用需求，并將應(yīng)用需求轉(zhuǎn)化為部署及運(yùn)行策略，提供給平臺(tái)交付組件和運(yùn)行時(shí)控制組件。

◆ ?? 軟件鏡像庫(kù)：提供ARP所需的基礎(chǔ)軟件。

◆ ?? ARP硬件資源池：基于Hypervisor，以虛擬化的方式提供ARP所需的硬件資源。

◆ ?? 平臺(tái)交付組件：根據(jù)部署或調(diào)整策略及ARP硬件資源池來(lái)創(chuàng)建或調(diào)整ARP。

◆ ?? 運(yùn)行時(shí)控制組件：根據(jù)運(yùn)行策略和實(shí)際運(yùn)行狀況動(dòng)態(tài)調(diào)整ARP資源池，提供資源動(dòng)態(tài)調(diào)度能力。

1.PaaS平臺(tái)和IaaS層的關(guān)系

在沒(méi)有PaaS平臺(tái)之前，我們通過(guò)IaaS層實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)應(yīng)用和物理資源的解耦，有了虛擬化的資源池，但是資源池中的資源如何使用？資源池建設(shè)不是重點(diǎn)，資源池能夠動(dòng)態(tài)調(diào)度、提升資源利用率才是重點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)該點(diǎn)就必須動(dòng)態(tài)調(diào)度和分配資源，為了動(dòng)態(tài)調(diào)度就需要應(yīng)用托管，繼而需要提供支持托管的開(kāi)發(fā)框架和環(huán)境，并提供自動(dòng)部署功能。有了這些，PaaS平臺(tái)才能夠更靈活地調(diào)度IaaS資源池中的資源。從兩者集成和配合上來(lái)說(shuō)，支持應(yīng)用托管和資源動(dòng)態(tài)調(diào)度是PaaS平臺(tái)的核心。

在談?wù)揑aaS時(shí)我們一般介紹通過(guò)IaaS形成了計(jì)算資源池和存儲(chǔ)資源池，而在談?wù)揚(yáng)aaS時(shí)也需要提供資源池，這個(gè)資源池封裝數(shù)據(jù)庫(kù)和中間件等服務(wù)，即提供中間件資源池和數(shù)據(jù)庫(kù)資源池。中間件資源池本身就是“中間件+應(yīng)用部署包”后的可調(diào)度計(jì)算單元，而數(shù)據(jù)庫(kù)資源池是“數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)+數(shù)據(jù)”后的可伸縮的存儲(chǔ)單元。中間件和數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)業(yè)務(wù)系統(tǒng)隔離，形成中間件即服務(wù)和數(shù)據(jù)庫(kù)即服務(wù)。

2.PaaS平臺(tái)和SaaS層的關(guān)系

首先企業(yè)內(nèi)的PaaS平臺(tái)是一個(gè)各業(yè)務(wù)系統(tǒng)公用的平臺(tái)，因此PaaS平臺(tái)本身需要支持多組織和多租戶。其次PaaS平臺(tái)和SaaS沒(méi)有必然的關(guān)系，而是由業(yè)務(wù)需求決定。基于PaaS平臺(tái)開(kāi)發(fā)的應(yīng)用在公有云環(huán)境下可能偏SaaS應(yīng)用，在私有云環(huán)境下則不一定是SaaS應(yīng)用。沒(méi)有PaaS平臺(tái)也可以實(shí)現(xiàn)SaaS層和IaaS層的直接集成。

3.PaaS平臺(tái)和SOA集成平臺(tái)

很多時(shí)候我們將SOA集成平臺(tái)本身作為企業(yè)內(nèi)PaaS平臺(tái)的一部分。SOA集成平臺(tái)提供了能力和服務(wù)的集成、BPEL流程編排、BPM和規(guī)則引擎等基本功能。SOA集成平臺(tái)不在某個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)內(nèi)部，而是集中化的且只有一套，以供各個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)使用并實(shí)現(xiàn)集中化管理。

