20、多云环境：机遇、挑战与应对策略

多云环境：机遇、挑战与应对策略

1. 多云环境概述

如今，企业更倾向于采用多云模式，即数据存储在一个或多个云平台，应用程序及其组件在其他云平台托管和运行，数据分析则在不同的云平台实现。企业开始寻求避免数据丢失和停机的方法，以更好地支持不同的应用程序，同时满足弹性应用支持、客户管理和数据分析等需求。多云计算有助于解决这些挑战，其重点在于跨多个云平台配置、管理和监控工作负载。

2. 云编排的兴起

当基础设施即服务（IaaS）云计算开始兴起时，手动拼凑CPU、内存、操作系统、存储、中间件解决方案、网络和数据库等以支持多层应用程序是漫长过程的一部分。对于许多刚开始使用云的企业来说，灵活性和可扩展性的好处超过了部署和管理的便捷性。但现在情况不同了，全球已经有了企业级的IaaS和平台即服务（PaaS）云环境，应用程序的规模和复杂性也在不断攀升。因此，为满足云服务用户的需求，管理云基础设施对云IT团队来说成为了巨大的挑战。这正是云编排概念成为热门趋势的原因。

已有的产品供应商开发了编排工具，以帮助云IT人员、管理员和操作员快速配置和准备合适的云基础设施实例，用于安装和运行软件应用程序。云编排工具能提高对云资源和流程的可见性，编排软件将所有可能的云资源整合起来，并提供一种机制来链接和自动化组织所需的各种服务的配置。采用云编排及其独特工具具有以下优势：
- 实现灾难恢复能力，在云中心故障和灾难期间确保服务持续可用。
- 为移动用户、分支机构和骨干云中心提供随时随地、通过任何网络、设备访问任何应用程序和内容的低延迟保障。
- 整合和自动化组织供应商/合作伙伴/客户生态系统中的业务流程。
- 维护数据主权，满足多个司法管辖区的数据隐私要求。
- 提供运营灵活性，根据财务、工作负载平衡、维护或便利性等因素，在最合适的地方运行工作负载。企业可以使用一系列服务部署到公共云、私有云和混合云。
- 降低支出：不同云提供商的竞争性价格和服务使企业能够实现最佳成本支出。
- 增强IT自主性：企业避免将所有IT工作负载集中在一个云提供商处。
- 进行定制以提高IT性能：定制可利用多个云供应商的最佳功能。
- 硬件多样性：依赖多个地点和多个提供商可显著降低影响服务质量（QoS）的可能性。

3. 多云部署模型

云部署模型正在不断扩展。随着混合云和多云方法在实现全面分布式计算方面的势头越来越猛，为满足不断变化的业务需求，出现了一些新的云部署场景。其他常见的选择包括在不同状态下设置多个云中心，如主动 - 被动和主动 - 主动。如今，企业更倾向于采用复杂的主动 - 主动方法，以将成本、复杂性和管理工作降至最低。以下是多云部署场景的范围：
- 冷备用
- 温备用
- 热备用
- 带读副本的热备用
- 主动 - 主动：分区数据和访问
- 主动 - 主动：事务一致性
- 主动 - 主动：冲突解决

由于所有工作负载和业务需求并不相同，因此找到适合特定工作负载运行的云环境以实现最佳性能和最低成本至关重要。其他需要考虑的因素包括供应商锁定、网络延迟等。

4. 管理多云环境的挑战

尽管全球企业都意识到了多云方法的战术和战略优势，并热衷于采用该方法，但在采用强大的多云理念时仍面临一些挑战。云环境采取了多种措施来避免数据锁定，但每个云服务和资源提供商都有不同的访问接口，核心云平台不同，获取和激活运行时（裸金属服务器、虚拟机和容器）的过程也不同，将存储与应用程序连接的方式也各不相同。在集成和编排多个云时，我们面临着一些业务、技术和用户方面的挑战。

4.1 技术挑战

挑战类型	具体描述
API	没有单一的集成或基础设施自动化模型能够通用，因为每个云提供商都提供不同的API来访问不同的云服务。
行为	云在常见操作或特定情况下的行为存在许多差异。例如，一些云在启动服务器或实例时会自动配置存储，而其他云则不会。
资源大小和类型	每个云提供商提供的计算、存储和网络资源的大小和类型不同。因此，IT团队必须谨慎地为其工作负载配置最佳的资源大小和类型。
操作系统镜像	每个云提供商都提供独特的操作系统（OS）镜像，这使得在其他云中使用相同镜像运行工作负载变得困难。
虚拟机管理程序	每个云提供商使用的虚拟机管理程序不同，有时甚至是专有的。
应用程序栈	一些云提供商提供常见的预配置应用程序栈（如LAMP、Java或.NET）。
附加服务和功能	每个云提供商除了常见的计算、网络和存储资源外，还提供额外的附加服务和专有功能，如负载均衡、应用服务器、分析工具或数据库。
安全功能	不同云提供商的访问控制功能不同。如果不同提供商要求不同的密码复杂度或身份验证措施，情况会变得更加复杂。
网络功能	每个云提供不同的方式来定义子网、安全组和网络网关，增加了网络规划的难度。

