45、云迁移与应用现代化模式探索

云迁移与应用现代化模式探索

在当今数字化时代，将现有应用迁移到云端并进行现代化改造已成为许多企业的重要任务。本文将介绍几种常见的云迁移和应用现代化模式，包括“Lift and Shift”、“Virtualize the Application”等，并详细阐述它们的操作步骤、优缺点及实际案例。

1. Lift and Shift（又名 Rehost）

当你有一个现有的应用程序，通常托管在裸金属服务器上，并且希望将其迁移到云端时，“Lift and Shift”是一种简单直接的方法。这种方法的核心是尽量减少对应用程序的更改，以最快的速度将其迁移到云端。

1.1 适用场景

• 技术能力限制 ：团队可能不具备编写遵循云原生架构应用程序的技能，例如不熟悉如何将应用程序重构为微服务，或者缺乏使用云原生架构所需的新工具、框架和语言的经验。
• 资金限制 ：企业可能无法承担将应用程序重写或重构为云原生架构的开发成本，存在资金方面的限制。
• 时间限制 ：可能面临关闭本地数据中心的情况，需要迅速将应用程序迁移到新的位置，通常是云端，没有时间探索其他选项。

1.2 操作步骤

要实现“Lift and Shift”迁移，需要完成以下四个基本步骤：
1. 复制计算环境 ：确保云服务提供商能够创建一个与应用程序开发环境尽可能相似的计算环境。需要确保云供应商支持应用程序所基于的操作系统产品和版本，或者应用程序对版本的依赖极小，无需进行代码更改即可在新版本上运行。
2. 复制网络环境 ：确保能够在云端复制应用程序的网络依赖。这取决于应用程序的具体需求，有些传统 IT 应用程序可以通过配置文件调整组件之间的网络依赖，而许多应用程序则需要自定义网络配置。云服务器通常托管在虚拟专用云（VPC）中，VPC 可以创建一个专用网络，并根据应用程序的依赖进行配置，例如特定的网络地址。许多公共云还支持用户将自己的 IP 地址（BYOIP）迁移到云端。
3. 连接到本地资源 ：应用程序可能需要继续连接到无法迁移到云端的现有本地资源，如记录系统和数据库，以及企业现有的企业安全组件，如单点登录（SSO）和授权产品、监控和备份实用程序。企业的安全要求可能要求所有对应用程序的请求都通过企业内部网进入，而不是直接来自全球互联网。许多公共云提供了通过专用网络连接（如直接连接或直接链路）以及互联网上的虚拟专用网络（VPN）连接到远程数据中心的功能。
4. 解决数据依赖 ：确保应用程序能够访问所需的数据，可以通过云数据库或通过企业内部网与现有记录数据库的外部连接来实现。将数据迁移到云数据库可以提供更好的性能，并且比建立到企业内部网的安全远程连接更容易设置，但共享数据库难以迁移，并且数据驻留要求可能意味着数据库不允许迁移。

以下是“Lift and Shift”迁移的步骤流程图：

graph LR
    A[复制计算环境] --> B[复制网络环境]
    B --> C[连接到本地资源]
    C --> D[解决数据依赖]

1.3 优缺点

• 优点 ：
  • 简单直接 ：是最直接、侵入性最小的云采用路径，能够在短时间内完成迁移。
  • 风险较低 ：迁移过程中对应用程序的更改最小，降低了迁移期间出现中断的风险。
  • 功能和权限迁移较简单 ：对于迁移功能和各种权限来说，复杂性较低。
• 缺点 ：
  • 无法充分利用云原生架构优势 ：早期无法充分获得全功能云原生架构的优势，可能导致错过机会和成本优化不佳。
  • 第三方应用迁移困难 ：如果无法完全复制供应商应用程序所需的本地环境，使用“Lift and Shift”迁移第三方应用程序可能会很困难。
  • 运营成本优势不明显 ：通常无法获得运营费用方面的好处，只是将应用程序迁移到云端，而没有改变管理、运营或部署应用程序的流程和工具。

