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云计算环境下的可扩展架构
－满足1,000万用户的扩展性
Leon 李磊
AWS 解决方案架构师

一些基础概念…

区域
US-WEST (Oregon)
EU (Ireland)
ASIA PACIFIC
(Tokyo)
US-WEST (N. California)
SOUTH AMERICA
(Sao Paulo)
US-EAST (N. Virginia)
AWS GOVCLOUD (US)
(Sydney)
ASIA PACIFIC
(Singapore)
CHINA (Beijing)
ASIA PACIFIC
EU (Frankfurt)

US-WEST (Oregon)
EU (Ireland)
ASIA PACIFIC
(Tokyo)
US-WEST (N. California)
SOUTH AMERICA
(Sao Paulo)
US-EAST (N. Virginia)
AWS GOVCLOUD (US)
(Sydney)
ASIA PACIFIC
(Singapore)
CHINA (Beijing)
ASIA PACIFIC
可用区
EU (Frankfurt)

节点网络

平台服务
基础服务
全球基础设施
Foundation
Services
Compute
(VMs, Auto-scaling
and Load Balancing)
Storage
(Object, Block
and Archive)
Security &
Access Control
Networking
Infrastructure Regions CDN and Points of PresenceAvailability Zones
Applications
Platform
Services
Databases
Relational
No SQL
Caching
Virtual Desktops
Analytics
Hadoop
Real-time
Data
Warehouse
Data
Workflows
Mobile Services
Identity
Sync
Mobile Analytics
Notifications
Collaboration and Sharing
Deployment & Management
Containers
Managed User Directories
Dev/ops Tools
Resource Templates
Usage Tracking
Monitoring and Logs
应用
App Services
Queuing
Orchestration
App Streaming
Transcoding
Email
Search

平台服务
网络基础服务
基础设施
计算
(VMs, Auto Scaling
and Load Balancing)
区域
安全与存取控制
CDN 与 PoP
存储
(Object, Block
and Archive)
可用区
应用 虚拟桌面 协同与分享
数据库
Relational
No SQL
Caching
分析
Hadoop
Real-time
Data
Warehouse
Data
Workflows
应用服务
Queuing
Orchestration
App Streaming
Transcoding
Email
Search
移动服务
Identity
Sync
Mobile Analytics
Notifications
部署与管理
Containers
Managed User Directories
Dev/ops Tools
Resource Templates
Usage Tracking
Monitoring and Logs

现在让我们就从
一个用户的第一天
开始起步

第1天, 1个用户
• 1个Amazon EC2 实例
– 全栈服务器
• Web app
•
•
•
Database
Management
…
• 1个Elastic IP
• Amazon Route 53 用于
DNS
Amazon
EC2
instance
Elastic IP
Amazon
Route 53
User

•
•
•
•
“我们需要更强大的服务器”
简单的方法
使用预配置 IOPS
高 I/O 实例
内存优化实例
•
•
•
•
CPU 优化实例
存储优化实例
轻松地改变实例的类型与规格
满足最终的需要
c3.8xlarge
m3.2xlarge
t2.micro

EC2 实例: 家族与世代
通用类型: M1, M3, M4
计算优化型: C1, CC2, C3, C4, C5
内存优化型: M2, CR1, R3, X1,R4
存储密集型: HS1, D2
I/O优化型: HI1, I2
GPU: CG1, G2
Micro: T1, T2

c4.large
实例家族
实例世代
实例大小
EC2 实例: 类型与大小

实例大小
c4.8xlarge 2 - c4.4xlarge
≈
4 - c4.2xlarge
≈
8 - c4.xlarge
≈

第1天, 1个用户
• 我们可能支持几百个到几
千个用户，基于应用的复
杂性与网络流量
• 没有故障转移
• 没有冗余
• 太多的鸡蛋在一个篮子里
Amazon
Route 53
Elastic IP
EC2
Instance
User

第2天, 用户数>1
首先，让我们将单个服
务器分成多个
• Web
• 数据库
– 确定需要使用数据库服务？
Web
Instance
Database
Instance
Elastic IP
Amazon
Route 53
User

