宕機(jī)時(shí)間少七倍，揭秘AWS基礎(chǔ)設(shè)施的運(yùn)維之道

從2006年8月份正式開通云服務(wù)，到2020年第三季度收入達(dá)到116億美元，同比增長(zhǎng)29%，年化收入達(dá)到460億美元。AWS營(yíng)收規(guī)模在一個(gè)IT產(chǎn)業(yè)史上堪稱神話，這背后數(shù)據(jù)中心等基礎(chǔ)設(shè)施功不可沒。如果沒有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)中心作為支撐，為全球數(shù)以萬(wàn)計(jì)用戶提供各種各樣云服務(wù)，AWS不可能連續(xù)多年保持如此驚人的增長(zhǎng)速度。

一直以來(lái)，AWS的數(shù)據(jù)中心無(wú)論是數(shù)量、規(guī)模、設(shè)計(jì)、運(yùn)營(yíng)都充滿神秘感，外界對(duì)其是知之甚少，也是業(yè)界眾多伙伴十分感興趣的。在今年的AWS re:Invent大會(huì)上，AWS全球基礎(chǔ)架構(gòu)和客戶支持資深副總裁Peter DeSantis甩出諸多干貨，詳細(xì)介紹了AWS的數(shù)據(jù)中心在面向全球服務(wù)眾多用戶是如何做到穩(wěn)定、定制和環(huán)保的。

任何設(shè)備都會(huì)壞

數(shù)據(jù)中心等基礎(chǔ)設(shè)施是云服務(wù)商的核心命脈，由于大部分云服務(wù)商隨著業(yè)務(wù)的增長(zhǎng)，其數(shù)據(jù)中心的規(guī)模和設(shè)備數(shù)量也會(huì)隨之膨脹，帶來(lái)的就是數(shù)據(jù)中心故障和宕機(jī)風(fēng)險(xiǎn)的增長(zhǎng)。AWS作為全球云計(jì)算巨頭，其數(shù)據(jù)中心規(guī)模無(wú)出其右，它又是如何看待風(fēng)險(xiǎn)以及解決風(fēng)險(xiǎn)的。

“不要去回避各種故障，因?yàn)槿魏卧O(shè)備都會(huì)壞，你需要做的就是預(yù)測(cè)什么時(shí)候壞，并且做好準(zhǔn)備。”--這就是AWS在數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)營(yíng)和維護(hù)的核心原則。也正是在這個(gè)原則的指導(dǎo)下，AWS一年的平均宕機(jī)時(shí)間比2018年規(guī)模次大的云端供應(yīng)商少七倍之多。

面對(duì)規(guī)模如此之大、復(fù)雜性如此高的數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施，AWS的首先思路就是降低各種設(shè)備的復(fù)雜性，比如發(fā)電機(jī)組的配電系統(tǒng)和UPS，這些都是傳統(tǒng)廠商生產(chǎn)的通用型產(chǎn)品，往往擁有豐富的功能和極高的復(fù)雜性，“部件越復(fù)雜的東西意味著壞的概率就越大。配電系統(tǒng)的控制系統(tǒng)是嵌入式系統(tǒng)，非常復(fù)雜，很多功能其實(shí)并不是AWS所需要的。”AWS大中華區(qū)產(chǎn)品部計(jì)算與存儲(chǔ)總監(jiān)周舸介紹道。

為此，AWS的思路就是降低產(chǎn)品的復(fù)雜性，既符合自身業(yè)務(wù)需求，又提升了運(yùn)維的簡(jiǎn)易性。比如，AWS針對(duì)自身情況做了一套控制器系統(tǒng)，一旦有問(wèn)題發(fā)生，可以馬上進(jìn)行修改，做到盡量不影響到用戶業(yè)務(wù)；又如，AWS將數(shù)據(jù)中心UPS電池做小,通過(guò)自己的軟件來(lái)控制UPS，當(dāng)每個(gè)單元設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，其所帶來(lái)的麻煩也下降很多。

除了數(shù)據(jù)中心部件級(jí)的運(yùn)維之外，AWS對(duì)于整個(gè)地理區(qū)域的可用區(qū)都有著全面的保護(hù)機(jī)制。據(jù)悉，AWS細(xì)分地理區(qū)域和可用區(qū)（AZ），這與其他云提供商有很大不同：首先，遠(yuǎn)距離的可用區(qū)設(shè)置，可以降低自然災(zāi)難（火災(zāi)，水災(zāi)…）帶來(lái)的業(yè)務(wù)中斷風(fēng)險(xiǎn)；其次，用戶選擇最近站點(diǎn)接入以低延遲訪問(wèn)AWS云資源；第三，AWS分別管理每個(gè)區(qū)域中的運(yùn)維，將故障分割；

“從最小的零件，到整個(gè)可用區(qū)的架構(gòu)，AWS是一層層思考如果發(fā)生了故障或者宕機(jī)會(huì)給用戶帶來(lái)哪種影響，并且盡量不影響到用戶的業(yè)務(wù)。”周舸補(bǔ)充道。

定制芯片，讓數(shù)據(jù)中心發(fā)揮極致

在數(shù)據(jù)中心等基礎(chǔ)設(shè)施中，芯片擔(dān)當(dāng)著計(jì)算的重任，對(duì)于整個(gè)數(shù)據(jù)中心的能耗、效率、性能、運(yùn)維等都有著重要影響。同樣，AWS在針對(duì)不同應(yīng)用和需求定制芯片上也在持續(xù)發(fā)力，持續(xù)打造數(shù)據(jù)中心的極致能。