1.4 实际案例

• Capital One ：在多个会议上分享了其云现代化之旅，描述了重新托管（如“Lift and Shift”）是他们在整个投资组合中采用的多种策略之一。
• Accenture ：帮助 Corteva（原杜邦公司的一部分）通过“Lift and Shift”将其实验室信息管理系统（LIMS）迁移到 Azure。

2. Virtualize the Application

如果你希望将现有应用程序迁移到云端，同时避免更改应用程序的编写方式，但愿意改变应用程序的部署方式，以便在云端更好地运行，那么“Virtualize the Application”是一个不错的选择。

2.1 裸金属服务器的问题

在传统 IT 环境中，应用程序通常部署在裸金属服务器的操作系统上。然而，裸金属服务器存在一些问题：
- 运营资源需求高 ：运行应用程序需要运营人员先在服务器上安装操作系统，安装运行应用程序所需的任何中间件或其他依赖项，然后将应用程序安装到操作系统中。这个过程可以使用自动化技术（如 Ansible）进行部分自动化，但仍需要编写自动化脚本或至少定位和测试现有的脚本。
- 缺乏弹性 ：裸金属服务器无法透明地利用云端的任何可用服务器。如果裸金属服务器出现故障，必须配置另一台服务器，并重新安装操作系统、应用程序及其所有依赖项。
- 绑定性强 ：安装在裸金属服务器操作系统上的应用程序与该服务器紧密绑定，理想情况下，运营人员应该只在操作系统中安装一次应用程序，然后能够将该包从一台服务器移动到另一台服务器，而无需每次都从头开始。

2.2 操作步骤

将应用程序虚拟化的方法是将应用程序打包为虚拟服务器，以便可以在虚拟机管理程序中托管。虚拟机管理程序可以托管在云端，从而将应用程序托管在云端。具体步骤如下：
1. 选择虚拟机管理程序 ：所有云服务提供商都至少支持一种虚拟机管理程序类型，作为其基础设施即服务（IaaS）的一部分。
2. 打包应用程序 ：将应用程序安装在虚拟服务器的操作系统中，并将其打包为虚拟服务器。如果应用程序被打包为应用程序包，则更容易部署，包括安装到虚拟服务器的操作系统中。
3. 部署虚拟服务器 ：在虚拟机管理程序中部署虚拟服务器，应用程序即可在云端运行。

以下是“Virtualize the Application”的操作步骤列表：
1. 选择云服务提供商支持的虚拟机管理程序。
2. 将应用程序安装在虚拟服务器的操作系统中。
3. 打包应用程序为虚拟服务器。
4. 在虚拟机管理程序中部署虚拟服务器。

2.3 优缺点

• 优点 ：
  • 提高灵活性 ：应用程序不再与特定的物理机器绑定，可以在云端环境中的任何虚拟机管理程序中移动，更容易从故障中恢复。
  • 可重复性 ：操作系统或应用程序的补丁更新变得更加可重复，因为工作在开发环境中完成，新版本的操作系统和应用程序在发布到生产环境之前会在开发环境中进行测试。
• 缺点 ：
  • 特定于虚拟机管理程序 ：应用程序的虚拟化是针对特定的虚拟机管理程序进行的，如果需要切换到其他虚拟机管理程序，可能需要重新打包和重新部署应用程序。
  • 操作差异 ：不同云服务提供商在管理虚拟机镜像方面存在操作差异，这可能导致应用程序对特定虚拟机管理程序和云服务提供商产生“粘性”。

2.4 实际案例

应用程序虚拟化已经有几十年的历史，有数百个案例研究证明了虚拟化相对于在裸金属服务器上运行的优势。

“Lift and Shift”和“Virtualize the Application”是两种常见的云迁移和应用现代化模式，它们各有优缺点，适用于不同的场景。在选择迁移模式时，企业需要根据自身的技术能力、资金状况、时间要求等因素进行综合考虑。同时，这两种模式也可以结合使用，以实现更好的迁移效果。

云迁移与应用现代化模式探索

3. Containerize the Application

当希望进一步提升应用在云端的部署效率和灵活性时，“Containerize the Application”是一个值得考虑的选择。它在虚拟化的基础上，提供了更轻量级和高效的部署方式。

