Compute Engine 是託管在 Google 雲端上基礎架構即服務 (IaaS) 產品，其他的稱呼還有 compute engine instance 、 virtual machine instance 、 VM instance。 對應其他的雲端服務是 :

  • Amazon Web Services (AWS) : EC2
  • Microsoft Azure : Virtual Machine

啟動前可以訂製自己需要的 Machine Type ，例如 CPU、memory、disk 等等；再來 Boot disk OS 也可自行選擇 Linux 、 Windows 等等操作系統；針對容器虛擬化，可能使用專門優化來運行容器的 Container-Optimized OS (COS) image 在虛擬機上啟動容器服務。最後關於備份資料，GCP 也有提供相應的服務來面對災難發生時的處理。

Regions and zones

Compute Engine 資源託管在全球多個位置，分成 Region 和 Zone。資料中心是 Region ，機房是 Zone，不同的 Zone 是真的實體隔離的機房。一個 Region 內通常會有多個 Zone。例如 :

  • Region: us-west1
    • Zone: us-west1-a
    • Zone: us-west1-b
    • Zone: us-west1-c

在全世界各地都有資料中心，提供了：

  • 高可用(High Availability)，避免因為資料中心掛掉造成 VM 服務不可用
  • 網路低延遲(Low latency)，盡量靠近 user 減少延遲時間
  • FedRAMP法規政策，各國都希望自己國民政府資料能留在自己國家內

創建 GCP VM

雲端資源的一大特性就是，用多少算多少，但還是要注意就算暫時關機 VM，還是會依照 Disk 跟 static ip 等等佔用而需要收取費用。GCP 還提供 Spot VM，與一般 VM 相比， Spot VM 有更低的價格(25.46 >> 9.44)，可以設定幾小時之後停止或刪除 VM，可根據需求選擇此功能。

GCP VM 的 Machine Types

可以使用 preset machine types 如下 :

  • General Purpose (E2、N2、N2D、N1) : 一般性的使用。
  • Compute Optimized (C2) : 需要高速運算的Application 例如 game server。
  • Memory Optimized (M2、M1) : 這通常是給需要大量記憶體的 DB 或分析工具使用。

另外還可以自己 custom machine types，會有一個 Bar 可以去訂製例如 22GB Memory 這種特殊的規格，算是 GCP 特有的便利功能，其它雲端似乎沒這麼彈性。

Disk Type

每個 Compute Engine 實例都有一個 Boot-Disk，此 disk 主要會包含作業系統，當需要更大的儲存空間時，可以添加額外 Disk 簡稱 Data-Disk。無論是 Boot-Disk 還是 Data-Disk，都有各式 Type 可以選擇 :

  • Standard Persistent Disk

    傳統硬碟，hard disk drives (HDD)，速度較慢但成本便宜。

  • Balanced Disk

    介於 HDD 跟 SSD 中間的 Disk ，沒有像 SSD 那麼貴，可是它又比傳統的 Disk 還快。

    如果用 Windows 系統的話，建議選擇 Balanced Disk 以上，因為 Windows 檔案非常的多而且從開機開始它就一直有大量的讀寫，所以最好不要選傳統硬碟，不然的話會太慢，最好選擇 Balanced Disk 以上的。

  • Extreme Disk

    專給高端資料庫工作負載來用的，但也帶來比較高的成本，效能差異其實就是主要 IOPS 讀取跟寫入速度上的差異，並可以預配目標 IOPS。

Boot-Disk 和 Data-DiskDisk 最主要的差別，可以點進去看其內容資訊有沒有 Source 這個參數，Boot-Disk 會有 Source 參數代表使用什麼作業系統。另外使用 Disk 上還有一些事情可以注意一下 :

  • Disk 可以增大，但不能縮小
  • 可以設立快照排程備份 Disk，預設保留 14 天 （後續會再簡單介紹）
  • 還可以設定 Deletion rule，會在刪除 VM 時決定要不要順便刪除 Disk 。

影響 IOPS 的要素有： 機器 core 數量、vcpu 變化、Disk 大小

OS 系統

承前面介紹的 Disk ，其內部設定會需要選擇 Image ，這個就是代表著要選擇安裝什麼 OS 系統，在 GCP 裡把 VM 啟動起來前的作業系統規格定義，稱為 operating system images(OS Images) 或者 Source Image，更簡單會略稱為 Image。 選擇一個 Image 來建立 VM Boot-Disk，有以下幾種類型的 Images 可以選擇 :

  • Public OS images

    由 Google、開源社群、第三方供應商提供和維護。預設情況下，所有 Google Cloud 專案都可以存取這些作業系統映像來啟動 Linux 或 Windows 操作系統；甚至授權版本 Redhat。

  • Private Custom OS images

    自己客製化 private custom OS images 的原因，是還可以把自己業務所需特定 lib 或 application 預先下載好，因此使用這個 image 建立 VM 後可以直接使用已載好的應用。以下列表都可以作為 source 來製作自己的 custom OS images :

      • 現存的 Disk
      • 現存的另一個 image
      • snapshot
      • 儲存在 Cloud Storage 中的映像建立
      • Virtual disk (VMDK、VHD)

  • Container-Optimized OS (COS)

    此 OS 是特別為了 Container 優化作業系統，由 Google 基於開源 Chromium OS 專案維護。可以部署 Docker 容器在 VM 上 並設定 VM 啟動 Docker 容器。

OS Image 概念上是一開始就把需要的 Application 與設定預先做好 ; 相反地 Startup Script 通常是 VM 在啟動後，才自動安裝或設定我們想要應用。

Back up and Restore

承上說明 disk 時，有提到 Boot-Disk 和另外開的一個 Data-Disk，此概念就和備份息息相關，因為如果資料和啟動系統放在一起， VM 出問題開不起來會比較麻煩 ; 但如果一開始就有把資料分開的話，VM 出問題後可以直接開一台全新的，再把 Data-Disk 掛到新的 VM 就可以了。 VM 主機崩潰救不回來，經常會依靠備份來復原資料，有 replicate 複製 VM 的 Machine Image 方式，和 back up 備份 disk 的 snapshot 功能 :

ScenariosMachine ImageSnapshot
Single disk backupYesYes
Multiple disk backupYesNo
Differential backupYesYes
Instance cloningYesNo
Base image for replicationNoNo

Machine Image

Machine Image 是基於整台 VM ，為一個新的雲端資源，包含了該台 VM 的所有 Disks (包含 Boot Disk 與其他 Data Disks)、Configuration、Metadata、Permissions ，故適用於

  • 多個磁碟備份
  • Clone VM instance

Snapshot

Snapshot 是基於 Persistent disk ，反映在具體的時間點上 disk 的內容。 2019/02 GCP 進一步推出了 Snapshot Cchedule 的功能，可以自動排程建立 Snapshot ，會依照差異來備份的，不會佔用大量儲存空間；也可以設定排程自動刪除舊的 Snapshot。

  • 適用於備份和災難恢復
  • 成本低於圖像，比圖像小，因為不包含操作系統等

Machine Image 包含了該台 VM 的所有Disk、Configuration、Metadata、Permissions。但 snapshot 只有備份 Boot Disk。

VM lifecycle

建立好 VM 之後，運行時會有各種不同狀態：

參考資料