云操作系統(tǒng)架構與關鍵技術

目　錄

第0章　緒 論　1
0．1　云計算及云操作系統(tǒng)的概念　1
0．2　云操作系統(tǒng)的主要特點　2
0．3　云操作系統(tǒng)的發(fā)展概況　2
第　一部分 基礎篇
第　1章 操作系統(tǒng)發(fā)展歷程　4
1．1　操作系統(tǒng)的基本類型　4
1．1．1　批處理操作系統(tǒng)　4
1．1．2　分時操作系統(tǒng)　6
1．1．3　實時操作系統(tǒng)　8
1．2　通用操作系統(tǒng)的演進　10
1．3　單機操作系統(tǒng)　10
1．3．1　單用戶單任務操作系統(tǒng)　10
1．3．2　單用戶多任務操作系統(tǒng)　11
1．4　網(wǎng)絡操作系統(tǒng)　12
1．4．1　網(wǎng)絡操作系統(tǒng)的特征　12
1．4．2　常用網(wǎng)絡操作系統(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　設計篇
第3章　云操作系統(tǒng)技術架構　30
3．1　一個最簡單的云操作系統(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　33
3．4　典型服務的設計思想　35
3．4．1　“管理者-生產(chǎn)者”模型　36
3．4．2　關鍵組件實現(xiàn)模型　37
第4章　硬件抽象與封裝　40
4．1　計算資源　40
4．1．1　計算類的硬件設備　40
4．1．2　計算資源的抽象　41
4．1．3　計算資源的封裝　47
4．2　存儲資源　50
4．2．1　存儲類硬件設備　51
4．2．2　存儲資源的抽象　53
4．2．3　存儲資源的封裝　58
4．3　網(wǎng)絡資源　62
4．3．1　網(wǎng)絡類硬件設備　62
4．3．2　網(wǎng)絡資源的抽象　64
4．3．3　網(wǎng)絡資源的封裝　65
第5章　資源調度　71
5．1　計算資源的調度　71
5．2　存儲資源的調度　73
5．2．1　塊存儲　73
5．2．2　文件存儲　74
5．2．3　對象存儲　74
5．3　網(wǎng)絡資源的調度　75
5．3．1　路由算法　75
5．3．2　負載均衡的算法　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　管理類基礎服務　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　用戶認證服務　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)庫服務　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　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　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　權限管理　98
8．3．1　角色管理　98
8．4　運行管理　99
8．4．1　監(jiān)控日志　99
8．4．2　計量監(jiān)控-資源　101
8．5　云主機管理　101
8．5．1　云主機管理　101
8．5．2　云主機操作　102
8．6　存儲管理　102
8．6．1　云硬盤管理　102
8．6．2　云硬盤操作　102
8．6．3　云硬盤備份　103
8．6．4　云硬盤轉移　103
8．6．5　云硬盤快照　103
8．6．6　對象存儲目錄管理　104
8．6．7　對象存儲對象管理　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)絡管理　105
8．7．1　網(wǎng)絡管理　105
8．7．2　網(wǎng)絡端口管理　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　容器應用管理-MESOS　110
8．10．6　容器應用操作-MESOS　110
8．10．7　容器鏡像管理　110
8．11　主機虛擬化驅動接口　111
8．12　網(wǎng)絡虛擬化驅動接口　115
8．13　分布式存儲驅動接口　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　主流的自動化部署工具　122
9．2　部署架構設計　122
9．3　部署資源準備　123
9．4　網(wǎng)絡規(guī)劃與連線　124
9．5　部署準備　125
9．5．1　配置服務器　125
9．5．2　部署服務器　125
9．6　手動部署云操作系統(tǒng)　133
9．6．1　加載物理機　133
9．6．2　配置網(wǎng)絡環(huán)境　134
9．6．3　配置物理磁盤　136
9．6．4　測試驗證網(wǎng)絡　138
9．6．5　部署云操作系統(tǒng)　138
9．7　自動部署云操作系統(tǒng)　155
9．7．1　加載物理機　155
9．7．2　配置網(wǎng)絡環(huán)境　157
9．7．3　配置物理磁盤　160
9．7．4　測試驗證網(wǎng)絡　161
9．7．5　創(chuàng)建部署環(huán)境　162
9．7．6　部署實施云操　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　無狀態(tài)服務和有狀態(tài)服務　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　167
10．3．1　數(shù)據(jù)庫　167
10．3．2　消息隊列　167
10．4　配置控制器　167
10．4．1　Pacemaker架構　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)絡服務　171
10．5．1　網(wǎng)絡的DHCP agent　171
10．5．2　網(wǎng)絡的L3 agent　171
10．6　配置存儲　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　存儲后端　176
10．7　配置計算節(jié)點　176
第　11章 大規(guī)模集群設計與優(yōu)化　178
11．1　私有云待優(yōu)化問題　178
11．2　資源監(jiān)控系統(tǒng)　180
11．2．2　監(jiān)控系統(tǒng)簡介　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　任務調配優(yōu)化　188
11．6．1　隊列資源調度算法　188
11．6．2　作業(yè)結構設計　189
第四部分　應用篇
第　12章 云操作系統(tǒng)的應用場景　191
12．1　應用場景綜述　191
12．1．1　公有云　191
12．1．2　私有云　194
12．1．3　混合云　197
12．2　典型場景一：異構資源的統(tǒng)一封裝　198
12．2．1　場景描述　198
12．2．2　實現(xiàn)流程　198
12．2．3　應用案例　206
12．3　典型場景二：基礎資源彈性伸縮　208
12．3．1　場景描述　208
12．3．2　實現(xiàn)流程　209
12．3．3　應用案例　212
12．4　典型場景三：多租戶隔離　215
12．4．1　場景描述　215
12．4．2　實現(xiàn)流程　216
12．4．3　應用案例　219
12．5　典型場景四：一鍵部署　223
12．5．1　場景描述　223
12．5．2　實現(xiàn)流程　225
12．5．3　應用案例　228
12．6　典型場景五：故障自愈　234
12．6．1　場景描述　234
12．6．2　實現(xiàn)流程　236
12．6．3　應用案例　236
12．7　典型場景六：持續(xù)集成　244
12．7．1　場景描述　244
12．7．2　實現(xiàn)流程　245
12．7．3　應用案例　246
12．8　典型場景七：灰度發(fā)布　254
12．8．1　場景描述　254
12．8．2　實現(xiàn)流程　255
12．8．3　應用案例　256
第　13章 一個典型的云操作系統(tǒng)應用　261
13．1　“國網(wǎng)云”操作系統(tǒng)SG-COS綜述　261
13．1．1　系統(tǒng)架構　261
13．1．2　部署情況　263
13．2　“國網(wǎng)云”大數(shù)據(jù)平臺概述　264
13．3　“國網(wǎng)云”云操與大數(shù)據(jù)平臺的融合　266
13．3．1　融合方案概述　266
13．3．2　物理機納管方案　267
13．3．3　半虛半實融合方案　268
13．3．4　全虛擬化融合方案　271
13．4　“國網(wǎng)云”企業(yè)級應用遷移上云的典型方式　273
第　14章 總結與展望　275
附　錄　277
術語定義　277