在AWS Nitro方面，已經(jīng)成為數(shù)據(jù)中心物理資源的一個(gè)抽象層，AWS云平臺(tái)通過(guò)AWS Nitro控制器向Amazon EC2添加網(wǎng)絡(luò)，存儲(chǔ)和安全資源。今年，Nitro已經(jīng)成功發(fā)展到第四代。

在剛剛推出的Amazon EC2 Mac計(jì)算實(shí)例中，就是AWS通過(guò)在在Mac Mini上安裝了Nitro Controller，沒有Hypervisor的Nitro Controller可以安全快速地連接到Mac Mini。那些為iPhone、iPad、Mac、Apple Watch、Apple TV和Safari開發(fā)應(yīng)用的開發(fā)人員，可以通過(guò)使用EC2 Mac實(shí)例，在幾秒鐘內(nèi)配置和訪問(wèn)macOS環(huán)境，根據(jù)需求動(dòng)態(tài)擴(kuò)展容量。

AWS Graviton是基于ARM的芯片組，今年推出了AWS Graviton 2作為通用處理器；高性價(jià)比的AWS Graviton 2不僅可以很好地處理前端工作負(fù)載，對(duì)于IO密集型工作負(fù)載也很友好。

事實(shí)上，當(dāng)前芯片處理器已經(jīng)發(fā)展到一個(gè)十字路口，最近幾年以來(lái)，芯片處理器能力的提升一直不太明顯，芯片頻率提升在減慢，取而代之的是芯片核心數(shù)在不斷提升，處理器走向并行處理的趨勢(shì)明顯。

“有三個(gè)條件在影響多核處理器的發(fā)展。首先是多核操作系統(tǒng)；其次是多核應(yīng)用程序；另外一個(gè)就是微服務(wù)。2015年之后，容器、無(wú)服務(wù)等微服務(wù)化發(fā)展迅速，微服務(wù)將工作負(fù)載切分的很細(xì)，這就對(duì)計(jì)算資源要求很細(xì)，特別是和多核架構(gòu)?！敝荇赐嘎?。

現(xiàn)在傳統(tǒng)處理器因?yàn)樾枰嫒輦鹘y(tǒng)工作負(fù)載，所以芯片越做越大、越來(lái)越復(fù)雜，增加了很多功能，比如SMT多線程控制組件，SMT雖然可以多個(gè)線程共享和共用計(jì)算資源，但也會(huì)帶來(lái)工作負(fù)載不平衡、性能容易受影響以及安全隱患等問(wèn)題?！癎raviton 2這樣的多核處理器就能很好地解決這些問(wèn)題?！敝荇幢硎?。

可再生能源，讓數(shù)據(jù)中心走向環(huán)保

有人統(tǒng)計(jì)，目前全球數(shù)據(jù)中心的電力消耗總量已經(jīng)占據(jù)了全球電力使用量的百分之三，到2025年，全球數(shù)據(jù)中心使用的電力總量按現(xiàn)在的電力價(jià)格來(lái)估算的話，將會(huì)超過(guò)百億美元，年均復(fù)合增長(zhǎng)率將達(dá)到6%。隨著全球數(shù)字化腳步的提速，未來(lái)對(duì)于超大型數(shù)據(jù)中心的需求也上升。AWS作為超大型數(shù)據(jù)中心的運(yùn)營(yíng)者，其對(duì)于數(shù)據(jù)中心走向環(huán)保的步伐正在持續(xù)加速。

環(huán)保，也是今年P(guān)eter DeSantis在re:Invent大會(huì)上演講的一個(gè)核心議題。

據(jù)悉，AWS致力于以盡可能環(huán)保的方式運(yùn)營(yíng)業(yè)務(wù)，并實(shí)現(xiàn)全球基礎(chǔ)設(shè)施100%使用可再生能源。AWS正朝著到2025年100%利用可再生能源的道路前進(jìn)，比其最初的2030年目標(biāo)提前了五年。

為此，AWS用多項(xiàng)舉措來(lái)提高用水的效率，減少用于冷卻數(shù)據(jù)中心的飲用水的使用。AWS通過(guò)評(píng)估每個(gè)AWS區(qū)域的氣候模式、當(dāng)?shù)厮Y源管理和可用性以及保護(hù)飲用水水源的機(jī)會(huì)來(lái)制定用水戰(zhàn)略。

此外，亞馬遜宣布了五個(gè)新的公用事業(yè)規(guī)模的太陽(yáng)能項(xiàng)目，為中國(guó)、澳大利亞和美國(guó)的全球業(yè)務(wù)提供電力，一共增加615 MW再生能源發(fā)電能力，預(yù)計(jì)每年發(fā)電120萬(wàn)MW。

2020年亞馬遜對(duì)可再生能源的總投資項(xiàng)目已達(dá)到35個(gè)，裝機(jī)容量超過(guò)4 GW，這也是目前世界上單一企業(yè)在1年內(nèi)對(duì)可再生能源的最大的一筆投資。這些新項(xiàng)目將使亞馬遜所擁有的可再生能源的的總裝機(jī)容量在2020年達(dá)到6.5 GW，并成為有史以來(lái)最大的企業(yè)可再生能源采購(gòu)商。

事實(shí)上，AWS對(duì)于數(shù)據(jù)中心環(huán)保的投入，不僅僅是對(duì)于自身成本的一直控制，更是踐行環(huán)保理念的責(zé)任體現(xiàn)。面向未來(lái)，AWS在數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域的建設(shè)理念必然會(huì)影響到全球更多用戶和同行，為基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展帶來(lái)全新的思考。