Azure技術大剖析：運算篇

讓Windows作業系統變身為雲端作業系統的關鍵是Fabric Controller（簡稱FC）技術。這是微軟為Azure量身打造的新式管理機制，用標準化的虛擬機器（Virtual Machine ，VM），仿照叢集（Cluster）架構方式，創造出分散運算的效果。

Fabric Controller的主要任務是負責將Azure平臺中的可用資源分配給提供服務的應用程式。管理的範圍，涵蓋了1個服務從產生到結束的整個生命周期，同時還要監控Azure作業系統的健康，以確保應用程式執行環境的穩定性和擴充性。

用標準化規格增加彈性與效率

為了管理所有伺服器的運算資源，FC就如同郵局的便利箱服務一樣，透過標準化的作法來提高自動化的效率。

郵局提供了制式紙箱供民眾郵寄物品，這些紙箱就是便利箱。每個便利箱的大小容量都相同，不論寄件人要寄任何物品，只要放的進去，郵局就會運送。

因為便利箱的規格統一，而且可以事先製作，郵局就可以在紙箱上印了所有必備的郵寄欄位和作業資訊，讓郵差能夠透過標準作業流程來處理。不用像過去那樣麻煩，郵差必須在大小不一，書寫方式各異的箱子中，尋找要遞送的地址資訊。

因為統一規格，所以知道了箱子數量就可以精確地安排運送車輛。大卡車能載100箱、小貨車載20箱，而騎摩托車的茂伯，每次則可以載得動1個箱子。

當載具和包裹都標準化了以後，郵局運輸調度人員對於包裹運送的規畫，就可以更有彈性，也更有效率，即使有輛卡車臨時拋錨，也知道立刻要派多少小貨車來支援，不用多，也不會少。

FC是Azure中的主要調度員

標準化的虛擬機器，就像是這些制式便利箱。而效能不同的伺服器則是各式車輛。FC是Azure平臺中的調度人員，它不需要知道虛擬機器中執行什麼樣的應用程式，只要負責讓所有便利箱（虛擬機器）能夠順利搭上貨車（伺服器）送達目的地。

只要備用資源夠多，遇到紙箱破損（虛擬機器當機）或車輛拋錨（伺服器故障）時 ，FC只需將應用程式複製到另外一個新的虛擬機器中，就能夠繼續執行，服務不會中斷。

目前，微軟在Azure系統中，用了5～7臺伺服器來建立叢集，其中1臺伺服器擔任Fabric Controller的角色（Host），負責管理其他伺服器（Guest）。在每臺Guest伺服器上，都安裝了微軟虛擬化技術，用來建立虛擬機器。

這些虛擬機器都是相同規格，包括運算能力、記憶體、作業系統、儲存空間等，就像是一個標準規格的箱子，可以放入依據標準規格開發的應用程式。

大型伺服器，可以提供10個虛擬機器，中型伺服器可能只有5個。更甚者，也許1臺小型伺服器只能提供1個標準規格的虛擬機器，那就不用安裝虛擬化技術，直接利用原本的硬體環境來建立符合規格的作業環境。

每一個虛擬機器都視為叢集中的1個節點（Node），所有節點都統一由FC管理，FC會自動指派每個虛擬機器要負責執行的應用程式。

在每一個虛擬機器中，都有1個FC代理程式，用來監控虛擬機器的健康狀態。遇到虛擬機器發生故障當機，FC代理程式會發出警告，通知FC將應用程式轉換到另一個有效的虛擬機器中。

只要增加FC所管理的實體伺服器，就能夠增加應用程式可使用的虛擬機器，應用程式不需要知道實體伺服器，彼此沒有直接的關連。

所以，即使發現有臺實體伺服器發生故障，或者想要增加新伺服器數量，都不需要將關閉正常的實體伺服器，透過FC的安排，應用程式都能在健康的虛擬機器中執行，服務不會中斷。

這個透過FC來管理標準化虛擬機器的作法，同時讓Azure具備了高可用性以及擴充性。

FC也統管所有儲存資源

除了管理標準化的虛擬機器以外，FC也統一分配所有伺服器中的儲存資源，FC會將每臺伺服器上的可用儲存空間，統整為1個共享的儲存資源（Sharing Pool），再提供給虛擬機器上的應用程式使用。虛擬機器上的應用程式不會知道資料的實體位置，只能透過FC提供的網址來存取。

其他如應用程式所需的網路設定，頻寬負載平衡等，也都是由FC負責調度。IT人員不須像過去自行建置伺服器叢集時，必須自行設計專用的網路架構，管理負責的網域分配，才能讓伺服器叢集進行分散運算。FC等於是Azure平臺中的完美管家，在背後調度所有資源，默默服侍著應用程式，不用IT人員費心。

打包服務加快部署

為了進一步確保雲端服務的持續，微軟還採用了新的應用程式部署方式，來加快應用程式在虛擬機器之間的轉移速度。這個部署方式稱為服務映象檔（Service image）。

所謂的服務映象檔，就是將Azure應用的所有檔案，以及執行環境所需的組態設定等，都打包成1個映象檔。因為Azure的虛擬機器都有相同的規格，所以，應用程式的執行環境也相同。

在Azure的虛擬機器上，提供了2種不同的執行環境，包括可提供HTTP協定服務的WebRole環境，以及沒有提供HTTP協定服務的WorkerRole環境。FC會分別依據這兩種不同的執行環境，將應用程式分別打包成2種不同的服務映象檔。

只要FC將服務映象檔複製到任何虛擬機器中，就能夠立刻在新的虛擬機器中啟動這個應用程式，不需要進行複雜的安裝過程。應用程式的部署過程簡化為檔案複製的動作。

開發人員只需事先在應用程式的組態檔中，設定好虛擬機器的數量， FC就按照這個數量自動指派足夠的虛擬機器，將服務映象檔複製到這些虛擬機器上執行。

若遇到虛擬機器當機，FC只需要將服務映象檔複製到其他健康的虛擬機器上，就可以維持應用程式的執行效能，連部署程式需要的等待時間都可以節省下來。

整體而言，FC是微軟雲端運算中最關鍵的技術，透過虛擬化技術建立標準化的虛擬機器，同時運用服務映象檔的部署方式，讓應用程式具備了擴充彈性以及高度的可用性。

 Fabric Controller技術統整運算和儲存資源，隔離雲端應用程式 

在Azure環境中，由Fabric Controller（簡稱FC）統整所有的運算資源和儲存資源，來將雲端應用程式和實體伺服器隔離，FC會自動管理虛擬機器的伺服器和實體伺服器，遇伺服器故障，FC自動將虛擬機器切換到其他伺服器。

FC會依據組態檔分配足夠的虛擬機器，提供給WebRole和WorkerRole環境，而應用程式只能看見有2種執行環境，包括WebRole和WorkerRole，不會接觸到虛擬機器。共享儲存資源提供Blobs、Tables和Quesues三種資料型態，由FC負責共享儲存資源和實體儲存機制的對應和備援。

資料來源：微軟，iThome整理，2009 年3 月

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