Microsoft Azure

title: 发展历程.
content: Microsoft Azure 的发展最早源于2006,由Amitabh Srivastava与Dave Culter所主导,当时云端运算在市场上还没有受到关注,微软当时所需解决的问题是需要整合与提升线上服务的管理与运用能力,而提出的代号为 Red Dog 的计划,该计划要解决的是:  经过数年的开发,Azure平台于2010年2月正式推出公开服务版 (General Availability),当时的名称为 Azure Service Platform,包含 Azure Cloud Service、Azure Storage、SQL Azure 与 AppFabric 四种服务,且仅提供平台服务 (PaaS) 一种。  2010年下半年更新管理接口为Microsoft Silverlight开发的管理接口,并新增 VM Role (虚拟机器的前身),以及 Azure Connect (Azure 虚拟网络的 VPN 连线的前身)。  2012 年是 Azure 发展的里程碑之一,共做了下列改变:  2013~2014年加入 Hadoop 服务 (HDInsight)、Streaming Analytics (资料流分析)、资料工厂服务、事件中枢与机器学习等与大数据相关的服务,同时更新 SQL Azure 大幅提升效能。  2014 年微软将 Windows Azure 更名为 Microsoft Azure,以修正其市场方向,也为了要让外界不再认为 Azure 只能跑 Windows 操作系统 。  2015 年将 Website 与 Mobile Service 合并,并新增 API App 与 Logic App 合称为 Azure App Services,并推出 Azure Redis Cache 取代原有的 Azure Shared Cache;推出 Azure Application Insights 以支援应用程序层级的监测数据能力;新增 Azure DNS 以支援 DNS 代管、Azure Search 支援搜寻能力等。  2016 年微软推出 Azure Functions (函数服务) 以支援无服务器 (Serverless) 的应用,成为继 AWS Lambda 与 Google CloudFunction 之后的第三个具备无服务器应用程序开发能力的主流云端供应商,同时也推出了 Service Fabric 以支援微服务 (Microservices) 的开发。  目前 Azure 上的服务与功能仍然在增加中。
title: 基础建设.
content: Microsoft Azure是专为在微软建设的资料中心管理所有服务器,网络以及储存资源所开发的一种特殊版本Windows Server操作系统,它具有针对资料中心架构的自我管理(autonomous)机能,可以自动监控划分在资料中心数个不同的分区(微软将这些分区称为Fault Domain)的所有服务器与储存资源,自动更新修补程序,自动执行虚拟机器部署与镜像备份(Snapshot Backup)等能力,Microsoft Azure被安装在资料中心的所有服务器中,并且定时和中控软件Microsoft Azure Fabric Controller进行沟通,接收指令以及回传执行状态资料等等,系统管理人员只要透过Microsoft Azure Fabric Controller就能够掌握所有服务器的执行状态,Fabric Controller本身是融合了很多微软系统管理技术的总成,包含对虚拟机器的管理(System Center Virtual Machine Manager),对作业环境的管理(System Center Operation Manager),以及对软件部署的管理(System Center Configuration Manager)等,在Fabric Controller中被发挥得淋漓尽致,如此才能够达成透过Fabric Controller来管理在资料中心中所有服务器的能力。  Microsoft Azure环境除了各式不同的虚拟机器外,它也为应用程序打造了分布式的巨量储存环境(Distributed Mass Storage),也就是Azure Storage,应用程序可以根据不同的储存需求来选择要使用哪一种或哪几种储存的方式,以保存应用程序的资料,而微软也尽可能的提供应用程序的相容性工具或接口,以降低应用程序移转到Microsoft Azure上的负担。  Microsoft Azure不但是开发给外部的云端应用程序使用的,它也作为微软许多云端服务的基础平台。
title: Fabric Controller.