在通過(guò)SOA解決基礎(chǔ)問(wèn)題后，過(guò)渡到PaaS平臺(tái)時(shí)一定要考慮PaaS平臺(tái)本身可以通過(guò)組合和編排來(lái)產(chǎn)生新的服務(wù)和能力，這個(gè)能力可以在PaaS平臺(tái)產(chǎn)生并集中化管理，而不是傳統(tǒng)的在業(yè)務(wù)系統(tǒng)產(chǎn)生，SOA只負(fù)責(zé)集成。

（1）PaaS平臺(tái)和基礎(chǔ)能力

PaaS層平臺(tái)需要提供基礎(chǔ)層平臺(tái)能力，這些能力是原有的各個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)中能力的下沉。即我們常說(shuō)的統(tǒng)一的組織權(quán)限、主數(shù)據(jù)、統(tǒng)一的流程建模，執(zhí)行和監(jiān)控平臺(tái)全部劃入SOA集成平臺(tái)。通過(guò)提供這些基礎(chǔ)能力實(shí)現(xiàn)真正意義的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，即完全只剩余業(yè)務(wù)模塊和業(yè)務(wù)組件，使得向業(yè)務(wù)組件化和組件能力化的構(gòu)想更進(jìn)一步。

（2）PaaS平臺(tái)和開(kāi)發(fā)模式

推行PaaS平臺(tái)一定要考慮到PaaS平臺(tái)建設(shè)本身就是開(kāi)發(fā)框架和模式的大變革。只有基于標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)發(fā)框架和模式才能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)部署和應(yīng)用托管。對(duì)于這里的開(kāi)發(fā)模式，我們更加強(qiáng)調(diào)的是SOA的內(nèi)化，為了考慮后續(xù)NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)的使用，我們會(huì)弱化關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)的思維，進(jìn)一步加強(qiáng)領(lǐng)域建模的思路。筆者認(rèn)為“組件化架構(gòu)+領(lǐng)域建模”是PaaS平臺(tái)下的核心開(kāi)發(fā)思維模式。

圖1-6為Gartner發(fā)布的PaaS平臺(tái)參考架構(gòu)，簡(jiǎn)單理解如下：PaaS整體架構(gòu)分為兩個(gè)重要的部分，一個(gè)是技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施，另一個(gè)是PaaS基礎(chǔ)服務(wù)提供。其中技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施一般對(duì)用戶不可見(jiàn)，而PaaS基礎(chǔ)服務(wù)則是開(kāi)放的，可供多租戶用戶（業(yè)務(wù)系統(tǒng)）使用。

（3）PaaS技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施

PaaS技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施可以理解為PaaS底層的技術(shù)架構(gòu)，其實(shí)現(xiàn)PaaS平臺(tái)的核心技術(shù)并與IaaS層實(shí)現(xiàn)集成。在整個(gè)PaaS技術(shù)架構(gòu)中又分為性能基礎(chǔ)能力、云基礎(chǔ)能力和管理平臺(tái)能力三個(gè)重要部分。

性能基礎(chǔ)能力包括內(nèi)存計(jì)算（內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)，分布式緩存）、網(wǎng)格計(jì)算、彈性伸縮和調(diào)度技術(shù)、SLA服務(wù)水平管理、高可用性、安全管理、數(shù)據(jù)集成、并行計(jì)算和處理等。

云基礎(chǔ)能力包括共享資源池、多租戶、自服務(wù)、計(jì)費(fèi)管理、彈性、元數(shù)據(jù)管理、資源申請(qǐng)和使用。在這里可以看作云計(jì)算本身基本技術(shù)特征的實(shí)現(xiàn)。

對(duì)于PaaS管理平臺(tái)，可以看到這里的核心還是云基礎(chǔ)技術(shù)能力和云資源池中資源的全生命周期管理、資源本身的監(jiān)控和動(dòng)態(tài)調(diào)整等，以及其他類似的基本管理功能，包括系統(tǒng)管理、權(quán)限管理、用戶管理、版本管理等。