4.2 运营挑战

• 测试：将应用程序部署到多个云需要特定于平台的测试，这需要针对多个云平台进行单独的、多次的自动化测试。
• 工具多样性：DevOps工具必须跟上平台的快速变化。
• 维护安全和治理：企业必须遵守每个云服务提供商的规则和规定，以完全符合安全合规要求。
• 跨多个云栈管理应用程序和基础设施配置：由于云平台没有共享的通用API，暴露了不同的服务定义和计费模型，因此这可能很困难。
• 技术支持和专业知识：需要额外的管理工作和研究来确定最佳的提供商，并确保其服务兼容。

4.3 业务挑战

• 云经纪人：选择合适的云服务提供商需要使用云经纪人软件解决方案，而使用多个云时，拥有云经纪人会增加额外的成本（资本和运营成本）。
• 计费和定价：每个云提供商为具有不同服务质量（QoS）属性的服务提供不同的定价模型。多个计费和定价因素对利用多个云的企业来说无疑是一个挑战，需要一个单一的仪表板来显示所有云的服务费用。
• 技能和培训：云服务提供商使用不同的技术和工具。因此，组织中缺乏对不同云的了解、经验和专业知识可能导致工作负载中断，并增加成本和工作量。
• 规划和执行：选择符合公司业务需求、定价、治理和团队专业知识的服务可能很困难。

5. 多云编排器的作用

云编排是指对自动化任务进行安排和协调，形成一个统一的流程或工作流。许多IT运营组织以临时和机会主义的方式实施自动化，导致形成了一个个孤立的自动化区域，运营灵活性低且成本高。云编排提供了一种系统的方法，可最大限度地发挥自动化的敏捷性优势并降低成本。

云编排允许企业通过跨领域、系统和团队编排流程，加速新创新、应用程序和混合基础设施的交付。IT部门还可以利用统一的门户和受云启发的IT服务模型，实现全栈自动化和监控，从而改善客户体验，提供无错误交付和持续合规性。

云编排是云环境中服务部署的端到端自动化，它是对复杂服务器系统、网络解决方案、存储设备和阵列、中间件和服务的自动化安排、协调和管理。它用于管理云基础设施，为客户提供和分配所需的云资源，如创建虚拟机和容器、分配存储容量、管理网络资源以及授予对云软件的访问权限。通过使用适当的编排机制，用户可以在服务器或任何云平台上部署和开始使用服务。

云编排有三个方面：
- 资源编排：识别和分配资源。
- 工作负载编排：在资源之间共享工作负载。
- 服务编排：在服务器或云环境中部署服务。

尽管存在上述挑战，但随着多云编排工具的广泛可用，多云环境正在稳步发展。这些编排工具能够使多个云提供商看起来像一个单一的提供商，确保在一个配置模型中配置所有云依赖项。它们使企业能够自动部署和管理多云环境。该领域的一些主要参与者包括RightScale、Cloudify、VMware vRealize Orchestrator和IBM Cloud orchestrator，它们在多云环境中提供了一套标准的接口和功能。这些多云管理平台的独特功能包括：
- 从设计到过渡再到部署的应用程序规划和执行。
- 自动安装和配置基础设施包和服务。
- 应用程序环境的配置。
- 部署计划和执行。
- 成本管理：推荐具有成本效益的云服务，并通过单一仪表板跟踪与不同云服务相关的成本。
- 监控整个应用程序栈。
- 安全和治理：控制谁可以查看、创建和执行与环境相关的活动。
- 蓝图模板：可轻松重复使用以创建新环境。
- 报告：提供组织在多个云中消耗的实例的综合报告。

多云编排器工具有助于解决配置、供应和部署多个云环境的挑战，并从单一的自助服务界面集成服务管理。编排软件解决方案将嵌入额外的功能，以满足多云设置、自动化、管理、安全、同步和运营的高级需求。工作流执行能力将是一项关键要求，并且仍有空间开发更具洞察力、集成性、多面性和先进的多云编排工具，以在不同云提供商之间构建更安全、易于设置的标准化工作流，从而缓解多云计算时代带来的挑战。

