BOAS架构中最底层的IaaS层，由伺服器、网路、储存等元件组成，并且利用百度自家开发的Matrix丛集作业系统，可对大规模Container进行调度。（图片来源／百度）
从搜寻引擎起家的百度，除了原有的搜寻服务，近年更跨足于地图、行动团购服务糯米，并且经营中国最大社群论坛贴吧。负责建置百度PaaS私有云平台的百度资深工程师段兵表示，百度内推出任何一个产品，投入研发人数往往超过100人，每周发布新版本次数超过50次，而维运团队需要更需要管理超过1,000台伺服器及100个不同的应用程式。
但他表示，在传统IT架构下，不仅硬体资源的使用效率低落，而且过去应用程式直接部署于裸机的做法，导致各服务与底层作业系统、函式库的相依性高。面临结构越来越複杂，以及规模增加的业务，「如何支撑系统运作，并且进行快速地更新、迭代，是百度所面临的挑战。」因此，早在Docker爆红的2013年之前，百度就开始着手利用Container技术，打造自家PaaS私有云平台BOAS（Baidu Open Application Service）。
BOAS五大阶段发展
诞生于2012年的BOAS平台，源自于百度对于PHP地依赖，在2010年时，百度将从过去C语言开发，大量转为使用PHP开发应用程式。段兵解释，由于PHP是一种无状态（Stateless）的脚本语言，除了能快速实作应用程式逻辑外，相比过去使用C语言，一周只能发布10次新版本的速度，使用PHP进行开发的发布次数则大大增加，但是同时，「维运成本同时也大幅增加。」此时，百度便萌生开始利用Container架构内部私有PaaS平台BOAS的想法。次年，百度则替BOAS平台进行深度PHP客製化，并且将贴吧的前端业务系统整合至BOAS，「对于BOAS稳定性是相当大的肯定。」
在整合百度贴吧前端系统获得成功后，2014年百度更大举将百度钱包、糯米等核心业务整合至BOAS，同时将大部分使用Java开发的Web服务也移转至BOAS平台。在这两年中，贴吧后端系统更一併整合至BOAS中。
然而，为何百度陆续地将核心产品整併至BOAS中？「主要是源自我们对迭代速度提升的要求」，段兵表示，目前BOAS仅需要1名维运人员，就可以管理2万台伺服器及超过10万个Container，除了维运效率提升5倍之多外，「硬体资源使用率总共提升了20％，服务稳定度也超过99.99％。」
没有BOAS前，开发过程繁複而且缓慢
在过去还没有BOAS平台中，在研发团队拿到需求设定文件后，得开始布建开发环境，并且编写基础函式库以及应用程式码。在完成开发流程后，开发团队则将程式码提交给测试工程师。此时，测试团队也得要自行建构测试环境。
结束测试阶段后，则进入产品发布阶段。这阶段中，维运团队得要採购伺服器、建置正式环境，并且负责部署应用程式等繁琐工作。在服务成功上线后，则会生成许多系统Log资料，维运团队也得根据营运状况，进行系统性能分析并产出报告，「过去的流程不仅角色多，过程也複杂，导致研发速度缓慢。」
因此，在导入BOAS后，不仅简化了流程，也减轻各角色间负责的工作。段兵表示，现今研发团队拿到需求开发后，只要专注心力在开发程式码即可，「BOAS会提供开发环境、测试环境。」在完成测试阶段后，BOAS则可让开发者建置正式环境，提供程式码部署、引进使用者流量等服务。
当产品已经进入正式环境后，BOAS也能提供资料收集服务，让维运团队不再需要手动收集系统资料，就能提供系统性能分析、监控警报，并根据这些系统资讯产生维运报告，「这就是BOAS能达到的效果。」段兵表示。
BOAS的三层架构：IaaS、PaaS，以及SaaS
不过，究竟BOAS是何种PaaS平台？段兵给了一个定义：「可以让使用者灵活地管理应用程式生命周期，并採开放形式管理的PaaS服务。」他认为，BOAS总共包含三大特色：灵活、明确规範，并且横跨应用程式的生命周期。第一特色为灵活，使用者可以透过UI介面、API操作BOAS，并且根据不同需求，提供客製化解决方案。
第二，BOAS平台有订定明确使用流程，必须符合百度内部的开发模式。像是整併于BOAS的百度贴吧、糯米、百度云等产品，「我们不是针对各产品提供相异服务，而是使用统一的PaaS平台。」最后，在应用程式的开发、测试，到上线阶段中，都可以透过BOAS执行。
而BOAS的结构，则包含了三大层：底层IaaS、中间层PaaS，及最上层的SaaS。最底层的IaaS层，由伺服器、网路、储存等元件组成，并且利用百度自家开发的Matrix丛集作业系统，可对大规模Container进行调度。在中间的PaaS层中，则建构了许多模组化服务，包含资源管理、变更发布、流量引入、监控警报、映像档服务。最上层的SaaS，则是运作了贴吧、糯米、地图等服务。
百度资深工程师段兵认为，效能对建置私有云有相当重要的影响，因此「快速启动、高性能是我们选择Container的主要原因。」
效能是百度採用容器的首要理由
段兵比较了VM和Container这两个虚拟化技术间的优缺点。相比于Container，VM的隔离性、资源限制机制都更好，但是运作性能方面，VM约会耗损20％的CPU效能，而Container仅耗损5％，性能直逼裸机。在启动速度上，Container更是以毫秒为单位计算。他认为，效能对建置私有云是相当重要的考量因素，「快速启动、高性能是我们选择Container的主要原因。」