（4）PaaS平臺(tái)服務(wù)層

PaaS平臺(tái)服務(wù)層直接面對(duì)最終的業(yè)務(wù)系統(tǒng)。真正體現(xiàn)平臺(tái)級(jí)服務(wù)的概念即平臺(tái)由傳統(tǒng)的終端朝整個(gè)云端的遷移過(guò)程。通常平臺(tái)包括了開(kāi)發(fā)平臺(tái)、測(cè)試平臺(tái)、運(yùn)行平臺(tái)，且這些平臺(tái)又可以進(jìn)行細(xì)分。平臺(tái)體現(xiàn)的另外一個(gè)重要特征就是“離線+在線”。開(kāi)發(fā)時(shí)可以離線或在線，但是在運(yùn)行態(tài)時(shí)一定是在PaaS平臺(tái)的執(zhí)行托管環(huán)境里面。

如圖1-7所示，Gartner發(fā)布的PaaS服務(wù)層對(duì)平臺(tái)進(jìn)行了進(jìn)一步的細(xì)分，底層是集成的應(yīng)用開(kāi)發(fā)和全生命周期管理、集成的平臺(tái)服務(wù)管理（體現(xiàn)自服務(wù)），包括能力和服務(wù)的申請(qǐng)、開(kāi)通、使用組裝和部署的完整生命周期管理。

● ?? 應(yīng)用平臺(tái)：核心是應(yīng)該有一套集成的應(yīng)用開(kāi)發(fā)平臺(tái)，提供了集成的應(yīng)用開(kāi)發(fā)框架和環(huán)境、集成的PaaS底層技術(shù)能力，提供標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)附件、服務(wù)等。類似于傳統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)和框架。

● ?? 集成平臺(tái)：這里的核心是SOA，而SOA又包括兩個(gè)重要的部分，一個(gè)是ESB提供服務(wù)的集成和服務(wù)全生命周期管理能力，另一個(gè)就是BPM和BPEL提供業(yè)務(wù)流程管理能力、服務(wù)的編排和流程的整合能力。

● ?? 云數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)：數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)用戶黑盒，數(shù)據(jù)庫(kù)的資源來(lái)自于云平臺(tái)中的資源池，對(duì)于企業(yè)私有云的數(shù)據(jù)庫(kù)，重點(diǎn)還是數(shù)據(jù)庫(kù)本身需要支持分布式和集群技術(shù)，數(shù)據(jù)庫(kù)能力的提供需要通過(guò)云數(shù)據(jù)平臺(tái)以服務(wù)的方式提供。

● ?? 用戶體驗(yàn)平臺(tái)：在這里筆者個(gè)人理解應(yīng)該偏向于提供了一整套偏UI和交互層的用戶體驗(yàn)框架，這套框架本身就會(huì)與底層的所有平臺(tái)和技術(shù)能力進(jìn)行集成。

如圖1-8所示，整個(gè)PaaS平臺(tái)的演進(jìn)路線就是需要將原有的應(yīng)用基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)能力整合為PaaS平臺(tái)層中的應(yīng)用平臺(tái)服務(wù)（aPaaS）和集成平臺(tái)服務(wù)（iPaaS），最終再將兩個(gè)部分整合為一個(gè)完整的PaaS平臺(tái)應(yīng)用。aPaaS解決的是單個(gè)應(yīng)用如何基于PaaS平臺(tái)基礎(chǔ)設(shè)施的問(wèn)題，而iPaaS解決的是多個(gè)應(yīng)用間如何集成和交互的問(wèn)題。

iPaaS的核心仍然是如何體現(xiàn)PaaS平臺(tái)的云能力，包括資源池、彈性擴(kuò)展、集成等。而其中最重要的就是ESB集成能力、數(shù)據(jù)庫(kù)和中間件資源池的建設(shè)、自動(dòng)部署和應(yīng)用托管。

虛擬化 數(shù)據(jù)庫(kù)

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