云操作系統(tǒng)架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)

目　錄

第0章　緒 論　1
0．1　云計(jì)算及云操作系統(tǒng)的概念　1
0．2　云操作系統(tǒng)的主要特點(diǎn)　2
0．3　云操作系統(tǒng)的發(fā)展概況　2
第　一部分 基礎(chǔ)篇
第　1章 操作系統(tǒng)發(fā)展歷程　4
1．1　操作系統(tǒng)的基本類(lèi)型　4
1．1．1　批處理操作系統(tǒng)　4
1．1．2　分時(shí)操作系統(tǒng)　6
1．1．3　實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)　8
1．2　通用操作系統(tǒng)的演進(jìn)　10
1．3　單機(jī)操作系統(tǒng)　10
1．3．1　單用戶單任務(wù)操作系統(tǒng)　10
1．3．2　單用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)　11
1．4　網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)　12
1．4．1　網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的特征　12
1．4．2　常用網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)　12
1．5　分布式操作系統(tǒng)　15
第　2章 云操作系統(tǒng)概述　17
2．1　云操作系統(tǒng)概述　17
2．2　云操作系統(tǒng)發(fā)展歷程　18
2．2．1　階段一：分區(qū)虛擬化　18
2．2．2　階段二：虛擬化+資源池管理　21
2．3　云操作系統(tǒng)主流產(chǎn)品　24
2．3．1　亞馬遜云操作系統(tǒng)　24
2．3．2　阿里云操作系統(tǒng)　26
2．3．3　微軟云操作系統(tǒng)　27
2．3．4　華為云操作系統(tǒng)　28
第二部分　設(shè)計(jì)篇
第3章　云操作系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)　30
3．1　一個(gè)最簡(jiǎn)單的云操作系統(tǒng)　30
3．2　云操作系統(tǒng)的主要功能　31
3．3　云操作系統(tǒng)的邏輯架構(gòu)　33
3．4　典型服務(wù)的設(shè)計(jì)思想　35
3．4．1　“管理者-生產(chǎn)者”模型　36
3．4．2　關(guān)鍵組件實(shí)現(xiàn)模型　37
第4章　硬件抽象與封裝　40
4．1　計(jì)算資源　40
4．1．1　計(jì)算類(lèi)的硬件設(shè)備　40
4．1．2　計(jì)算資源的抽象　41
4．1．3　計(jì)算資源的封裝　47
4．2　存儲(chǔ)資源　50
4．2．1　存儲(chǔ)類(lèi)硬件設(shè)備　51
4．2．2　存儲(chǔ)資源的抽象　53
4．2．3　存儲(chǔ)資源的封裝　58
4．3　網(wǎng)絡(luò)資源　62
4．3．1　網(wǎng)絡(luò)類(lèi)硬件設(shè)備　62
4．3．2　網(wǎng)絡(luò)資源的抽象　64
4．3．3　網(wǎng)絡(luò)資源的封裝　65
第5章　資源調(diào)度　71
5．1　計(jì)算資源的調(diào)度　71
5．2　存儲(chǔ)資源的調(diào)度　73
5．2．1　塊存儲(chǔ)　73
5．2．2　文件存儲(chǔ)　74
5．2．3　對(duì)象存儲(chǔ)　74
5．3　網(wǎng)絡(luò)資源的調(diào)度　75
5．3．1　路由算法　75
5．3．2　負(fù)載均衡的算法　76
第6章　資源編排　77
6．1　通用化的編排方式　77
6．2　虛擬機(jī)的編排　77
6．3　容器的編排　79
6．3．1　Swarm　79
6．3．2　Kubernetes　81
6．3．3　Mesos&Marathon　82
第7章　管理類(lèi)基礎(chǔ)服務(wù)　84
7．1　用戶界面　84
7．1．1　概覽　84
7．1．2　組件介紹　84
7．1．3　使用示例　85
7．2　用戶認(rèn)證服務(wù)　85
7．2．1　概覽　85
7．2．2　組件介紹　85
7．2．3　使用示例　87
7．3　數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)　88
7．3．1　概覽　88
7．3．2　組件介紹　88
7．3．3　使用示例　89