托管的服务
数据库运行于
Amazon EC2
需要自行管理
解决软件的许可证问
题 (BYOL)
Amazon
DynamoDB
托管的NoSQL 服务
使用SSD 存储
无缝扩展
零管理
Amazon RDS
Microsoft SQL
Server, Oracle,
MySQL,
PostgreSQL，
Amazon Aurora
灵活的许可证
管理模式
Amazon
Redshift
大规模并行的PB级
别的数据仓库服务
快速，强大
以及易于扩展
数据库服务的选择
自管理

高可用性架构的基础构件*：Amazon RDS
Relational Database Service
Database-as-a-Service; 无需安装和管理数据库实例
可扩展和高容错的配置
按需付费的许可方式以及自带许可
Multi-AZ SLA: 99.95%
特点 细节
平台支持 MySQL, SQL Server, Oracle,
PostgreSQL
预配置 从默认配置即可开始使用
自动补丁升级 自动保持你的数据平台最新
存储和备份 最大3TB的数据库存储，自动备份以
及按照时间点恢复
预配置IOPS 根据需求确定IO吞吐量25,000 IOPS
for Oracle; 30,000 IOPS for
MySQL; 10,000 for SQL Server
故障转移 使用Multi-AZ，可以自动切换至备用
数据库实例
读复制 简便的创建MySQL读副本，无缝的
在可用区域间复制数据

Amazon DynamoDB
• 托管的、吞吐量可调整的 NoSQL
数据库
• 快速、可预测的性能
• 全分布式、容错体系结构
• JSON 支持 (新特性)
• 项目支持 高达400 KB (新特性)
特性 描述
预分配
吞吐量
可预测
的性能
强大的
一致性
容错性
监控
安全
Amazon EMR
向上或向下调整读／写能力
基于SSD的基础设施提供了平
均个位数（毫秒）的延迟
确保你读取的是最近更新过的
数据
跨可用区复制数据
与Amazon CloudWatch 集成
与AWS Identity and Access
Management (IAM) 集成
针对大规模数据的复杂分析可
与Amazon EMR 结合

高可用性架构的基础构件：Amazon Aurora
Amazon RDS for Aurora
兼容MySQL
高可用性、数据持久性和容错性
高可扩展性和安全性
q 5X better performance than
standard MySQL

如何选择所需要的数据库技术？
SQL? NoSQL?

为什么通常从SQL开始?
• 基于成熟的技术
• 大量的资源，代码、社区、图书、经验、工具等
• 清晰的可扩展性模式
• 打算在你拥有1,000万用户的时候还在依赖SQL？
*除非你所做的事情过于特殊，你总会在你的架构中找到SQL适合的地方

假设数据规模在
几个TB(>5)，或
者是数据密集型
的工作负载,
那么你应该考虑
NoSQL！

为什么需要 NoSQL?
•
•
•
•
•
•
实现“非常”低延迟的应用
元数据驱动的数据集合
高度的非关系数据
需要无模式的数据结构
大规模的数据 (在TB 这个级别)
快速的数据采集 (数千条纪录/秒)

用户规模 > 100
首先，让我们将单个服
务器分拆成多个:
• Web
• 数据库
– 使用 Amazon RDS 让你更
轻松一点
Amazon
Route 53
RDS DB
instance
User
Elastic IP
Web
instance

用户规模 > 1,000
接下来，让我们解决缺
少故障转移和冗余的问
题:
• Elastic Load
Balancing (ELB)
• 另外的 Web 实例
– 部署在另外的可用区
• RDS 多可用区(AZ)
Web
Instance
RDS DB Instance
Active (Multi-AZ)
Availability Zone
Web
Instance
RDS DB Instance
Standby (Multi-AZ)
Availability Zone
ELB
Balancer
Amazon
Route 53
User

“Everything fails, all the time.”
沃纳·威格尔
Werner Vogels - 亚马逊 CTO

高可用性架构设计原则
Design for failure,
and nothing will really fail.
q 假定任何事物都会失效
q 尽最大可能避免架构中的单故障节点
q 尽可能采用容错的服务作为架构部件

基于AWS服务构建高可用性架构
初始设计就是高可用和容错的服务 通过正确的架构设计既可实现高可用的服务
a Amazon Route53
a Amazon CloudFront
a Elastic Load
Balancing
a Amazon S3
a Amazon DynamoDB
a Amazon Kinesis
a Amazon SQS
a Amazon SNS
a Amazon SES
a Amazon SWF
a …
4 Amazon EC2
4 Amazon EBS
4 Amazon RDS
4 Amazon ElastiCache
4 Amazon VPC
4 …

