ZStack Cloud 5.3.0>ZStack Cloud 产品手册>ZStack Cloud技术白皮书>产品架构

产品架构

软件架构

ZStack Cloud软件架构如图 1所示：

ZStack Cloud软件架构特点：

全异步架构：异步消息、异步方法、异步HTTP调用。
- 异步消息：使用消息总线进行各服务的通信连接。在调用服务时，源服务发消息给目的服务，并注册一个回调函数，然后立即返回，一旦目的服务完成任务，就会触发回调函数回复任务结果。异步消息支持并行处理。
- 异步方法：服务之间采用异步消息进行通信。服务内部的一系列相关组件或插件，也是通过异步方法来调用，调用方法与异步消息一致。
- 异步HTTP调用：采用插件机制，为每个插件设置相应的代理程序，为每个请求设置回调URL在HTTP的包头，任务结束后，代理程序会发送应答给调用者的URL。
- 基于异步消息、异步方法、异步HTTP调用这三种方式，云平台构建了一个分层架构，保证所有组件均能实现异步操作。
- 基于全异步架构机制，单管理节点每秒可并发处理上万个API请求，还可同时管理上万台物理机和数十万台云主机。
无状态服务：单次请求不依赖其他请求。
- 计算节点代理、存储代理、网络服务、控制台代理服务、配置服务等，均不依赖其他请求。一次请求可包含所有信息，相关节点无需维护存储任何信息。
- 使用一致性哈希环，对管理节点、计算节点或其他资源以UUID为唯一ID进行认证的哈希环处理。消息发送者无需知道待处理消息的服务实例，服务也无需维护、交换相关资源信息，服务只需单纯处理消息即可。
- 管理节点间共享的信息非常少，两个管理节点即可满足高可用性和可扩展性需求。
- 无状态服务机制让系统更为健壮，重启服务器不会丢失任何状态信息，数据中心的伸缩性维护更为简单。
无锁架构：一致性哈希算法。
- 一致性哈希算法保证同一资源的所有消息均被同一服务实例来处理。这种聚合消息到特定节点的方法，降低同步与并行的复杂度。
- 使用工作队列避免竞争锁问题，串行任务以工作队列的方式保存在内存中，工作队列可对任意资源的任意操作进行并行处理来提高系统并行度。
- 基于队列的无锁架构，任务可简单控制并行度，从而提升系统性能。
进程内微服务：微服务解耦。
- 使用消息总线对各服务进行隔离控制，例如，云主机服务、身份认证服务、快照服务、云盘服务、网络服务、存储服务等。所有微服务均集合在管理节点进程内，各服务之间利用消息总线进行交互，所有消息发送到消息总线后，再通过一致性哈希环选择目的服务进行转发处理。
- 进程内微服务以星状架构实现各服务独立运行，将高度集中的控制业务进行解耦，实现系统的高度自治和高度隔离，任何服务出现故障并不影响其他组件，可靠性与稳定性得到有效保障。
全插件结构：插件支持横向扩展。
- 任何新加入的插件对目前其他插件没有任何影响，均是独立自主提供服务。
- 支持策略模式和观察者模式进行插件设计。策略插件会继承父类接口然后执行具体实现；观察者插件会注册Listener进行监控内部业务逻辑的事件变化，当应用内部发现事件时，观察者插件会对此事件做出自响应，在插件自身代码中执行相应业务流。
- 插件的横向扩展让云平台可以快速更迭，而整体系统架构依然健壮。
工作流引擎：顺序管理，出错回滚。
- 基于XML对每个工作流程进行清晰定义，在任何步骤出现错误均可按照原本执行路径进行回滚，清理掉执行过程的垃圾资源。
- 每个工作流还可包含子工作流用于扩展业务逻辑。
标签系统：支持业务逻辑变更，增加资源属性。
- 支持使用系统标签和插件机制对原本业务逻辑进行扩展变更。
- 使用标签机制可对资源进行分组划分，支持对指定标签进行资源搜索。
瀑布流架构：支持资源的级联操作。
- 使用Cascade框架对资源管理进行瀑布状的级联操作。例如：对资源进行卸载或删除时，会对相关资源进行级联操作。
- 资源可通过插件形式加入到瀑布框架中，加入或退出瀑布框架，并不影响其他资源。
- 级联机制使得资源配置灵活轻便，快速满足客户资源配置变更。
全自动化部署：Ansible无代理自动部署。
- 使用Ansible进行无代理的全自动化安装依赖，配置物理资源，部署代理程序。全过程对用户透明，无需额外干预，透过重连代理程序对代理进行升级。
全API查询：任意资源的任意属性均可查询。
- 支持数百万个条件的资源查询，支持全API查询，支持任意组合。

