Zonenvirtualisierung

In diesem Dokument wird die Zonenvirtualisierung erläutert. Diese Methode wird von Google verwendet, um öffentliche Zonen Clustern interner physischer Hardware in unseren Rechenzentren zuzuordnen. Die Zonenvirtualisierung ermöglicht es uns, unsere Zonen nahtlos zu erweitern, Hardware zu aktualisieren und die physische Infrastruktur außer Betrieb zu nehmen, ohne dass dies Auswirkungen auf die Kunden hat. Lesen Sie über dieses Thema, wenn Ihre Anwendungen über mehrere Projekte verteilt sind und wenn Sie erfahren möchten, wie Google seine Zonen über die physische Infrastruktur verteilt.

Google Cloud-Ressourcen werden an mehreren Standorten weltweit gehostet. Jede Region besteht aus drei oder vier Zonen. Zonen sind logische Ressourcengruppen, die dazu dienen, korrelierte Fehler zu vermeiden. Die Platzierung Ihrer Ressourcen in mehreren Zonen innerhalb einer Region verringert das Risiko, dass sich korrelierte physische und Software-Infrastrukturausfälle auf Ihre Anwendungen auswirken. Durch die Platzierung Ihrer Ressourcen in verschiedenen Regionen ist ein noch höherer Grad der Fehlerunabhängigkeit möglich.

Eine Liste der geografischen Standorte von Google Cloud finden Sie unter Regionen und Zonen. Weitere Informationen zum Erstellen robuster Anwendungen finden Sie in der Google Cloud-Lösungsreihe zur Planung der Notfallwiederherstellung.

Cluster

Die gesamte Google Cloud-Hardware ist in Clustern organisiert. Ein Cluster stellt eine Reihe von Compute-, Netzwerk- und Speicherressourcen dar, die von der Aufbau-, Stromversorgungs- und Kühlungsinfrastruktur unterstützt werden. Die Infrastrukturkomponenten unterstützen in der Regel einen einzelnen Cluster, so dass die Cluster nur wenige Abhängigkeiten haben.

asia-east1 hat 3 Zonen und 3 Cluster.

Abbildung 1: In der Region asia-east1 gibt es drei Zonen. Jede Zone hat einen eigenen Cluster mit einzelnen Ressourcen.

Komponenten mit hoher nachgewiesener Zuverlässigkeit und nachgelagerter Redundanz können jedoch von Clustern gemeinsam genutzt werden. So wird beispielsweise ein Umspannwerk eines Versorgungsnetzes in der Regel von mehreren Clustern gemeinsam genutzt, da es extrem zuverlässig ist und jeder Cluster redundante Stromversorgungssysteme verwendet. Google Cloud entwirft seine physische Infrastruktur für die Unterstützung von Service Level Agreements (SLAs) und Service Level Objectives (SLOs) von Google Cloud-Diensten.

Zonen-zu-Cluster-Zuordnung

Wenn ein Projekt zum ersten Mal eine Region verwendet, wählt Google Cloud für jede Zone in der Region, die für die zonalen Ressourcen des Projekts verwendet wird, einen eindeutigen Cluster aus. Diese Auswahl wird als Zonen-zu-Cluster-Zuordnung bezeichnet. Standardzuordnungen von Zonen zu Clustern werden für jedes Projekt einzeln ausgewählt, sodass jeder Kunde dieselben Funktionen und Leistung hat. Innerhalb eines Projekts ist die Zuordnung zwischen einer logischen Zone und einem physischen Cluster konsistent, allerdings kann für ein anderes Projekt eine andere Zonen-zu-Cluster-Zuordnung auf Grundlage der zonalen Ressourcen des Projekts gelten. Ein Projekt hat niemals zwei Zonen, die demselben physischen Cluster zugeordnet sind.