content: Fabric Controller 是管理微软资料中心的 Azure 运算资源的中控管理系统,扮演心脏的角色,它负责自动化的管理资料中心内所有的实体服务器,包含由使用者要求的 Azure Guest OS 的部署工作,定时的Hotfix修补,机器状态回报,以及管理不同版本的VM部署影像的复制等重要核心工作,Fabric Controller 本身也具有高可用性,并且有一个管理 Fabric Controller 的子系统(称为"Utility" Fabric Controller)来管理与监控 Fabric Controller 的运作。  Fabric Controller也处理虚拟机器的健康管理(Health Management)工作,当Windows Azure Guest OS发生当机时,会由Fabric Controller自动选择不同的实体机器重新部署与启动。当应用程序提交即地更新(In-place upgrade)时,Fabric Controller也负责即地更新的协调工作,以保持应用程序在更新时仍可保持SLA所承诺的服务水准。
title: RDFE.
content: RDFE (Red Dog's Front-End) 是 Azure 的前端接口,负责接取来自任何存取 Azure 的应用程序的命令,它是一组可控制与管理 Azure 服务的 REST APIs,对外接受应用程序的要求并回应,对内则是扮演大脑的角色,Azure 资源的配置策略与方式均是由 RDFE 所进行,包含虚拟机器的 Fault Domain (失效域) 与 Upgrade Domain (更新域) 的配置与计算都是由 RDFE 处理。
title: 网络基础建设.
content: Microsoft Azure 资料中心内部的架构自 2010 年正式上市开始就不断的与日俱进,早期 Azure 使用的是 DLA 网络架构,采用多层次分层的设计方式,由资料中心的路由器 (Internet 边界) 开始,接续第二层的存取路由器 (Access Router),再接至第三层的聚合负载平衡器 (Aggregation Load Balancer),最后到服务器所在的服务器机架顶的交换器 (Top-Of-Rack Switch),虽然符合早期云端所需要的网络建设作法,但问题在于它并没有网络备援能力,当问题发生在主要节点如第二层或第三层的设备时,服务器将无法与外界连系,使服务中断,且使用 DLA 网络架构下的资源配置极限为 10000 台实体服务器,带宽为 120GB (平均一台只有 0.012GB 流量),无法供给充足的网络带宽与效能给资料中心内的资源使用。  2012 年起,微软开始建构新的第二代资料中心网络建设,采用平滑化网络拓朴 (Flat Network Topology) 设计,代号为 Quantum10,其理论来源是 1952 年的 Clos 网络拓朴,在每个网络设备间都采用了网状的连线,亦即每个设备彼此之间都有备援能力,而且配置适当的网络节点设备,可以提供更大量的带宽与资源配置,Quantum10 的第一代可供应 30000 台服务器 30000GB 的流量 (平均一台 1TB 流量)。2013年更提升至 Quantum10 v2,可支援在不同服务群集 (例如运算群集与储存群集) 之间的网络通讯,基于 Leaf-Spine 网络拓朴 的特性,不论是走哪一条通讯路径,其成本都是等价 (Equal-Cost Multipath, ECMP),用来减少因网络扩展生成树 (Spanning Tree) 产生的网络负担,其资源供应可跨越不同群集,带宽也提升到 50000GB。  随着 Azure 服务愈来愈多元,其服务共享网络基础建设已经变成常态,为了要让各服务可顺畅存取网络功能 (例如与 Azure 虚拟网络的整合),微软开始发展适用于资料中心的网络相关技术,并设计相关辅助资源。2015年微软在SIGCOMM 提出了数个重要设计成果 :
title: 服务位置.
content: Microsoft Azure 目前于全球有54个资料中心 (另有6个正兴建中),以及44个 CDN 跳跃点,以提供全球使用者所需的资源。但因为当地法规与行政的要求,因此并不是所有的使用者都能使用所有的区域,目前 Azure 服务区域有分为三种:
title: 管理模式.