在决定选用Container作为BOAS底层架构后，管理方式也会与VM相当不同，「IT架构发生极大变化，底层不再是由单机的CPU、网卡、储存设备构成，而是许多分散式丛集组成。」段兵表示，百度也分别在北京、上海及香港等地设置IDC机房，而使用此些机房为基础，结合分散式作业系统，将硬体资源整合成统一资源池。
针对单一Container，百度也设计了相关机制，进行资源进行隔离、限制。段兵表示，百度自製的Container引擎也仿效Docker的设计，支援资源限制cgroup，以及PID程序隔离机制，但是在单一容器能取用的资源上，则设计了两个参数Quota及Limit，前者保障Container使用的硬体资源，后者则定义了资源使用上限。段兵举例，像是针对单一容器，使用者可就可以限制其储存参数Quota为4GB，Limit则为6GB，其实际用量可以介在两者之间。此外，使用者甚至可以设定为-1GB，来降低其优先程度。
除了单一Container设定和优化机制，更关键的是在大规模容器调度的设计，百度也做了特别的考量，而BOAS平台的设计概念总共从四大维度为出发点。第一是离散度，段兵解释，离散度是釐清运行某服务可分配到的实例（Instance）数目，此举有利于将服务平均分配在不同机柜、伺服器中，减低硬体故障对服务造成的影响。第二是服务依赖程度，部署于同一主机中相异服务间的沟通、联繫。
再者是副本控制，BOAS平台同时支援水平扩充（Scale-out）以及垂直扩充（Scale-up），前者是控制Container副本的数量，后者则是重新调整Container中Quota、Limit参数的大小，「因为业务刚开始上线营运时，很难评估资源的需求为何。」
为了实现自动化及减少维运成本，百度得让BOAS具备自动扩充（Auto-scaling）功能，段兵认为，此功能解决的核心问题是「对容量的评估不够準确」，即便对系统进行监控、分析，也很估算出特定时间内服务所需要的容量为何，「自动弹性伸缩机制就是要解决此问题。」
在建置自动扩充功能时，段兵归纳出数个导入前的评估指标，像是必须事先计算应用程式的CPU利用率、使用者流量，推估未来服务的容量是否足够。再者，使用者也得计算未来需要扩增多少实例，比较推算结果是否与符合预期数字。此外，每次新增的实例数目都得有所限制，「因为弹性扩充必须设定冷却时间，即下次进行水平扩充所需的最短时间」，如果实例数量扩张过多也必须进行移除。
然而，除了系统自动动态扩张，针对未来可预期的爆增流量，也必须事先进行準备。段兵举例，像是中国各大电商促销日往往来带爆量人潮，如京东618大型促销活动、百度糯米517吃货节，或是阿里巴巴双11特卖，「可预期这些期间流量会大幅成长，得预先计画在某些时段进行扩充。」
BOAS平台提供了服务实例视觉化图表，可呈现容器实例进行水平扩充后，资源池可调用的总资源也下降的关係。
系统监控带来维运视觉化、自动化
BOAS平台掌管了超过10万个Container ，自然不可能单靠人力手动维护，自动化监控系统也就成为重要功能，「监控的核心价值在于，让维运工作视觉化、自动化。」段兵解释，系统资料视觉化让维运团队、开发团队可以观察某服务在正式环境的运作状况，并且利用视觉化介面，改变应用程式的状态，而系统自动水平扩充，不需藉由人力新增伺服器纾解流量。
监控系统得蒐集的资料除CPU、记忆体、硬碟等硬体运作资讯外，也会从业务日誌统计程式码错误、每秒查询率等数据。在备齐了这些资料后，也得进行资讯整合，所以BOAS可供使用者不同资料尺度进行检视，大至IDC机房、丛集，小至各服务、实例。
利用这些数据，BOAS系统还能对开发者进行预警，例如，当某应用程式CPU使用率过高，导致伺服器过载时，就必须进行水平扩充，或是发现服务发出HTTP 503、500等错误讯息时，就得要重启服务，或是将服务搬迁至他处。
聚合：App监控
BOAS平台蒐集系统运作资讯，并透过视觉化方式呈现，例如展示应用程式当前的运作情况，针对状态异常的服务，维运团队也可重新启动。
Container监控
使用者可以利用BOAS平台的监控系统，观测Container每段时间记忆体、CPU的使用比例。
建置BOAS平台三大心得
在建置BOAS过程中，段兵也归纳出3大心得。第一是利用背景程式（Daemon）启动Container，即便资源管理、部署管理系统皆发生异常，仍然不能影响Container内执行的程序。第二则是技术架构革新对组织带来的影响，「云端化是一个技术变革，而技术架构的变化，也等同于组织架构的变化」，必须逐步地革新。
最后是Container共用作业系统核心的特性，使其先天隔离不如VM的弱点。对此，百度也设计一些机制，藉以补强其弱点，像是对每个服务设定SLA，对于每个业务使用资源设定预期值，「一旦超过，可以透过第三方外挂程式进行处理。」段兵表示。
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