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阿里巴巴 9 年雙 11 經歷下來，交易額增長了 280 倍、交易峰值增長 800 多倍、系統數呈現爆發式增長。系統在支撐雙 11 過程中的復雜度和支撐難度以指數級形式上升。雙 11 峰值的本質是用有限的成本最大化提升用戶體驗和集群吞吐能力，用合理的代價解決峰值。
本文將從阿里巴巴統一調度體系、混部架構、云化架構三個方面詳解阿里是如何支撐如此龐大的系統。
始于 2011 年建設的 Sigma 是服務阿里巴巴在線業務的調度系統，圍繞 Sigma 有一整套以調度為中心的集群管理體系。
Sigma 有 Alikenel、SigmaSlave、SigmaMaster 三層大腦聯動協作，Alikenel 部署在每一臺物理機上，對內核進行增強，在資源分配、時間片分配上進行靈活的按優先級和策略調整，對任務的時延，任務時間片的搶占、不合理搶占的驅逐都能通過上層的規則配置自行決策。SigmaSlave 可以在本機進行容器 CPU 分配、應急場景處理等。通過本機 Slave 對時延敏感任務的干擾快速做出決策和響應，避免因全局決策處理時間長帶來的業務損失。SigmaMaster 是一個最強的中心大腦，可以統攬全局，為大量物理機的容器部署進行資源調度分配和算法優化決策。
整個架構是面向終態的設計理念，收到請求后把數據存儲到持久化存儲層，調度器識別調度需求分配資源位置，Slave識別狀態變化推進本地分配部署。系統整體的協調性和最終一致性非常好。我們在 2011 年開始做調度系統，2016 年用 Go 語言重寫，2017 年兼容了 kubernetes API，希望結合生態的力量，共同建設和發展。
阿里巴巴在 2014 年開始推動混部架構，目前已在阿里巴巴內部大規模部署。在線服務屬于長生命周期、規則策略復雜性高、時延敏感類任務。而計算任務生命周期短、調度要求大并發高吞吐、任務有不同的優先級、對時延不敏感。基于這兩種調度的本質訴求的不同，我們在混合部署的架構上把兩種調度并行處理，即一臺物理機上可以既有 Sigma 調度又有 Fuxi 調度，實現基礎環境統一。Sigma 調度是通過 SigmaAgent 啟動 PouchContainer 容器。Fuxi 也在這臺物理機上搶占資源，啟動自己的計算任務。所有在線任務都在 PouchContainer 容器上，它負責把服務器資源進行分配并運行在線任務，離線任務填入其空白區，保證物理機資源利用達到飽和，這樣就完成了兩種任務的混合部署。
在 CPU HT 資源隔離上，做了 Noise Clean 內核特性，解決在 / 離線超線程資源爭搶問題。
在 CPU 調度隔離上，CFS 基礎上增加 Task Preempt 特性，提高在線任務調度優先級。
在 CPU 緩存隔離上，通過 CAT，實現在、離線三級緩存 (LLC) 通道隔離 (Broadwell 及以上)。
在內存隔離上，擁有 CGroup 隔離 /OOM 優先級；Bandwidth Control 減少離線配額實現帶寬隔離。
在內存彈性上，在內存不增加的情況下，提高混部效果，在線閑置時離線突破 memcg limit；需要內存時，離線及時釋放。
在網絡 QoS 隔離上，管控打標為金牌、在線打標為銀牌、離線打標為銅牌，分級保障帶寬。
對應用的內存、CPU、網絡、磁盤和網絡 I/O 容量進行畫像，知道它的特征、資源規格需求，不同的時間對資源真實使用情況，然后對整體規格和時間進行相關性分析，進行整體調度優化。
親和互斥和任務優先級的分配，哪種應用放在一起使整體計算能力比較少、吞吐能力比較高，這是存在一定親和性。
不同的場景有不同的策略，雙 11 的策略是穩定優先，穩定性優先代表采用平鋪策略，把所有的資源用盡，讓資源層全部達到最低水位。日常場景需要利用率優先，“利用率優先” 指讓已經用掉的資源達到最高水位，空出大量完整資源做規模化的計算。
應用做到自動收縮、垂直伸縮、分時復用。
整個站點的快速擴容縮容，彈性內存技術等。
混合部署指將計算任務引入在線服務集群以提升日常資源效率。把離線任務引入后，CPU 平均利用率從 10% 上升到 40% 以上，同時時延敏感類服務的延遲影響小于 5%，屬于完全可接受范圍。目前我們整個混部集群已達到數千臺的規模，經過了交易核心鏈路雙 11 大促的驗證。這項優化可以為日常節省超過 30% 的服務器。今年會擴大 10 倍的部署規模，取得規模化收益。
通過分時復用，達到進一步提升資源效率的效果。上圖中的曲線是我們某個應用的流量曲線。它是非常有規律的 , 左邊代表晚上波谷期，右邊代表白天處于波峰期。正常的混部指占用圖中藍色陰影部分的資源把利用率提高到 40%，彈性分時復用技術是指對應用畫像找到應用流量波谷期，對應用縮容，大量釋放內存和 CPU，調度更多計算任務。通過這項技術，把平均 CPU 利用率提升到 60% 以上。