content: Microsoft Azure 早期开发时,使用的是以服务为主体的管理方式,称为服务管理模式 (Azure Service Management, ASM),其管理观点是依服务来区分,这个模式在目前的 Azure Portal (2012年发布的管理接口) 以及 Azure PowerShell、Azure CLI 等都支援,也是 RDFE 一开始就支援的 API,服务管理的好处是以服务为主体,其管理方式环绕着服务,在小型应用 (使用的资源种类很少时) 相当方便,但当服务愈来愈多种,应用也愈来愈大 (横跨多种服务的应用) 时,这样的方法反而会导致管理上的不便。  为了改良服务管理模式的缺点,微软在 2014 年提出了资源管理 (Azure Resource Management, ARM) 的新模式,其管理观点是依资源来区分,应用程序的资源可组织在同一个或不同的群组,管理人员可以利用资源群组 (Resource Group) 来组织资源以及使用资源的服务 (例如虚拟机器会使用到网络卡、网络安全群组、公开IP、负载平衡器与虚拟网络等资源)。资源管理模式适当中大型的应用,但小型应用也同样适合。资源管理模式由 Azure Ibiza Portal (2015年公开服务的新管理接口)、Azure PowerShell v1.0 起、Azure CLI v1.0 起适用。资源管理模式同时也引入了资源范本 (Resource Template) 的概念,允许管理人员一次部署多种或大量服务与资源,微软也提供了 Azure Quickstart Template 供入门的系统管理人员使用。
title: 服务.
content: Microsoft Azure 现已包含 30 余种服务,以及数百项功能,针对云端以及物联网与大数据等所需要的各类型服务提供。
title: 运算服务.
content: 运算服务是以 Azure 内的服务器群经过虚拟化后形成的大量虚拟机器 (Virtual Machine) 所组成的服务群,其主要功能是提供 CPU、内存等具有运算能力的资源。在 Azure 中的运算资源分成 IaaS 与 PaaS 两种:
title: 应用服务.
content: Microsoft Azure 为了要有效降低将应用程序移植到云端所需的负担,微软在 2012 年度的 Spring Release 中首次发布了 Azure Website 服务,支援.NET 以及像 PHP、Java、Python、Ruby、node.js 等非微软平台,成功吸引开发网站的 Web 开发人员以及企业将其网站移转到 Azure,Azure Website 为 Virtual Machine 以外最受欢迎的 PaaS 服务。同年底,微软也发布了为移动应用程序 (Mobile App) 提供后台支援的 Mobile Service,以简单的管理机制与充份的 SDK 支援吸引行动应用开发人员使用,这两个服务在 2015 年时合并为 Azure App Service,并加入了发展 RESTful API 应用的 API App 以及以视觉化设定执行流程控制的 Logic App。  为了要支援大型应用程序的发展,微软在 Azure 发布初期就提供了 AppFabric 服务,包含 Access Control Service 以及 Service Bus 功能,Access Control Service 负责统一账户管理机制,后期也引入了 Social Identity 的功能,可与 Facebook, Google 等社群连结并共享其账户;Service Bus 则是提供了讯息转送 (Message Relay)、伫列 (Queue) 与主题订阅 (Topics) 的功能,随后也加入了 Notification Hub 以支援对移动设备平台的讯息传送功能。
title: 储存服务.
content: 储存资料是一个平台服务最基本的要求,Azure 在开发初期就提供了基本的储存 (Azure Storage) 与关联式数据库 (SQL Azure),储存服务提供了 Blob、Table 和 Queue 分别管理非结构化资料、结构化资料与讯息通讯,2014年新增 File 服务,以支援在云端虚拟机器间的快速资料共享。  数据库服务 SQL Azure 为 SQL Server as a Service,提供大部分在地端的 SQL Server 数据库的能力,2013 年微软将 SQL Azure 正名为 Azure SQL Database,以提升品牌识别度,2014 年新增依交易量计费的 DTU 模式,以及新一代数据库引擎 V12,强化数据库的功能与效率,2015 年更提出了许多数据库的企业级应用,如 Elastic Pooling、SQL Data Warehouse 与和 SQL Server 2016 配合的 SQL Database Strerch Database 功能,使 SQL Database 更适合企业的应用。2017 年将 Database as a Service 扩大支援 MySQL 与 PostgreSQL 等数据库系统,2018 年新增依虚拟核心数计费的 vCore 模式,让用户更容易对应在原本服务器环境的硬件规格。  Azure Search 是微软为提升云端资料检索的功能而于 2014 年提供,搭配 Azure DocumentDB 实作出的资料检索服务。  Azure Redis Cache 为微软基于 Redis 开源专案所发展的分布式快取服务,用以取代 2011 年的 Azure Shared Cache 以及 2012 年提出的 Azure Role-based Cache 服务,由于 Redis Cache 适用于许多平台与框架,使得 Azure Redis Cache 更容易被大众接受以作为分布式快取基础建设。  Azure Cosmos DB 是微软于 Build 2017 所宣布的新型 NoSQL 数据库服务,可同时支援键值对 (Key-Value)、文件 (Document)、Column Family 与图形 (Graph) 等资料结构,并同时支援 Azure Table API, Mongo API, Cassandra API, DocumentDB SQL 与 Graph API 等不同的存取方式。
title: 分析服务.
