图解云计算架构：基础设施和API

平山毅（作者）

毕业于日本东京理科大学理工学院，专业是计算机科学与统计学。曾在Amazon Web Services同时担任架构师与顾问双职。获得过AWS Certified Solutions Architect-Professional和AWS Certified DevOps Engineer-Professional等多项技术认证。

中岛伦明（作者）

2012年起开始担任日本OpenStack用户协会会长；2015年起担任日本东京大学外聘讲师。目前就职于伊藤忠技术解决方案公司，从事以开源软件为主的新一代云技术的开发与策划工作。

中井悦司（作者）

技术指南与杂志文章作者。就职于红帽公司，致力于推进Linux和开源软件在企业系统中的应用。

矢口悟志（作者）

工学博士，工商管理学硕士。2007年进入野村综合研究所，任高级技术工程师和认证IT架构师。...

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平山毅（作者）

毕业于日本东京理科大学理工学院，专业是计算机科学与统计学。曾在Amazon Web Services同时担任架构师与顾问双职。获得过AWS Certified Solutions Architect-Professional和AWS Certified DevOps Engineer-Professional等多项技术认证。

中岛伦明（作者）

2012年起开始担任日本OpenStack用户协会会长；2015年起担任日本东京大学外聘讲师。目前就职于伊藤忠技术解决方案公司，从事以开源软件为主的新一代云技术的开发与策划工作。

中井悦司（作者）

技术指南与杂志文章作者。就职于红帽公司，致力于推进Linux和开源软件在企业系统中的应用。

矢口悟志（作者）

工学博士，工商管理学硕士。2007年进入野村综合研究所，任高级技术工程师和认证IT架构师。目前从事云计算的研发和Amazon Web Services企业部署的业务开发工作。

森山京平（作者）

工学硕士。目前就职于日本惠普公司。作为惠普OpenStack产品Helion OpenStackProfessional Service的技术专家，为亚洲各国的互联网与云服务供应商实施OpenStack的整合，并为使用了OpenStack的laaS、PaaS云服务提供支持。

元木显弘（作者）

就职于日本电气股份有限公司的OSS推进中心。作为OpenStack服务Neutron和Horizon的核心开发者，在开发工作之余，运维着使用OpenStack搭建的私有云，并为云项目提供支持。