•
•
特性
可用性
健康检查
会话的粘性
SSL
监控
说明
跨多个可用区的实例上的负载均衡
自动检查实例的健康状况，启动或者关闭
服务
请求路由到同一个实例
灵活的加密支持，支持SSL从Web和应用服
务器卸载
为Amazon CloudWatch 提供检测数据，得到
请求处理日志
ELB Balancer
Elastic Load Balancing
创建高度可扩展的应用
负载可分布在多个可用区的EC2 实例之上

RDS DB Instance
Active (Multi-AZ)
Availability Zone Availability Zone
RDS DB Instance
Standby (Multi-AZ)
RDS DB Instance
Read Replica
RDS DB Instance
Read Replica
RDS DB Instance RDS DB Instance
Read Replica Read Replica
Web
Instance
Web
Instance
Web
Instance
Web
Instance
Web
Instance
Web
Instance
Web
Instance
Web
Instance
Amazon
Route 53
用户规模 > 10,000s–100,000s
User
ELB
Balancer

也许目前的水平已经不错，但我
们可以继续关注“性能”和“效
率”，我们还可以优化的更好

Amazon
Route 53
User
让我们来减轻Web和数据库的
负载:
• 将静态内容从Web实例转
移到 Amazon S3 和
Amazon CloudFront
• 将会话/状态 和DB缓存转移
到 Amazon ElastiCache或
者 Amazon DynamoDB
负载转移/动静分离
ELB
Balancer
Web Instances
RDS DB Instance
Active (Multi-AZ)
Availability Zone

Amazon S3
Amazon S3 是面向互联网的云存储:
•
•
•
•
•
基于对象的存储
11个9 的耐久性
适合以下场景:
– 静态资产 (CSS, JS, 图片, 视频)
– 备份
– 日志
– 待处理的文件
无限的扩展能力
对象的尺寸高达 5 TB
•
•
•
•
•
•
•
•
成本是 S3 的 1/3
Amazon S3
用于托管静态网站
支持细粒度的权限控制
与 Amazon CloudFront 的结合
Amazon EMR 的集成
充当 S3, CloudFront, Billing, ELB, AWS
CloudTrail 等的日志端节点
支持静态以及传输中加密
仅仅是冗余存储成本的1/3
Amazon Glacier f用于超长时间的存储，

ResponseTime
ServerLoad
Response
Time
Response
Time
Server
Load
VolumeofData
Delivered(Gbps)
Serve
rLoad
Amazon CloudFront
Amazon CloudFront 是可扩展的内容分发网络服务:
•
•
•
•
•
•
•
•
在边缘节点缓存静态内容以实现更快的交付
有助于降低基础设施的负荷
动态和静态的内容
流媒体视频
根域名(Zone apex) 支持
自定义SSL 证书
低的 TTLs (短至0秒)
降低获得源数据的成本 （Amazon
S3 / Amazon EC2 和 Amazon CloudFront)
• 与Amazon EC2, Amazon S3, Elastic Load
Balancing 和 Amazon Route 53 的协同优化
No CDN CDN for Static
Content
CDN for Static&
DynamicContent
10
0
80
70
60
50
40
30
20
8:00
AM
9:00
AM
10:00 11:00 12:00
AM AM PM
1:00
PM
2:00
PM
3:00
PM
4:00
PM
5:00
PM
6:00
PM
7:00
PM
8:00
PM
9:00
PM

负载转移
让我们来减轻Web和数据库
的负载:
• 将静态内容从Web实例转
移到 Amazon S3 和
Amazon CloudFront
• 将会话/状态 和DB 缓存转
移到 Amazon
ElastiCache 或者
Amazon DynamoDB
Amazon
CloudFront
Amazon
Route 53
User
Amazon S3
DynamoDB
ELB
Balancer
Web Instances
ElastiCache
RDS DB Instance
Active (Multi-AZ)
Availability Zone