7．4　鏡像服務(wù)　90
7．4．1　概覽　90
7．4．2　組件介紹　90
7．4．3　使用示例　90
7．5　通信服務(wù)　91
7．5．1　概覽　91
7．5．2　組件介紹　91
7．5．3　使用示例　94
第8章　云操作系統(tǒng)的接口　96
8．1　HTTP協(xié)議　96
8．2　用戶管理　98
8．2．1　用戶管理　98
8．2．2　租戶管理　98
8．3　權(quán)限管理　98
8．3．1　角色管理　98
8．4　運(yùn)行管理　99
8．4．1　監(jiān)控日志　99
8．4．2　計(jì)量監(jiān)控-資源　101
8．5　云主機(jī)管理　101
8．5．1　云主機(jī)管理　101
8．5．2　云主機(jī)操作　102
8．6　存儲(chǔ)管理　102
8．6．1　云硬盤(pán)管理　102
8．6．2　云硬盤(pán)操作　102
8．6．3　云硬盤(pán)備份　103
8．6．4　云硬盤(pán)轉(zhuǎn)移　103
8．6．5　云硬盤(pán)快照　103
8．6．6　對(duì)象存儲(chǔ)目錄管理　104
8．6．7　對(duì)象存儲(chǔ)對(duì)象管理　104
8．6．8　共享文件系統(tǒng)管理　104
8．6．9　共享文件系統(tǒng)操作　105
8．7　網(wǎng)絡(luò)管理　105
8．7．1　網(wǎng)絡(luò)管理　105
8．7．2　網(wǎng)絡(luò)端口管理　105
8．7．3　子網(wǎng)管理　106
8．7．4　路由器管理　106
8．7．5　浮動(dòng)IP管理　106
8．8　鏡像管理　107
8．8．1　鏡像管理　107
8．8．2　鏡像數(shù)據(jù)管理　107
8．9　編排管理　107
8．9．1　棧資源管理　107
8．9．2　棧管理　108
8．9．3　棧操作管理　108
8．10　容器管理　108
8．10．1　容器集群管理　109
8．10．2　容器集群模板管理　109
8．10．3　容器Pods管理-K8S　109
8．10．4　容器RC控制器管理-K8S　109
8．10．5　容器應(yīng)用管理-MESOS　110
8．10．6　容器應(yīng)用操作-MESOS　110
8．10．7　容器鏡像管理　110
8．11　主機(jī)虛擬化驅(qū)動(dòng)接口　111
8．12　網(wǎng)絡(luò)虛擬化驅(qū)動(dòng)接口　115
8．13　分布式存儲(chǔ)驅(qū)動(dòng)接口　117
第三部分　部署篇
第9章　典型云操作系統(tǒng)的部署　121
9．1　系統(tǒng)部署介紹　121
9．1．1　按規(guī)模部署　121
9．1．2　主流的自動(dòng)化部署工具　122
9．2　部署架構(gòu)設(shè)計(jì)　122
9．3　部署資源準(zhǔn)備　123
9．4　網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與連線　124
9．5　部署準(zhǔn)備　125
9．5．1　配置服務(wù)器　125
9．5．2　部署服務(wù)器　125
9．6　手動(dòng)部署云操作系統(tǒng)　133
9．6．1　加載物理機(jī)　133
9．6．2　配置網(wǎng)絡(luò)環(huán)境　134
9．6．3　配置物理磁盤(pán)　136
9．6．4　測(cè)試驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)　138
9．6．5　部署云操作系統(tǒng)　138
9．7　自動(dòng)部署云操作系統(tǒng)　155
9．7．1　加載物理機(jī)　155
9．7．2　配置網(wǎng)絡(luò)環(huán)境　157
9．7．3　配置物理磁盤(pán)　160
9．7．4　測(cè)試驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)　161
9．7．5　創(chuàng)建部署環(huán)境　162
9．7．6　部署實(shí)施云操　162
第　10章 云操作系統(tǒng)的高可用　165
10．1　HA(high availability)介紹　165
10．1．1　冗余和故障切換　165
10．1．2　無(wú)狀態(tài)服務(wù)和有狀態(tài)服務(wù)　165
10．1．3　主從集群和主主集群　166
10．2　基本環(huán)境的配置　166
10．2．1　硬件要求　166
10．2．2　Memcached　166
10．3　配置共享服務(wù)　167
10．3．1　數(shù)據(jù)庫(kù)　167
