AWS云平台系列介绍（一）：AWS平台与EC2介绍

AWS整体介绍

Amazon平台的产品分为几个部分：

• 计算类：包含弹性计算云（EC2）和弹性MapReduce（Elastic MapReduce）这两个产品。EC2几乎可以认为是迄今为止云计算领域最为成功的产品，通俗地将，就是提供虚拟机。EC2的创新在于允许用户根据需求动态改变虚拟机实例的类型及数量，技术上支持容错并在收费模式上支持按使用量付费，而不是预付费。弹性MapReduce将Hadoop MapReduce搬到云环境中，大量EC2实例动态地成为执行大规模MapReduce计算任务的工作机。
• 存储类：存储类产品较多，包括弹性块存储EBS，简单消息存储SQS，Blob对象存储S3，表格存储系统Simpledb和DynamoDB以及分布式数据库系统RDS。其中，EBS相当于一个分布式块设备，可以直接挂载在EC2实例上，用于替代EC2实例本地存储，从而增强EC2可靠性。另外，S3中的Blob对象能够通过CloudFront缓存到不同地理位置的CDN节点，从而提高访问性能。Simpledb和DynamoDB是分布式表格系统，支持单表的简单操作；RDS是分布式数据库，目前支持Mysql以及Oracle两种数据库。SQS主要用于支持多个任务之间的消息传递，解除任务之间的耦合。
• 工具支持：AWS支持多种开发语言，提供Java、Rupy、Python、PHP、Windows &.NET 以及Android和iOS的工具集。工具集中包含各种语言的SDK，程序自动部署以及各种管理工具。另外，AWS通过CloudWatch系统提供丰富的监控功能。

AWS平台引入了区域（Zone）的概念。它将区域分为两种：地理区域（Region Zone）和可用区域（Availability Zone），其中地理区域是按照实际的地理位置划分的，而可用区域一般是按照数据中心划分的。

如上图，假设用户的网站MyWebSite.com托管在AWS平台的某个可用区域中。用户将Web应用上传到EC2实例中，EC2一般分成多个自动扩展（Auto Scaling）组，并通过弹性负载均衡（Elastic Load Balancing）组件进行负载均衡。用户的Web应用可以访问AWS平台上的存储类服务，包括EBS，S3，Simpledb，DynamoDB，RDS以及SQS。网站上的Blob数据，如视频，图片将通过DNS定位到Amazon CloudFront。CloudFront首先在本地缓存节点查找Blob对象，如果不存在，将请求源站获取S3中存储的Blob对象，这一步操作称为回源。AWS CloudWatch对AWS平台上运行的所有服务及应用程序进行监控。

Amazon EC2

相比传统的虚拟机托管，EC2的最大特点是允许用户根据需求动态调整运行的实例类型和数量，实现按需付费。为了支持这种灵活性，EC2需要在技术上支持容错以及更好的安全性。

架构

Amazon EC2平台主要包含如下部分：

• EC2实例

AMI（Amazon Machine Image）是Amazon虚拟机镜像文件，它是一个可以将用户的应用程序、配置等一起打包的加密机器镜像。用户创建好AMI后，部署在EC2平台上运行，称为一个EC2实例。每个实例自身包含一个本地存储模块（Instance Local Store），临时存放用户数据。如果EC2实例运行过程中出现故障或者实例被终止，存储在其中的数据将会丢失。因此，Amazon建议将重要的数据保存在EBS中以增强可靠性。

• 弹性块存储

弹性块存储（EBS）映射为EC2实例上的块设备，与EC2配合使用。EBS允许用户创建卷（Volume），每个卷可以作为一个设备挂载到EC2实例上。数据在EBS中存储多份，从而保证高可靠性。另外，EBS提供了增量快照功能，可以将当前卷的状态快照增量备份到S3中。假设EBS卷有100G数据，其中只有5GB的数据从上次快照操作以后产生了变化，那么，仅仅需要将这5GB变化的数据备份到S3。

• 弹性负载均衡

弹性负载均衡自动地将流量分发给多个EC2实例，并且在一定程度上支持容错。弹性负载均衡功能可以识别出应用实例的状态，当某个实例出现故障时，它会自动将流量路由到健康的实例上。

EC2存储

EC2本地存储是实例自带的磁盘空间，但它并不是持久的，也就是说这个实例所在的节点出现故障时，相应的磁盘空间也会随之清空，本地存储上的数据随时有丢失的风险。

为了解决本地存储不可靠问题，EC2推出了EBS，数据在EBS中自动在同一个可用区域内复制多份。EBS通过卷来组织数据，每个EBS卷只能挂载到一个EC2实例。EBS卷并不与实例绑定，而是与用户帐号绑定。当EC2实例发生故障时，用户可以在新启动的EC2实例上重新挂载EBS卷。另外，EBS能够以快照的形式将数据增量备份到S3，而S3的数据分布在多个可用区域，进一步增强了可靠性。EBS的设计原理如下：

如上图，EBS包含两个部分：EBS控制层（EBS control plane）及EBS存储节点。EBS客户端通过EBS control plane创建逻辑卷，获取逻辑卷每个副本所在的EBS存储节点位置，然后请求EBS存储节点读写逻辑卷数据。每个逻辑卷存储在多个EBS节点上，多个副本之间数据强同步，其中有一个副本为Primary，其它的为Secondary。当Primary往Secondary传输数据失败时，将请求EBS control plane选取新的EBS节点增加副本，这个过程称为重新镜像（re-mirroring）。EBS control plane负责每个逻辑卷的Primary副本选取，如果Primary出现故障，将选择某个Secondary副本为新的Primary。EC2实例通过EBS客户端访问EBS系统，它们之间遵守一定的协议，比如网络块设备（Network Block Device，NBD）协议，从而EC2实例访问远程EBS节点上的逻辑卷与访问本地的块设备没有差别。

自动缩放

自动缩放（Auto Scaling）可以根据用户自定义的条件，自动调整EC2的计算能力。多个EC2实例组成一个自动缩放组（Auto Scaling Group），当组内的实例负载过高，比如CPU平均使用率超过70%时，可以定义缩放规则自动增加EC2实例；同样地，当组内的实例负载过低时，可以自动缩小EC2实例规模以降低成本。

EC2根据计算能力将实例分为多种类型，如下表：

EC2的一个计算单元称为一个ECU（EC2 Compute Unit），其计算能力相当于1个1.0GHz 2007 Xeon处理器。EC2平台不支持虚拟机实例在线迁移，如果用户需要调整实例类型，EC2内部实现时逻辑上分为两步：a) 终止原有的EC2实例；b) 根据一定的策略（比如负载）动态选择新的服务器节点启动新的EC2实例。自动缩放功能一般会配合弹性负载均衡功能一起使用，弹性负载均衡组件能够自动将流量转发给新实例。

网络路由

通过自动缩放技术，当EC2平台检测到某个实例出现故障时，将动态选择新的节点启动新实例，每个实例重新启动后它的公共IP地址都会发生变化。Internet用户通过域名访问EC2实例，然而，需要一段比较长的时间才能更新公共IP地址与DNS之间的映射关系。为了解决这个问题，EC2提供了两种方式：

1. 弹性负载均衡：EC2新实例重启后通知弹性负载均衡组件，弹性负载均衡组件能够自动将流量切换到新实例。
2. 弹性IP地址：弹性IP地址和用户账号而不是和某个特定的实例绑定，EC2用户可以将DNS域名设置为指向弹性IP地址。新实例启动时，EC2用户只需要使用管理工具将弹性IP地址与新的实例关联起来，Internet用户感觉不到任何差异。