6. 多云经纪、管理和编排解决方案

对于新兴的多云时代，对创新型云经纪人的需求正在增加。除了经纪人，我们还需要各种形式的中间件解决方案，如消息队列和经纪人，以实现不同云之间的数据集成。同样，我们需要云集成商、连接器、驱动程序、适配器等，以满足应用程序和流程集成的需求。分布在云环境中的云服务需要按需集成，以生成复合的、具有业务意识的、以流程为中心的、企业级和生产级的云应用程序。

7. 领先的云编排工具

7.1 Chef

Chef是一个强大的自动化平台，它将复杂的基础设施转化为代码，使服务器和服务得以运行。Chef可以自动完成网络中应用程序的配置、部署和管理。Chef使用菜谱来确定每个节点的配置方式。菜谱由多个食谱组成，食谱是使用Ruby语言编写的特定服务的自动化脚本。Chef客户端是运行在节点上的代理，负责执行实际的配置任务。Chef可以管理任何能够运行Chef客户端的设备，如物理机、虚拟机、容器或基于云的实例。Chef服务器是所有配置数据的中央存储库。Chef客户端和Chef服务器通过公钥和私钥的组合进行安全通信，确保Chef服务器只响应Chef客户端的请求。此外，还有一个独立客户端Chef - solo可供选择安装。

7.2 Puppet

Puppet需要在目标节点上安装主服务器和客户端代理，并提供了一个类似于Chef - solo的独立客户端选项。我们可以使用Puppet命令下载和安装部署模块。与Chef一样，Puppet也有付费的企业版，提供报告和编排/推送部署等额外功能。然而，虽然Chef和Puppet执行的基本功能相同，但它们的方法有所不同。Chef似乎更加集成和单一，而Puppet由多个服务组成。这使得Chef在启动、运行和管理方面可能稍微容易一些。两者各有优缺点，我们需要根据运营团队和基础设施开发工作流程来评估哪种更合适。

7.3 OpenStack

OpenStack是一个免费的开源云计算软件平台，主要用作基础设施即服务（IaaS）解决方案。它由一系列相互关联的项目组成，用于控制云中心的处理、存储和网络资源池。用户可以通过基于Web的仪表板、命令行工具或RESTful API来管理这些资源。OpenStack的主要组件包括：
- Nova（计算）
- Cinder（块存储）
- Glance（镜像库）
- Swift（对象存储）
- Neutron（网络）
- Keystone（身份验证）
- Heat（编排工具）

Heat是OpenStack基于模式的编排机制，通过执行适当的OpenStack API调用来描述云应用程序，从而提供基于模板的编排。该软件将OpenStack的其他核心组件集成到一个单文件模板系统中。模板允许创建大多数OpenStack资源类型（如实例、浮动IP、卷、安全组和用户），以及更高级的功能，如高可用性、实例自动扩展和嵌套堆栈。

我们可以使用Heat而不是编写脚本来管理OpenStack中的所有软件（如设置服务器、添加卷、管理网络等）。具体操作步骤如下：
1. 创建一个Heat模板，指定所需的基础设施。
2. 如果需要对现有服务进行进一步更改，只需修改Heat模板。
3. 重新运行模板时，Heat引擎将进行必要的更改。
4. 完成后，清理并释放资源，以便其他需要的人使用。

Heat模板通过Heat引擎会创建一个资源栈，资源栈是Heat中的基本货币单位。我们在Heat模板中编写多个资源，每个资源都是OpenStack中具有对象ID的对象。Heat会创建这些对象并跟踪它们的ID。我们还可以使用嵌套栈，它是Heat栈中的一个资源，指向另一个Heat栈，就像一个栈树，对象之间的关系可以从Heat模板中推断出来。这种嵌套功能使独立团队能够在Heat栈上工作，然后将它们合并在一起。Heat的主要组件是Heat引擎，它提供编排功能。Heat编排模板（HOT）是Heat原生的，用YAML表示。

7.4 Juju

Juju是一个开源的自动服务编排管理工具，可让我们在各种云服务和服务器上部署、管理和扩展软件及服务。Juju可以显著减少产品服务部署和配置的工作量。它是在所有主要公共云和容器上建模和部署应用程序或解决方案的最快方式，能将部署时间从数天缩短至数分钟。Juju可以与现有的配置管理工具协同工作，轻松地对工作负载进行扩展或缩减。它支持所有主要公共云，如亚马逊网络服务、Azure、OpenStack和LXC容器，还提供了一个在本地机器上快速轻松测试部署的环境。用户可以使用捆绑包在几秒钟内部署整个云环境，节省大量时间和精力。