Sie können die Zonen-zu-Cluster-Zuordnungen zwischen Projekten mithilfe von VPC-Netzwerken (Virtual Private Cloud) ausrichten. Google Cloud versucht, allen Projekten, die ein VPC-Netzwerk teilen, dieselbe Zonen-zu-Cluster-Zuordnung zuzuweisen. Dies kann für vorhersehbare, atomare Fehler der Anwendungskomponenten sinnvoll sein.

Virtualisierte Zonen

Beim Erweitern einer Region wird jede Zone von mehreren Clustern unterstützt. Wir gruppieren Cluster mit gemeinsam genutzter Infrastruktur, wie z. B. einer Gebäude- oder Kühlinfrastruktur, in logische Zonen, sodass gemeinsame Infrastrukturausfälle nur eine Zone innerhalb einer Region betreffen.

Die asia-east1-Zonen A und B wurden jeweils auf zwei Cluster erweitert.

Abbildung 2 Zwei der drei Zonen in asia-east1 wurden erweitert und haben jetzt zwei Cluster.

Die Arbeitslasten der Kunden werden in so wenigen Clustern wie möglich gehalten. In den meisten Fällen ist Ihre zonale Arbeitslast in einem einzigen Cluster enthalten. Zonen-zu-Cluster-Zuordnungen können jedoch zusätzliche Cluster enthalten, falls zusätzliche Kapazität oder spezielle Hardware im primären Cluster für die Zuordnung nicht verfügbar ist.

Die asia-east1-Zonen A und B wurden jeweils auf zwei Cluster erweitert.

Abbildung 3 zeigt ein Diagramm der Zonen-zu-Cluster-Zuordnung für zwei Projekte:

  • Project Fizz hat zwei Cluster, die asia-east1-a zugeordnet sind, da nur Cluster z GPU-Arbeitslasten und nur Cluster y TPU-Arbeitslasten unterstützt.
  • In Project Fizz und Project Buzz sind asia-east1-b verschiedenen Clustern zugeordnet.

Obwohl die Zonen-zu-Cluster-Zuordnung nur selten geändert wird, ändern sich die Kapazitätsanforderungen und die zugrunde liegenden Hardwareangebote. Beispielsweise werden Cluster einer Zone hinzugefügt, um ihre Kapazität zu erhöhen, und aus einer Zone entfernt, wenn diese außer Betrieb genommen werden. Bei jedem Wartungsereignis versucht Google, die Ausfallzeiten mithilfe der Live-Migration zu begrenzen.

Bei einem Clusterausfall wird die logische Zone, die diesem Cluster zugeordnet ist, im Status-Dashboard von Google Cloud als ausgefallen gemeldet, jedoch sind nicht alle Kundenressourcen betroffen, da die Zone aus mehreren Clustern bestehen kann. Aus diesem Grund sind einige Kunden möglicherweise nicht von einem einzelnen Clusterausfall betroffen. Wir empfehlen dringend die Verwendung von multizonalen Architekturen, um Ausfälle möglichst gering zu halten.

Freigegebene Netzwerke und virtualisierte Zonen

VPC-Netzwerke (Virtual Private Cloud) sind virtualisierte Netzwerke, die eine Verbindung zwischen Ressourcen innerhalb eines Projekts ermöglichen. Mehrere Projekte können ein VPC-Netzwerk freigeben, um eine projektübergreifende Konnektivität zu ermöglichen, und eine Organisation kann ein freigegebenes VPC-Netzwerk peeren, um eine organisationsübergreifende Konnektivität zu ermöglichen. Unser Algorithmus zur Zuordnung der Zonenvirtualisierung weist allen Projekten, die ein freigegebenes VPC-Netzwerk nutzen, die gleiche Zonen-zu-Cluster-Zuordnung zu. Dies gilt auch dann, wenn sich die Projekte in verschiedenen Google Cloud-Organisationen befinden. Wenn die Netzwerkkomplexität mit der Anzahl der Projekte und der VPC zunimmt, wird die Aufrechterhaltung einer konsistenten Zonenzuordnung schwieriger und kann daher nicht garantiert werden.

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