首届开源软件供应链峰会，ZStack私有云架构设计原理分享！

11月14日至15日，开源软件供应链2020峰会在南京成功举办。本次峰会由中国科学院软件研究所、openEuler社区主办，中国科学院软件研究所南京软件研究所承办，来自全国各地的开源软件从业者、企业技术专家、高校及科研机构代表、开源社区代表、学生等300余人现场参会、2.3万余人同步线上参会。

会上重点探讨开源技术前沿话题、开源生态建设与合作、开源发展趋势等内容。在【虚拟化&云原生】分论坛，ZStack核心架构师&性能工程负责人 王为做了题为《开源私有云ZStack的架构设计》的精彩分享，重点介绍了ZStack自研核心开源架构的技术原理和应用。

我国国情决定了很多机构上云转型还需依赖于私有云的建设，而且用户群体非常多样化，部署私有云面临异构环境、缩短上云周期与难度、保证云平台高可用性等各种挑战。只有提供产品化、标准化的私有云，才是满足用户兼容异构、高效及高可用需求的优选上云方案。

一、私有云面临的挑战有何不同？

从用户侧需求研究来看，用户所需要的理想私有云方案，应具备：简单性、稳定性、可扩展性、灵活性。

1、简单性

私有云的架构跟公有云是不一样的，它更像一个generic solution，根据客户的通用需求，提取出它最重要的部分，做成的一个软件，然后通过产品化普及落地。然而大部分国内的软件，经常会做成面向客户定制，或者项目开发的东西，而ZStack希望做成一个非常generic/标准化，能够像卖光盘一样，用户上来直接就能下载安装使用的、可缩短上云周期的一个标准化产品。

2、稳定性

稳定性对于保障企业的业务持续性、尤其关乎国计民生的场景中非常重要。比如ZStack的客户中有的是省界高速收费站系统，还有一些大型、重型制造业的供应链管理系统，这些对时间的要求非常严格，这些软件一旦发生crash，无法保证它的可用性的时候，会带来巨大的损失。

3、可扩展性

某些需要并发快速创建出成百上千虚拟机的场景中，比如很多教育行业的用户，实验室里可能有几百个学生，要统一打开一个环境，然后几十上百个虚拟机要同时快速启动......类似这种场景，就反映在云的Scalability（弹性）的难度上。

4、灵活性 

不同客户的需求也不一样，它们之间可能是相互矛盾的。举个例子，比如一些分布式系统，它可以支撑很大的规模，但它的应用性却并没有那么好。而且灵活性和稳定性之间也有一定矛盾，当灵活性很强的时候，代码可能会有各种各样的组合，各种各样的分支，很难保证测试在每个场景都能测下来，稳定性可能会打折扣。

二、私有云开源架构的技术秘籍

针对以上挑战，ZStack从用户实际需求出发，深度调研了当前主要开源架构的优缺点，研发了具有4S特性的私有云开源架构：

1、简单（Simple）

ZStack研发了In-prosessive Microservice Architechture（进程内微服务）。具体原理为：

首先，在ZStack开源代码架构里，将不同的模块进行单独封装，通过一个in-memory的message bus 去实现内部消息的分发，以及一些公共消息的封装；再将所有模块单独分成一个Java bean，通过message bus来进行内外部通信。

其次，通过ansible软件，实现云平台部署的全自动。

综上得到的效果就是，对运维人员来说，ZStack云平台的运行就是一个统一的进程，但从软件架构上讲，它又分了很多模块，兼具简单操作与强大性能；对于普通用户来说，只需要下载一个ISO，就可以在30分钟以内把ZStack云平台安装部署起来，真正享受简单易用的上云体验。

2、健壮（Strong）

针对稳定性，ZStack做了很多测试和Code base的稳定性工作，比如通过workflow来将代码通过各种组合去实现新功能，而不是不断修改原本的代码。同时，ZStack支持云主机与管理端的HA、支撑高并发的API请求、断电后平台自恢复等，确保系统高效和稳定运行。

 3、弹性（Scalable）

解决可扩展性的核心方法，ZStack主要依靠全异步架构，即在做架构设计时，为操作系统提供一些异步的接口；异步方法设置完成后，只需一个很小的线程，就可以支持数以万计的API并发量。

另一方面，采用一致性哈希环（Consistent Hash Ring），将任意一个资源处理到正确节点，避免对资源做加全局锁。在ZStack架构里，可以通过一个内存队列来控制并发级别（Synce level），得到更好的并发性能。

4、智能（Smart）  

ZStack主要通过Plugins和Driver来分离接口和实现。具体来说，通过strategy-Pattem Plugins结构，将不同的底层对应到同一个接口，再对外提供服务。

此外，还引入ZStack System Tag Architecture，将MySQL数据库当作schema-less 的KV来使用，在其中自定义schema，然后再做解析，以便升级操作。通过这两种方式，ZStack云平台的整体灵活性得到大幅提升，便于实现网络存储伸缩和无缝升级新版本的功能。

三、如何成为ZStack的commiter？

以上就是ZStack的架构设计的简要分享，自2015年开源至今，ZStack在Github中的Star数量一直保持稳步增长；ZStack所发起并运维的开源社区zstack.io也聚集了上万名开发者；ZStack所聚焦的云计算基础IaaS层产品，已经成为了很多公司进行二次开发的底座。

大家如果有兴趣的话，可以上ZStack社区，自己编译和自己装一下ZStack。ZStack的起步非常简单，只需要有一台6核或者8核的电脑或者虚拟机就可以部署。

结语

开源软件彼此组合、依赖，连同各个为开源做贡献的维护者与开发者，所共同形成的包含上万节点的开源软件供应链，已经是当代社会中 科技 规模化协作发展的典范模式，也是激发软件创新活力的有效手段。ZStack将不忘初心，与各位行业伙伴齐心协力，共同促进我国云计算产业健康发展，提升我国云计算行业全球的竞争力。