Amazon ElastiCache
•
•
•
•
•
•
•
托管的 Memcached 与 Redis
– 与传统的开源的项目 Memcached 有 Redis 相同的API
从一个到多个节点的扩展
自我修复 (替代死掉的实例)
非常快 ( 通常个位数的毫秒级别或者更少 )
Memcache 设置在单个的AZ, 没有持久性以及复制功能
对于Redis 可以设置在多个AZ间复制以提供持久性
使用AWS Auto Discovery 客户端在不影响应用的前提下简
化集群的增长和收缩

负载转移
让我们来减轻Web和数据库
的负载:
• 将静态内容从Web实例转
移到 Amazon S3 和
Amazon CloudFront
• 将会话/状态 和DB 缓存转
移到 Amazon
ElastiCache 或者
Amazon DynamoDB
Amazon
CloudFront
Amazon
Route 53
User
Amazon S3
DynamoDB
ELB
Balancer
Web Instances
ElastiCache
RDS DB Instance
Active (Multi-AZ)
Availability Zone

现在我们的 Web 层已经变得更
轻巧， 我们可以从新审视我们开
始的话题…

自动扩展!

特性
控制
与Amazon
CloudWatch
的集成
实例类型
说明
设定最小和最大实例池的尺寸
利用CloudWatch 驱动 扩展
对于按需实例和竞价实例运行Run Auto
Scaling。与VPV兼容
Auto Scaling
计算集群自动的按需调整
Auto Scaling Group
aws autoscaling create-auto-scaling-group
--auto-scaling-group-name MyGroup
--launch-configuration-name MyConfig
--min-size 4
--max-size 200
--availability-zones us-west-2c, us-west-2b
EC2 EC2

Sunday Monday Tuesday Wednesday Thursday Friday Saturday
典型的 Amazon.com 一周的流量

Sunday Monday Tuesday Wednesday Thursday Friday Saturday
典型的 Amazon.com 一周的流量
Provisioned capacity

November
Amazon.com 11月份的流量

November
Amazon.com 11月份的流量
Provisioned capacity

Amazon.com 11月份的流量
76%
24%
Provisioned capacity
November

Amazon.com 11月份的流量
November

Auto Scaling
让你可以做到这一切!

Availability Zone
Amazon
Route 53
用户规模 > 500,000+
User
Amazon S3
Amazon
CloudFront
Availability Zone
ELB
Balancer
DynamoDB
Read Replica
Web
Instance
Web
Instance
Web
Instance
ElastiCache
Read Replica
Web
Instance
Web
Instance
Web
Instance
ElastiCacheRDS DB Instance RDS DB Instance
Standby (Multi-AZ)
RDS DB Instance RDS DB Instance
Active (Multi-AZ)

使用自动化部署
基础架构的管理已经成为我们的一项重要的工作。 可以用工
具来自动执行重复性的任务:
• 用工具管理 AWS 资源
• 用工具管理实例之上的软件和配置
• 针对日志和用户行为进行自动化的数据分析

AWS DevOps 服务
运维
Elastic Beanstalk
CloudWatch
CloudFormationCodeDeploy
CodePipeline
Opsworks
Elastic Container Service
监控搭建部署测试构建开发
Lambda
CloudTrail
版本管理 持续集成
持续交付
持续部署
自动化运维
配置管理
自动化监控基础设施即代码
日志管理
CodeCommit

蓝绿部署
• 当前环境（蓝环境）支撑
100%的负载
• 新环境（绿环境）建立并
投入使用，接管10%的负
载
• 负载逐步由蓝环境迁移到
绿环境
• 负载迁移结束
• 蓝环境已经没有负载
• 蓝环境被销毁
• 新环境支撑100%的负载

进一步的提升，划分成不同的
Web/App 层

微服务模式
单体应用 微服务架构
UI
Business Logic
Data Access
Layer
DB
UI
Catalog
Service
Account Service
Recommendation
Service
Customer
Service
DB DBDB

Docker

Amazon ECS
ALB ALB
AZ 1 AZ 2
user / scheduler
Scheduler
Cluster State Service
Placement Engine
Event Stream

什么是Cloud Native?

Managed
InternetMobile apps
AWS Lambda
functions
AWS
API Gateway
cache
Endpoints on
Amazon EC2
Any other publicly
accessible endpoint
Amazon
CloudWatch
Amazon
CloudFront
API
Gateway
API Gateway
Other AWS
services
AWS Lambda
functions
AWS上的微服务无服务器化架构: API Gateway +Lambda

Thank you!
The future is today.