3.1 容器化的优势

容器化应用相比虚拟化具有以下优势：
- 资源利用率高 ：容器共享操作系统内核，不需要像虚拟机那样为每个实例分配独立的操作系统，从而可以在相同的硬件资源上运行更多的应用实例，提高了资源利用率。
- 快速部署和启动 ：容器的启动速度非常快，通常只需要几秒钟，而虚拟机的启动可能需要几分钟。这使得应用的部署和更新更加迅速。
- 环境一致性 ：容器将应用及其依赖项打包在一起，确保在不同的环境中（开发、测试、生产）具有一致的运行环境，减少了因环境差异导致的问题。

3.2 操作步骤

将应用程序容器化的一般步骤如下：
1. 编写 Dockerfile ：Dockerfile 是一个文本文件，用于定义容器的构建过程。它包含了一系列的指令，如基础镜像的选择、应用程序的安装和配置等。以下是一个简单的 Dockerfile 示例：

# 使用基础镜像
FROM python:3.9

# 设置工作目录
WORKDIR /app

# 复制应用程序代码到容器中
COPY . .

# 安装应用程序依赖
RUN pip install -r requirements.txt

# 暴露应用程序端口
EXPOSE 5000

# 定义容器启动时执行的命令
CMD ["python", "app.py"]

2. 构建 Docker 镜像 ：使用 Docker 命令根据 Dockerfile 构建镜像。在终端中执行以下命令：

docker build -t myapp:1.0 .

其中， -t 用于指定镜像的标签， myapp:1.0 表示镜像的名称和版本， . 表示当前目录。
3. 运行 Docker 容器 ：使用构建好的镜像启动容器。执行以下命令：

docker run -p 5000:5000 myapp:1.0

-p 用于将容器的端口映射到主机的端口， 5000:5000 表示将容器的 5000 端口映射到主机的 5000 端口。

以下是“Containerize the Application”的操作步骤流程图：

graph LR
    A[编写 Dockerfile] --> B[构建 Docker 镜像]
    B --> C[运行 Docker 容器]

3.3 优缺点

• 优点 ：
  • 高效部署 ：容器的轻量级特性使得应用的部署更加高效，可以快速扩展和收缩应用实例。
  • 环境隔离 ：容器提供了一定程度的环境隔离，不同的容器可以运行不同版本的应用和依赖项，互不干扰。
  • 跨平台兼容性 ：容器可以在不同的操作系统和云平台上运行，提高了应用的可移植性。
• 缺点 ：
  • 安全挑战 ：由于容器共享操作系统内核，一旦容器中的应用出现安全漏洞，可能会影响到其他容器。
  • 管理复杂性 ：随着容器数量的增加，容器的管理和编排变得复杂，需要使用专门的工具（如 Kubernetes）来进行管理。

3.4 实际案例

许多大型企业已经成功地将应用程序容器化，例如 Netflix 使用容器化技术来管理其大规模的视频流服务，提高了服务的可靠性和可扩展性。

4. Refactor the Monolith

对于一些传统的单体应用（Monolith），如“Big Ball of Mud”或“Modular Monolith”，“Refactor the Monolith”可以将其重构为分布式架构，以更好地适应云端环境。

4.1 重构的必要性

单体应用在发展过程中可能会面临以下问题：
- 代码复杂性高 ：随着业务的增长，单体应用的代码量会不断增加，导致代码变得复杂难以维护。
- 部署困难 ：单体应用的部署通常需要重新部署整个应用，效率低下，并且容易引入新的问题。
- 扩展性差 ：单体应用难以根据不同业务模块的需求进行独立扩展，限制了应用的性能和灵活性。

4.2 操作步骤

将单体应用重构为分布式架构的一般步骤如下：
1. 识别业务模块 ：对单体应用进行分析，识别出不同的业务模块，例如用户管理、订单管理、商品管理等。
2. 拆分服务 ：将每个业务模块拆分为独立的微服务。每个微服务都有自己的代码库、数据库和部署方式。
3. 设计接口 ：定义微服务之间的接口，确保它们可以相互通信和协作。可以使用 RESTful API 或其他通信协议。
4. 部署和管理 ：使用容器化和编排工具（如 Kubernetes）来部署和管理微服务。