全面容器化是提升運維能力、統一調度的關鍵技術。首先介紹一下阿里巴巴內部容器產品 PouchContainre。它從 2011 年開始建設和上線，基于 LXC，在 2015 年初開始吸收 Docker 鏡像功能和并兼容容器標準。阿里巴巴的容器非常有特點，它結合了阿里內核，大幅度提高了安全隔離性，目前以百萬級規模部署于阿里集團內部。
再來了解一下 PouchContainer 的發展路線。以前用的是虛擬機的虛擬化技術，虛擬化技術過渡到容器技術面臨著很多運維體系的挑戰。運維體系的遷移有很大的技術成本。我們做到了阿里內部運維和應用視角無縫遷移，有獨立 IP，能夠 ssh 登錄，有獨立的文件系統和資源隔離使用量可見性。2015 年以后，阿里巴巴引入容器標準，形成了新的一套容器 PouchContainer 并集成到整個運維體系。
PouchContainer 的隔離性非常好，是富容器，可以登錄，看到容器內進程自己占的資源量，有多少進程，進程掛了容器是不會掛的，可以運行很多的進程。兼容性很好， 舊版本內核也支持，對利舊很有幫助。同時經過了百萬級容器部署的規模化驗證，我們研發了一套 P2P 鏡像分發機制，大幅度提升分發效率。同時兼容了業界更多標準，推動標準的建設，支持 RunC 、RunV 、RunLXC 等，經過百萬級容器規模的考驗，穩定高效，是企業全面容器化的最佳選擇。
PouchContainer 的結構是比較清晰的，Pouchd 如何跟 kubelet、swarm、Sigma 交互。在存儲上跟業界一起建設了 CSI 標準。支持分布式存儲如 ceph、pangu。在網絡上使用 lxcfs 增強隔離性，支持多種標準。
目前 PouchContainer 化覆蓋了阿里的大部分 BU，2017 年達到百萬級部署，在線業務達到 100% 容器化，計算任務也開始容器化，它拉平了異構平臺的運維成本。覆蓋運行模式，多種編程語言，DevOps 體系。PouchContainer 覆蓋了阿里幾乎所有業務板塊如螞蟻、交易、中間件等等。
PouchContainer 于 2017 年 10 月 10 號宣布開源，11 月 19 日正式開源，計劃在 2018 年 03 月發布第一個大版本。我們希望通過 PouchContainer 的開源推動容器領域的發展和標準的成熟，給業界提供差異化有競爭力的技術選擇。不僅方便傳統 IT 企業利舊，老的基礎設施也同樣能夠享受云源生技術帶來的好處和優勢，而且方便新的 IT 企業享受規模化穩定性和多標準兼容性帶來的優勢。
PouchContainer 開源地址：https://github.com/alibaba/pouch
將集群分為在線任務集群、計算任務集群和 ECS 集群。資源管理，單機運維、狀況管理，命令通道、監控報警這類基礎運維體系已經打通。在雙 11 場景中，我們會在云上劃出一個獨立的區域與其他場景互通。在互通區域，Sigma 調度可以到計算集群服務器里申請資源，生產 Pouch 容器，也可以到 cloud open API 去申請 ECS，生產出容器的資源。在日常的場景中 Fuxi 可以到 sigma 里申請資源，創建需要的容器。
在雙 11 場景中，利用規模化運維系統在容器上構建大量在線服務，包括業務層的混合部署，每個集群都有 online service 和有狀態服務及大數據分析。阿里云的獨占集群也部署了在線服務和有狀態的數據服務，做到了 datacenter as a computer，多個數據中心像一臺計算機一樣來管理，實現跨多個不同的平臺來調度業務的發展所需要的資源。構建了混合云用極低的成本拿到服務器，解決有沒有的問題。
先有服務器規模，再通過分時復用和混合部署來大幅度提升資源利用率。真正實現了彈性資源平滑復用任務靈活混合部署，用最少的服務器最短的時間和用最優效率完成業務容量目標。通過這一套云化架構，我們在雙 11 實現了新增 IT 成本降低 50%，使日常 IT 成本下降 30%，帶來了集群管理和調度領域的技術價值爆發，也說明容器、編排調度技術的流行是一種必然。
阿里調度系統團隊，致力于打造全球效率最優的調度和集群管理系統，通過企業級容器和容器平臺建設最優云化解決方案。期待和業界同仁一起努力，降低整個行業的IT成本，加速企業的創新發展。
叔同（丁宇），阿里巴巴資深技術專家，8 次參與雙 11 作戰，阿里高可用架構、雙 11 穩定性負責人，阿里容器、調度、集群管理、運維技術負責人。
阿里巴巴調度系統團隊為阿里巴巴經濟體提供調度、容器和集群管理基礎設施，推動阿里巴巴全面云化效率成本最優，為阿里經濟體和云業務提供充足的技術競爭力。致力于打造全球領先、效率最優的調度集群管理系統和高效穩定的企業級富容器引擎。
Pouch 容器團隊為阿里巴巴經濟體提供基礎設施領域的容器技術，幫助阿里巴巴全面實現業務容器化，打好集團“云化”戰略堅實的基礎。團隊致力于打造全球領先、高效穩定的企業級富容器引擎。
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