content: 分析服务是 Microsoft Azure 一系列支援大数据与机器学习等与资料分析相关的服务集合,由资料的获取,分析到储存都有完整的解决方案。
title: 网络服务.
content: 网络服务是 Microsoft Azure 对外通讯与内部各类服务之间的资料通讯基础建设,也是 Azure IaaS 的重要成员之一。  Azure 虚拟网络可允许组织或企业在云端建置自己的网络基础建设,包含子网络、IP配置、负载平衡器与网络安全原则等,同时可以建置 VPN 以串连企业网络与其他区域的虚拟网络,也可以利用 P2S VPN 串接个人用户端与虚拟网络。  为了要加速网络速度、隔离用户与 Internet 网络环境,Azure 提供 ExpressRoute 给用户以支援专属性 (Dedicated) 的 Azure 资料中心间通讯。  对于具全球性的大型服务,Azure Traffic Manager 可协助发展大规模的负载平衡解决方案,将用户导向到全球各地离其最近的资料中心,并且也可支援跨区域性的备援重导向。
title: 身份识别与存取管理服务.
content: Azure AD (Active Directory) 是 Microsoft Azure 上主要的身份识别与存取服务,是基于 HTTP 之业界标准 OAUTH 2.0 与 OpendID 协定的云端身份验证服务,由于传统使用 LDAP/Kerberos 验证协定的 Windows Server Active Directory 不易用于因特网与移动设备环境上身份验证,因此微软提供 Azure AD Connect 服务以处理 Windows Server Active Directory <-> Azure Active Directory 的账户同步功能。Azure AD 也提供了多重要素验证 (Multi-Factor Authentication) 能力以支援需要多重方法验证的应用,Azure AD 的应用程序连结功能则提供了软件服务 (SaaS) 整合所需的身份验证能力。  Azure AD 提供 Azure AD B2C 服务让应用程序可以利用多种因特网上常用之身份验证机制 (例如 Microsoft Account,Google ID,Facebook ID 等) 来进行进行身份验证,也提供 Azure AD 网域服务以减少企业在云端 Azure 环境内部署 Windows Server AD 网域控制站成本。
title: 开发人员服务.
content: 为支援 Web App 与行动 App 的记录、使用者行为追踪与网络监控等需求,Azure 提供 Application Insights 可供开发人员实作所需的记录功能,Application Insights 也可作为协助监控网站存活的辅助服务。  Azure DevOps 提供云端的版本控制、自动化建造、自动化测试与部署等软件工程流程服务。  Azure App Center 可协助处理行动 App 内的使用者回报,包含当机回报与使用者意见回馈等。
title: 管理服务.
content: 管理服务是 Microsoft Azure 提供给 IT 与网络管理能力的服务。
title: 法规与规范认证.
content: Microsoft Azure 目前已经通过包含政府机构与产业标准数十项法规与规范的认证,以允许政府机关使用 Microsoft Azure,或是认可 Microsoft Azure 在资讯安全上的努力 。
title: 工具.
content: Microsoft Azure 在早期只能使用 Web-based 管理工具存取,在 2012 年开始提供 PowerShell 指令接口,并进一步于 2013 年起开始提供指令接口,以支援非 Windows 操作系统的使用者 (Azure CLI),而微软也开放了服务管理接口 (RDFE 的 API) 供开发人员使用,因此能管理与存取 Microsoft Azure 的工具相当多。

Summary: Microsoft Azure 是微软的公用云端服务 (Public Cloud Service) 平台,是微软线上服务 (Microsoft Online Services) 的一部分,自 2008 年开始发展,2010年2月份正式推出,目前全球有54座资料中心以及44个CDN跳跃点 (POP),并且于2015年时被 Gartner 列为云端运算的领先者。