Juju利用魅力（charms），这是一种开源工具，可简化特定的部署和管理任务。魅力是一组可以用任何语言编写的脚本，根据特定条件触发钩子。服务部署后，Juju可以定义服务之间的关系，并将一些服务暴露给外部世界。魅力赋予了Juju强大的功能，它们封装了应用程序配置，定义了服务的部署方式、与其他服务的连接方式以及扩展方式。魅力还定义了服务如何集成，以及它们的服务单元在分布式环境中如何响应事件，由Juju进行编排。一个Juju魅力通常包含了通过向集群添加机器来水平扩展服务所需的所有智能，同时保持与依赖该服务的所有服务的关系。这使得我们能够构建（并扩展和缩减）我们想要的服务，特别是在云中。Juju提供了命令行界面和直观的Web应用程序，用于设计、构建、配置、部署和管理云基础设施。

7.5 Docker

Docker是一个开放的、支持容器化的平台，用于快速开发、交付、运行和部署应用程序。容器化是一种操作系统级的虚拟化，通过这种新引入的抽象实现了软件的可移植性。它对软件行业产生了巨大的影响，提高了软件交付的速度，消除了开发和运营团队之间的手动交接，使部署过程具有100%的可重复性。一旦应用程序被容器化，它可以在任何环境中运行，无需任何调整。容器技术成为建立和确保多云战略的基础构建块，原因如下：
- 加速软件安装：过去，我们需要手动安装软件、配置操作系统等，以赋予软件用户独特的功能。现在，我们可以轻松为任何应用程序、数据库和中间件创建Docker镜像，通过单个命令将镜像转换为可以在任何环境中运行的容器。
- 通过隔离实现安全：通过各种内核级功能，容器与其他容器以及底层Docker主机分离。容器内的应用程序无法看到其他容器化的应用程序、数据和网络细节。还可以限制它们使用的CPU、内存和磁盘空间。除了这种隔离，还有其他方法可以提供牢不可破的容器。Docker Hub只允许经过验证和认证的应用程序Docker镜像。
- 随处运行：创建高度可移植的软件一直是IT专家面临的关键挑战，此前尝试的几个概念和抽象都失败了。在IT历史上，基于Docker的容器化范式首次实现了可在任何环境（本地或远程、小型或大型等）运行的可移植软件。
- 促进DevOps功能：一旦应用程序被容器化，应用程序的部署将变得更简单、更快速。容器化运动保证了100%的可重复性，通过容器消除了开发和运营团队之间的长期摩擦。
- 可靠的版本控制：应用程序容器化后，很容易对其进行版本控制和签名。当应用程序在机器上运行时，Docker会告知使用的镜像版本。这消除了维护配置管理数据库的需要，只需查询运行时即可获得准确的清单。
- 实时水平扩展：容器非常轻量级，因此容器的配置速度非常快（只需几秒钟）。因此，在容器化时代，及时完成横向扩展任务是有保障的。
- 轻松实现高可用性：在同一台机器或相邻机器上启动容器非常快，并且可以同时配置多个容器。所有这些都表明应用程序的可用性非常高。

综上所述，多云环境为企业带来了诸多机遇，但也面临着挑战。通过合理利用云编排工具和技术，企业可以更好地应对这些挑战，实现多云环境的高效管理和应用。

8. 各云编排工具对比分析

为了更清晰地了解各云编排工具的特点，我们可以通过以下表格进行对比分析：
|工具名称|类型|主要功能|优势|劣势|适用场景|
| ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- |
|Chef|自动化平台|将复杂基础设施转化为代码，自动完成应用程序配置、部署和管理|集成性强，容易上手和管理|功能相对集中|适用于对基础设施配置管理要求较高，希望简化管理流程的企业|
|Puppet|配置管理工具|通过主服务器和客户端代理管理节点，提供部署模块|有企业版额外功能，多服务组成灵活性高|管理相对复杂|适用于需要灵活配置和管理多个节点，对功能扩展性有要求的企业|
|OpenStack|开源云计算平台|控制云中心资源池，Heat提供模板编排|开源免费，功能全面，可创建多种资源类型和高级功能|学习成本较高|适用于构建大规模云基础设施，对资源管理和编排有复杂需求的企业|
|Juju|自动服务编排管理工具|在多种云服务和服务器上部署、管理和扩展软件及服务|部署速度快，可与现有工具协同，支持多种云|依赖魅力脚本|适用于需要快速部署和扩展应用程序，希望在多个云环境中灵活操作的企业|
|Docker|容器化平台|支持应用程序的容器化开发、交付和运行|实现软件可移植性，提高交付速度和部署可重复性|容器安全管理需额外关注|适用于追求软件快速迭代和部署，希望实现跨环境运行的企业|

