想將應用程式遷移至雲端計算平臺上運行,可以在兩個層次上進行。第一種是選擇在所謂的IaaS(Infrastructure as a Service)層次上,而第二種則是在PaaS(Platform as a Service)之上。

IaaS提供最多開發上的彈性
在IaaS層次上開發,基本上是將計算的基礎設施「雲端化」。基於IaaS來開發應用程式的優點是,應用程式開發者在開發時能獲得較高的彈性,而且可以自己針對應用程式的需求,完全量身打造出所需的環境及架構。但是,雖說在這個層次上開發最有彈性,但這是一體的兩面,這也意謂著所有的軟體架構,開發者必須自行建造,而這有時候並不是一件簡單的工作,尤其是當你想處理的是系統架構的容錯及規模擴充性的議題時。

和系統規模擴充性相關的議題,可以說是在建立系統架構時不大容易處理的一個環節。簡單的說,在IaaS上開發可以得到最多的彈性,但開發者需要更好的技巧,而且自行負責更多的部分。

PaaS提供現成的程式開發與執行平臺,平臺本身會受到高度專業管理
對比之下,在PaaS層次上的優勢就浮現出來了。PaaS的提供者,基本上提供的不只是「雲端化」的計算基礎設施,而是「雲端化」的運行平臺。

平臺和基礎設施最大的差別,在於平臺提供的是一個更高階的應用程式開發及執行的環境。在PaaS開發、管理、運行應用程式,並不需要、也無法碰觸到底層的計算基礎設施,這些基礎設施都被更高階、更抽象的平臺給隱藏、包裝起來。開發者在開發時,能運用所使用平臺的專用開發工具,包括API、SDK、甚至是整合開發環境。但是,關於系統的規模擴充性、容錯、安全性、效能最佳化等議題,都是由平臺處理掉。也正因為碰觸不到,所以也毋需理會。

你可以想像,平臺本身是這些議題的專家,由他們來處理這些問題,通常會比你自己處理來得好。

運行平臺「雲端化」省去了應用程式開發者自行建構平臺的力氣及時間。大多時候,你可以說這是讓更專業的人士、用更集中的資源,去完成平臺構建的工作。這些人將焦點放在平臺之上,因而能打造出最好的平臺,便可以讓所有在這個平臺上開發應用程式的開發者,都藉以得到好處。

從這種角度來看,「雲端化」就是一種分工的方式。IaaS提供者所負責的就是基礎設施構建、經營、管理的專業及服務,而PaaS提供者更進一步把所負責的範圍擴展到平臺的層次上。這樣的分工下,應用程式開發者可以更專注在本身應用程式的開發,而不需耗費太多成本及資源在應用外的事務之上。

免於自建平臺或系統架構是PaaS能提供的重要價值。或許當你開始嘗試著將應用程式雲端化時,首先你遭遇到的問題是計算資源的缺乏。你需要更多的伺服器、大量的儲存空間、還有更重要的──大量的頻寬。利用雲端上的計算資源,省時省力又省錢。在一般的系統架構上,你可以解決系統規模擴展的問題。

如何克服資料存取上的效能問題
可是,慢慢的,當你的系統規模愈來愈大之後,你會發現,並不是繼續擴增這些計算資源,就有辦法繼續面對更大的服務規模。因為,系統運作上的效能瓶頸已經不是在這些資源的缺乏,而是源自於系統架構上的限制。這其中最常見到的,莫過於資料存取的效能問題了。

許多應用程式一開始的系統效能瓶頸,會發生在各種計算資源的缺乏之上,例如伺服器的CPU計算能力、主記憶體量、儲存空間量、或是網路頻寬。不過,隨著投入更多的計算資源,這些瓶頸都會被解除,而且到了一定規模之後,瓶頸還會移轉到別的地方,而這通常就是資料的存取。

就像許多人會採用的系統架構中,都有集中化的關聯式資料庫。在這樣的架構下,無論有多少實體的資料庫伺服器來做負載平衡及容錯,因為關聯式資料庫的天性,到達一定的規模(無論是服務規模或資料規模)之後,想要擴展其規模,就會變成一件不簡單的工作。

並不是說關聯式資料庫不能達到很大的規模,而是,這會需要更為高超的技巧及經驗,才有辦法做到。這一直都是不容易的技術議題。

若是觀察一些PaaS層次上的平臺,你會發現解決資料處理的規模議題,往往是它們著墨的重點之一,例如Google App Engine上的Datastore,或是Hadoop裡的Hbase。

當你使用像Google App Engine這樣子的平臺時,處理永續性資料的方法可以說是只有一種選擇,就是使用它的Datastore,而它正是一種非關聯式的資料儲存方式,之所以要把眾多應用程式開發者所慣於使用的關聯式資料操作模型,在PaaS的平臺上,轉變成為僅能使用非關聯式資料操作模型,我想主要就是基於規模擴充性的考量。

立足於此種平臺之上,操作資料的模式,直接就是以處理超大型「海量」規模資料的等級來處理。因為這些平臺上所用的資料操作模型及機制,就是能夠因應此種規模的資料。

因此,當你在這種PaaS平臺上來開發應用程式時,如何動態地依據服務規模,來配置相關的計算資源,會由平臺自動幫你處理掉、當相關的計算資源發生錯誤時,平臺的容錯機制,也會盡可能地協助你的應用程式仍能繼續正常運作。而當你所操作的資料規模或服務規模夠大時,因為平臺所能承受的資料存取規模更大,所以不致於讓資料存取成為擴展系統規模時的瓶頸所在。這就是PaaS平臺所能提供的助益──讓你能真正專注在自己的應用程式上,把平臺甚至是程式設計模型的事,都交給PaaS提供者。

PaaS平臺上的開發限制
不過,當你開始著手開發基於PaaS平臺的應用程式時,你可能會發現許多技術限制,例如,在Google App Engine上的應用程式,除了HTTP/HTTPS URL存取以及發送電子郵件之外,不能夠進行任何對外的網路連線動作,也無法接受來自於外部的網路連線。

你的應用程式也無法對檔案系統進行任何的存取,甚至你的應用程式不能產生額外的執行緒,而且執行的時間長度還有限制。而且,更重要的是,有些程式設計模型也會受限,好比在前段中所提到的,資料存取的模型可能會受限──只能使用非關聯式的資料存取模型。

應用程式開發者或許一開始時面對這些限制,會覺得綁手綁腳,甚至覺得很不合理。但是仔細想想背後的原因,就不難明白這些限制,對於要將運行平臺「雲端化」,是在所難免的先天本性。

運行平臺想要「雲端化」就勢必進行計算資源的虛擬化,也就是將實體的資源切割成虛擬的數份,讓同時運行的多個應用程式,彷彿擁有實體、獨立的計算資源一般。因為虛擬化的關係,平臺必須確保資源都妥善利用,以便最佳化資源。同時,也不能允許應用程式對其他的應用程式產生干擾,甚至衍生安全性的問題。

我們可以說,這些限制都是平臺必須做的,否則,在虛擬化的前提下,就無法善用資源,也可能會存在安全性的問題。

雖說在PaaS上開發應用程式會有這些限制,但也因為有了這些措施,平臺才有辦法做到它想提供的種種技術上的好處。

 

專欄作者


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