第1章　API在云计算中的作用　　1
1.1 云计算的现状 2
1.1.1 云计算的诞生 2
1.1.2 公有云和私有云的区别 3
1.1.3 IaaS、PaaS、SaaS的不同 5
1.2 云带来了基础设施的标准化 8
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第1章　API在云计算中的作用　　1
1.1 云计算的现状 2
1.1.1 云计算的诞生 2
1.1.2 公有云和私有云的区别 3
1.1.3 IaaS、PaaS、SaaS的不同 5
1.2 云带来了基础设施的标准化 8
1.2.1 云带来了搭建过程的标准化 8
1.2.2 云带来了组件的抽象化 11
1.2.3 API带来了操作的自动化 13
1.3 以充分利用云计算为目标 16
第2章　云上具有代表性的组件　　19
2.1 云环境的全貌 20
2.1.1 租户 20
2.1.2 区域 21
2.1.3 可用区 22
2.2 网络资源 26
2.2.1 路由器 26
2.2.2 交换机（子网） 27
2.2.3 公有IP地址 29
2.2.4 安全组 30
2.3 服务器资源 31
2.3.1 模板镜像 32
2.3.2 实例类型 32
2.3.3 连接网络和安全组 34
2.3.4 用于登录认证的密钥对 35
2.4 块存储资源 36
2.4.1 虚拟存储的基本功能 36
2.4.2 从虚拟存储启动 37
2.5 对象存储的基本功能 38
2.5.1 对象存储的基本功能 38
2.5.2 版本控制和托管静态网站 40
2.5.3 虚拟存储的备份 40
2.6 搭建Web应用系统的示例 41
2.6.1 由多可用区构成的冗余架构 41
2.6.2 用虚拟存储实现数据保护 44
第3章　API是如何控制云的　　47
3.1 云和API的关系 48
3.1.1 什么是API 48
3.1.2 Web API 49
3.1.3 从互联网服务开始的Web API和 HTTP 50
3.1.4 Amazon引领了将 Web API应用到云计算中的潮流 51
3.1.5 虚拟化技术和云计算 52
3.1.6 SOA技术和云计算——面向API经济 53
3.1.7 Web API的构成要素 54
3.1.8 Web API的概念 55
3.1.9 资源 56
3.1.10 动作 57
3.2 构成资源的URI 58
3.2.1 域、域树、FQDN 58
3.2.2 DNS、虚拟主机和域名注册管理机构 60
3.2.3 URI 64
3.2.4 端点 66
3.2.5 端点内的路径设计和版本管理 69
3.2.6 资源名称和资源属性类型 73
3.3 HTTP协议 74
3.3.1 HTTP、Cookie、HTTP持久连接 74
3.3.2 HTTP请求 75
3.3.3 HTTP响应 76
3.3.4 HTTP方法 77
3.3.5 HTTP消息头 80
3.3.6 HTTP状态码 84
3.3.7 SOAP、REST 85
3.3.8 XML、JSON 87
3.3.9 cURL、REST Client 89
3.4 ROA 91
3.4.1 REST的四条原则 91
3.4.2 用面向软件的方式借助UML和ER模型使云基础设施可视化 93
3.4.3 获取API的调用记录 96
3.4.4　构建自定义的API 97
3.5　CLI、SDK、Console 98
3.5.1　CLI 98
3.5.2　SDK 99
3.5.3　Console 101
3.6　小结 101
第4章　IT基础设施的发展和API的概念　　103
4.1　搭建服务器的必要步骤 104
4.1.1　在物理环境中的搭建步骤 105
4.1.2　在服务器虚拟化环境中的搭建步骤 105
4.1.3　服务器虚拟化的优点和局限性 106
4.2　云时代的搭建步骤 109
4.2.1　云环境中的搭建步骤 109
4.2.2　云改变了什么 111
4.2.3　云带来了高效率 117
4.3　如何充分利用云API 118
第5章　操作服务器资源的机制　　121
5.1　服务器资源的基本操作和API 122
5.1.1　服务器资源 122
5.1.2　用API操作服务器资源 122
5.1.3　用于创建虚拟服务器的API流程 124
5.1.4　虚拟服务器的生命周期 129
5.1.5　元数据和用户数据 130
5.1.6　镜像的创建和共享 132
5.1.7　导入虚拟机镜像 132
5.2　服务器资源的内部架构 133
5.2.1　正式开始创建虚拟服务器的流程 133
5.2.2　其他API的行为 136
5.2.3　操作服务器资源时的注意事项 137
5.3　服务器资源组件的总结 137
第6章　块存储资源的控制机制　　139
6.1　块存储资源的基本操作与API 140
6.1.1　块存储资源 140
6.1.2　使用块存储的API 140
6.1.3　操作块存储的API的流程 142
6.1.4　卷类型 146
6.1.5　卷的容量 147
6.1.6　吞吐量、IOPS、SR-IOV 148
6.1.7　快照、备份、克隆 151
6.1.8　快照和镜像的关系 153
6.2　块存储的内部结构 154
6.2.1　连接虚拟服务器和存储 154
6.2.2　不同基础设施资源间的自主协调 155
6.2.3　在云内部也能使用的API 157
6.3　操作存储资源时的注意事项 158
6.4　块存储资源组件的总结 160
6.5　有关其他存储功能的补充 162
第7章　网络资源管理的机制　　163
7.1　网络资源的基本操作和API 164
7.1.1　云网络的特性和基本思路 164
7.1.2　网络资源的全貌 166
7.1.3　虚拟交换机和子网 169
7.1.4　虚拟路由器 173
7.1.5　逻辑端口 176
7.1.6　安全组 178
7.1.7　网络访问控制列表 183
7.2　网络资源的API操作 185