10．3．2　消息隊(duì)列　167
10．4　配置控制器　167
10．4．1　Pacemaker架構(gòu)　167
10．4．2　Pacemaker 集群　167
10．4．3　配置VIP　169
10．4．4　HAProxy　169
10．4．5　Memcached　169
10．4．6　keystone　170
10．4．7　Telemetry　170
10．5　配置網(wǎng)絡(luò)服務(wù)　171
10．5．1　網(wǎng)絡(luò)的DHCP agent　171
10．5．2　網(wǎng)絡(luò)的L3 agent　171
10．6　配置存儲(chǔ)　172
10．6．1　glance api　172
10．6．2　cinder api　173
10．6．3　共享文件系統(tǒng)　175
10．6．4　存儲(chǔ)后端　176
10．7　配置計(jì)算節(jié)點(diǎn)　176
第　11章 大規(guī)模集群設(shè)計(jì)與優(yōu)化　178
11．1　私有云待優(yōu)化問(wèn)題　178
11．2　資源監(jiān)控系統(tǒng)　180
11．2．2　監(jiān)控系統(tǒng)簡(jiǎn)介　180
11．2．2　監(jiān)控系統(tǒng)效率　182
11．3　通信性能優(yōu)化　185
11．4　鍵函數(shù)優(yōu)化　186
11．5　模塊依賴性能優(yōu)化　187
11．6　任務(wù)調(diào)配優(yōu)化　188
11．6．1　隊(duì)列資源調(diào)度算法　188
11．6．2　作業(yè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)　189
第四部分　應(yīng)用篇
第　12章 云操作系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)景　191
12．1　應(yīng)用場(chǎng)景綜述　191
12．1．1　公有云　191
12．1．2　私有云　194
12．1．3　混合云　197
12．2　典型場(chǎng)景一：異構(gòu)資源的統(tǒng)一封裝　198
12．2．1　場(chǎng)景描述　198
12．2．2　實(shí)現(xiàn)流程　198
12．2．3　應(yīng)用案例　206
12．3　典型場(chǎng)景二：基礎(chǔ)資源彈性伸縮　208
12．3．1　場(chǎng)景描述　208
12．3．2　實(shí)現(xiàn)流程　209
12．3．3　應(yīng)用案例　212
12．4　典型場(chǎng)景三：多租戶隔離　215
12．4．1　場(chǎng)景描述　215
12．4．2　實(shí)現(xiàn)流程　216
12．4．3　應(yīng)用案例　219
12．5　典型場(chǎng)景四：一鍵部署　223
12．5．1　場(chǎng)景描述　223
12．5．2　實(shí)現(xiàn)流程　225
12．5．3　應(yīng)用案例　228
12．6　典型場(chǎng)景五：故障自愈　234
12．6．1　場(chǎng)景描述　234
12．6．2　實(shí)現(xiàn)流程　236
12．6．3　應(yīng)用案例　236
12．7　典型場(chǎng)景六：持續(xù)集成　244
12．7．1　場(chǎng)景描述　244
12．7．2　實(shí)現(xiàn)流程　245
12．7．3　應(yīng)用案例　246
12．8　典型場(chǎng)景七：灰度發(fā)布　254
12．8．1　場(chǎng)景描述　254
12．8．2　實(shí)現(xiàn)流程　255
12．8．3　應(yīng)用案例　256
第　13章 一個(gè)典型的云操作系統(tǒng)應(yīng)用　261
13．1　“國(guó)網(wǎng)云”操作系統(tǒng)SG-COS綜述　261
13．1．1　系統(tǒng)架構(gòu)　261
13．1．2　部署情況　263
13．2　“國(guó)網(wǎng)云”大數(shù)據(jù)平臺(tái)概述　264
13．3　“國(guó)網(wǎng)云”云操與大數(shù)據(jù)平臺(tái)的融合　266
13．3．1　融合方案概述　266
13．3．2　物理機(jī)納管方案　267
13．3．3　半虛半實(shí)融合方案　268
13．3．4　全虛擬化融合方案　271
13．4　“國(guó)網(wǎng)云”企業(yè)級(jí)應(yīng)用遷移上云的典型方式　273
第　14章 總結(jié)與展望　275
附　錄　277
術(shù)語(yǔ)定義　277