9. 多云环境下的最佳实践建议

9.1 规划阶段

• 明确业务需求 ：深入了解企业的业务目标、工作负载特点和性能要求，以此为基础选择合适的云服务和部署模型。例如，如果业务对数据安全性要求极高，可能更适合选择私有云或混合云部署。
• 评估云提供商 ：综合考虑云提供商的服务质量、价格、技术支持、安全措施等因素。可以通过市场调研、参考其他企业的经验等方式进行评估。
• 制定安全策略 ：制定全面的安全策略，包括数据加密、访问控制、身份验证等，确保在多个云环境中数据的安全性和合规性。

9.2 实施阶段

• 选择合适的编排工具 ：根据企业的技术栈、团队能力和业务需求，选择最适合的云编排工具。可以先进行小规模的试点项目，验证工具的可行性和效果。
• 进行自动化部署 ：利用编排工具实现应用程序和基础设施的自动化部署，提高部署效率和准确性，减少人为错误。
• 建立监控和管理机制 ：建立实时监控系统，对多云环境中的资源使用情况、应用程序性能、安全状况等进行监控和管理，及时发现并解决问题。

9.3 运营阶段

• 持续优化 ：根据监控数据和业务需求的变化，持续优化云资源的配置和使用，提高资源利用率和成本效益。
• 加强团队培训 ：定期对团队成员进行培训，提升他们对不同云技术和工具的掌握程度，确保团队具备应对各种问题的能力。
• 保持灵活性 ：多云环境具有一定的复杂性和不确定性，企业需要保持灵活性，能够根据市场变化和技术发展及时调整策略。

10. 未来趋势展望

10.1 编排工具的智能化发展

未来的云编排工具将更加智能化，能够自动分析企业的业务需求和云环境状况，提供更优化的资源配置和部署方案。例如，通过机器学习算法预测资源需求，实现自动扩缩容。

10.2 多云环境的融合与统一

随着技术的发展，多云环境将更加融合和统一，不同云提供商之间的接口和标准将逐渐趋于一致，降低企业在多云环境中的管理难度。

10.3 安全技术的升级

在多云环境中，安全问题始终是关键。未来将出现更先进的安全技术，如零信任架构、区块链安全等，保障多云环境中数据和应用程序的安全。

10.4 绿色云计算的兴起

随着环保意识的增强，绿色云计算将成为未来的发展趋势。企业将更加注重云资源的节能和可持续性，选择具有环保优势的云服务提供商。

11. 总结

多云环境为企业带来了前所未有的机遇，如实现灾难恢复能力、降低成本、增强IT自主性等。然而，也面临着技术、运营和业务等多方面的挑战，如API不统一、测试复杂、云经纪人成本高等。为了应对这些挑战，企业可以借助云编排工具，如Chef、Puppet、OpenStack、Juju和Docker等，实现资源的有效管理和应用程序的高效部署。

在选择云编排工具时，企业需要根据自身的业务需求、技术栈和团队能力进行综合评估。同时，遵循最佳实践建议，在规划、实施和运营阶段做好各项工作，以实现多云环境的最佳效益。未来，随着技术的不断发展，多云环境将朝着智能化、融合化、安全化和绿色化的方向发展，企业应密切关注这些趋势，及时调整策略，以适应不断变化的市场环境。

通过合理利用多云环境和云编排工具，企业能够在竞争激烈的市场中获得更大的优势，实现业务的快速发展和创新。

下面是一个mermaid格式的流程图，展示了企业在多云环境中的整体流程：

graph LR
    classDef startend fill:#F5EBFF,stroke:#BE8FED,stroke-width:2px;
    classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px;
    classDef decision fill:#FFF6CC,stroke:#FFBC52,stroke-width:2px;

    A([明确业务需求]):::startend --> B(评估云提供商):::process
    B --> C(制定安全策略):::process
    C --> D(选择编排工具):::process
    D --> E(自动化部署):::process
    E --> F(建立监控和管理机制):::process
    F --> G{是否需要优化?}:::decision
    G -- 是 --> H(持续优化):::process
    H --> F
    G -- 否 --> I(加强团队培训):::process
    I --> J(保持灵活性):::process
    J --> K([持续运营]):::startend

这个流程图展示了企业从明确业务需求开始，到选择云提供商、制定策略、进行部署和监控，再到持续优化和运营的整个过程，体现了企业在多云环境中的闭环管理。