7.2.1　用于搭建网络的API的调用流程 185
7.2.2　用于将服务器接入网络的API的流程 188
7.3　网络资源的内部结构 190
7.3.1　云网络的隔离 190
7.4　网络资源组件的总结 195
7.4.1　网络资源的组件 195
7.4.2　云网络和SDN 198
第8章　编配（基础设施即代码）　　201
8.1　编配的基础知识与模板的语法 202
8.1.1　编配与自动化的概要 202
8.1.2　编配功能中的资源集合的概念 207
8.1.3　使用API操作编配 208
8.1.4　模板的整体定义 210
8.1.5　资源 212
8.1.6　参数 215
8.1.7　输出 215
8.1.8　验证模板 216
8.1.9　模板的兼容性 217
8.1.10　执行中的状态与故障排除 217
8.1.11　根据现有资源自动创建模板 219
8.1.12　模板的可视化 221
8.2　使用编配的好处、编配的使用方法及注意事项 222
8.2.1　环境搭建自动化带来的好处 223
8.2.2　运维上的好处 224
8.2.3　通过复用模板来复制环境的好处 227
8.2.4　用编配实现持续集成的好处 228
8.2.5　配置管理、逆向工程上的好处 230
8.2.6　从面向动作到面向资源的转换与设计模式 230
8.2.7　使用编配时的注意事项 231
8.2.8　栈与模板的最佳粒度与嵌套 233
8.2.9　编配的最佳实践 235
8.3　编配的基本操作与API 235
8.3.1　编配API的行为 236
8.3.2　编配API的实际行为 236
8.4　编配资源的组件与总结 238
第9章　认证与安全　　241
9.1　HTTPS协议 242
9.1.1　HTTPS协议的机制 242
9.1.2　证书 243
9.2　用户、组、角色和策略 244
9.2.1　租户 244
9.2.2　用户 244
9.2.3　组 245
9.2.4　策略 246
9.2.5　认证密钥、令牌 252
9.2.6　签名 254
9.2.7　IAM角色、基于资源的策略 256
9.2.8　跨租户的操作权限 257
9.3　联合身份验证 259
9.4　认证资源组件的总结 260
第10章　控制对象存储的机制　　263
10.1　对象存储 264
10.1.1　从存储类型来看对象存储 264
10.1.2　对象存储的内部结构与最佳使用方法 265
10.2　与对象存储的基本操作相关的API 267
10.2.1　构成对象存储的资源 267
10.2.2　操作账户与获取存储桶列表 268
10.2.3　创建存储桶与存储对象 269
10.2.4　修改存储桶和对象的配置信息 271
10.2.5　获取对象列表 274
10.2.6　复制对象 274
10.2.7　分段上传 274
10.2.8　Amazon S3 CLI 275
10.3　变更对象存储的配置与相关API 277
10.3.1　启用 ACL 277
10.3.2　版本控制与生命周期 278
10.3.3　加密 279
10.3.4　网站功能 281
10.3.5　CORS 282
10.4　对象和API的关系 283
10.4.1　最终一致性 283
10.4.2　用 ETag确认对象 285
10.4.3　对象存储与 REST API的关系 285
10.4.4　与幂等性的关系 286
10.5　对象存储的内部结构 286
10.5.1　访问层的架构 287
10.5.2　存储节点的架构 288
10.5.3　读操作和写操作 289
10.5.4　分布式复制与最终一致性的关系 290
10.5.5　分区和时间戳的关系 291
10.5.6　前缀与分布的关系 292
10.6　对象存储资源组件的总结 293
第11章　多重云　　295
11.1　多重云 296
11.1.1　配置多重云的目的 296
11.1.2　多重云的兼容性涉及哪些因素 297
11.1.3　设计多重云时需要研讨的事项 297
11.1.4　多重云的模式 299
11.2　专用网络 301
11.2.1　BGP和AS 301
11.2.2　专线 302
11.2.3　互联云 306
11.2.4　互联网VPN 307
11.3　CDN 308
11.3.1　从互联网的机制来看CDN的基本架构 309
11.3.2　边缘站点 310
11.3.3　源站 310
11.3.4　分配 311
11.3.5　缓存行为 312
11.3.6　白名单、致歉页面和自定义证书 313
11.3.7　云私有网络 314
11.3.8　CDN中的缓存控制机制 315
11.3.9　CDN的路由 316
11.3.10　CDN在多重云中的作用 317
11.4　API的通信路径和兼容性 317
11.4.1　API的通信路径 317
11.4.2　API的兼容性 320
11.4.3　将环境与数据迁移到云中的难易程度 324
11.5　软件市场和生态系统 327
第12章　不可变基础设施　　331
12.1　传统的基础设施搭建方法和其中存在的问题 332
12.1.1　传统系统的生命周期 332
12.2　何为不可变基础设施 334
12.2.1　贴合业务需求的系统生命周期 334
12.2.2　不可变基础设施的生命周期 335
12.3　不可变基础设施与基础设施即代码 337
12.4　蓝绿部署 338
12.5　不可变基础设施和应用程序架构 340
12.6　微服务和不可变基础设施 342
12.7　容器虚拟化技术和不可变基础设施 343
12.8　Docker和容器集群管理框架 345
12.8.1　构成 Docker的技术 345
12.8.2　Docker的生命周期 347
12.8.3　容器集群功能 348
12.9　总结 349
具有代表性的API 350
参考文献 352
作者介绍 355
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