以下是“Refactor the Monolith”的操作步骤列表：
1. 分析单体应用，识别业务模块。
2. 将业务模块拆分为独立的微服务。
3. 设计微服务之间的接口。
4. 使用容器化和编排工具部署和管理微服务。

4.3 优缺点

• 优点 ：
  • 提高可维护性 ：将单体应用拆分为多个微服务后，每个微服务的代码量减少，更容易理解和维护。
  • 独立扩展 ：可以根据不同微服务的需求进行独立扩展，提高了应用的性能和灵活性。
  • 快速迭代 ：微服务的独立开发和部署使得应用的迭代速度更快，能够更快地响应业务需求。
• 缺点 ：
  • 开发和管理成本高 ：重构和管理分布式架构需要更高的技术水平和开发成本，包括微服务之间的通信、数据一致性等问题。
  • 调试困难 ：由于微服务之间的交互复杂，调试和排查问题变得更加困难。

4.4 实际案例

Amazon 是将单体应用重构为分布式架构的典型案例。通过将其电子商务平台拆分为多个微服务，Amazon 提高了系统的可扩展性和响应速度，能够更好地应对高并发的业务需求。

5. Start Small and Pave the Road

在进行云迁移和应用现代化时，“Start Small and Pave the Road”是一种明智的策略。它可以帮助企业降低风险，逐步积累经验，最终实现全面的云迁移和现代化。

5.1 策略的重要性

• 降低风险 ：从小规模的项目开始，可以减少迁移过程中出现问题的影响范围，降低风险。
• 积累经验 ：通过小规模项目的实践，企业可以积累云迁移和应用现代化的经验，为大规模迁移做好准备。
• 验证可行性 ：在小规模项目中验证迁移方案的可行性，避免在大规模迁移时出现不可预见的问题。

5.2 操作步骤

采用“Start Small and Pave the Road”策略的步骤如下：
1. 选择试点项目 ：选择一个相对简单、风险较低的项目作为试点，例如一个独立的业务模块或一个小型应用。
2. 制定迁移计划 ：根据试点项目的特点，制定详细的迁移计划，包括迁移的步骤、时间节点和责任人。
3. 执行迁移 ：按照迁移计划执行试点项目的迁移，并进行测试和验证。
4. 总结经验 ：对试点项目的迁移过程进行总结，分析存在的问题和成功的经验，为后续的迁移提供参考。
5. 逐步扩大范围 ：在试点项目成功的基础上，逐步扩大迁移的范围，最终实现全面的云迁移和应用现代化。

以下是“Start Small and Pave the Road”策略的操作步骤流程图：

graph LR
    A[选择试点项目] --> B[制定迁移计划]
    B --> C[执行迁移]
    C --> D[总结经验]
    D --> E[逐步扩大范围]

总结

云迁移和应用现代化是企业数字化转型的重要组成部分。“Lift and Shift”、“Virtualize the Application”、“Containerize the Application”、“Refactor the Monolith”等模式各有优缺点，适用于不同的场景。同时，“Start Small and Pave the Road”策略可以帮助企业降低风险，逐步实现云迁移和应用现代化的目标。企业在选择迁移模式和策略时，应根据自身的技术能力、资金状况、业务需求等因素进行综合考虑，以实现最佳的迁移效果。

模式	优点	缺点	适用场景
Lift and Shift	简单直接、风险低、功能和权限迁移简单	无法充分利用云原生架构优势、第三方应用迁移困难、运营成本优势不明显	技术能力、资金或时间受限，需要快速迁移应用
Virtualize the Application	提高灵活性、可重复性	特定于虚拟机管理程序、操作差异导致“粘性”	希望避免更改应用编写方式，改变部署方式以适应云端
Containerize the Application	资源利用率高、快速部署和启动、环境一致性	安全挑战、管理复杂性	追求更高的部署效率和灵活性
Refactor the Monolith	提高可维护性、独立扩展、快速迭代	开发和管理成本高、调试困难	传统单体应用面临代码复杂、部署困难、扩展性差等问题