功能架构

ZStack Cloud功能架构如图 1所示：

ZStack Cloud功能架构特点：

提供企业级数据中心基础设施的计算、存储、网络资源管理服务，底层支持KVM和VMware虚拟化技术，支持DAS/NAS/SAN/DSS存储类型，例如支持本地存储、NFS存储、SAN存储、分布式块存储等，支持NoVLAN/VLAN/VXLAN/SDN网络模型。
采用ZStack Cloud作为核心云引擎，使用消息总线同数据库MariaDB及各服务模块进行通信，提供云主机管理、物理机管理、存储调度、网络功能、账号计费、监控审计等功能。
提供Java和Python的SDK，支持RESTful APIs进行资源调度管理。

资源结构

ZStack Cloud资源结构如图 1所示：

ZStack Cloud资源结构特点：

本质上是云资源配置管理系统。
主要包括以下资源：
- 区域：云平台内最大的一个资源定义，包括集群、二层网络、主存储等资源。
- 集群：一组物理机（计算节点）的逻辑集合。
- 物理机：为云主机实例提供计算、网络、存储等资源的物理主机。
- 主存储：用于存储云主机磁盘文件（包括：根云盘、数据云盘、根云盘快照、数据云盘快照、镜像缓存等）的存储服务器。
- 镜像服务器：用于存储云主机镜像模板（含ISO）的存储服务器。
- VXLAN网络池：在一组VXLAN隧道端点（VTEP）之上创建的VXLAN网络的集合，同一个VXLAN网络池内VXLAN网络标识符（VNI）不能重复。
- 二层网络：对应于一个二层广播域，进行二层相关的隔离。一般用物理网络的设备名称标识。
- 三层网络：云主机使用的网络配置，包含了IP地址范围、网关、DNS等。
- 计算规格：云主机涉及的CPU数量、内存、网络设置等规格定义。
- 云盘规格：云盘涉及的容量大小的规格定义。
- 云主机：运行在物理机上的虚拟机实例，具有独立的IP地址，可以访问公共网络，运行应用服务。
- 镜像：云主机或云盘使用的镜像模板文件，包括两种类型：系统镜像、云盘镜像。
- 根云盘：云主机的数据云盘，用于云主机扩展的存储使用。
- 数据云盘：为云主机提供了额外的存储空间，用于云主机的存储扩展。
- 快照：某一时间点某一磁盘的数据状态文件。
- 网络服务模块：用于提供网络服务的模块。在UI界面已隐藏。
- 网络服务：给云主机提供的各种网络服务，主要包括VPC防火墙、安全组、虚拟IP、弹性IP、端口转发、负载均衡、IPsec隧道、流量监控、共享带宽等。
- 防火墙：在VPC网络场景下，负责管控经由VPC路由器的流量，通过配置规则集和规则管控网络的访问控制策略。
- 安全组：为云主机网卡提供安全控制，按照指定的安全规则对进出网卡的TCP/UDP/ICMP等数据包进行有效过滤。
- 路由器规格：定义VPC路由器使用的CPU、内存、镜像、管理网络、公有网络配置，用于创建VPC路由器，为公有网络/VPC网络提供多种网络服务。
- VPC路由器：一个定制的云主机，用于提供多种网络服务。
资源间存在以下关系：
- 父子关系：一个资源可以是另一个资源的父亲或孩子。例如集群和物理机、物理机和云主机。
- 兄弟关系：拥有同样父资源的资源为兄弟关系。例如集群和二层网络、集群和主存储。
- 祖先和后裔关系：一个资源可以是另一个资源的直系祖先或者直系后裔。例如集群和云主机、区域和物理机。
- 朋友关系：一些资源与资源之间没有以上三种关系，但是这些资源在某些情境下需要分工合作，这时它们是朋友关系。例如主存储和镜像服务器、区域和镜像服务器。
  说明: 主存储和镜像服务器的关系：
  - 创建云主机时，主存储会从镜像服务器下载复制云主机的镜像模板文件作为缓存。
  - 创建镜像时，主存储会将根云盘拷贝到镜像服务器保存为模板。
资源均含有以下基本属性：
- UUID：通用唯一识别码UUIDv4（Universally Unique Identifier），用于唯一标识一个资源。
- 名称：用于标记资源的可读字符串，名称可以重复，一般为必选项。
- 描述：也称之为简介，用于概述资源，可选项。
- 创建日期：资源创建的日期。
- 上次操作日期：资源上次被更新的日期。
资源一般都支持CRUD操作：
- 创建：创建或添加新资源。
- 查询：读取查询资源信息。
- 更新：更新资源信息。
- 删除：删除资源，云平台使用瀑布框架级联机制，父资源被删除后，相关子资源和后裔资源均会被删除。