摘要

256张图表讲透127个设计模式。
构建高可用性、高可扩展性、高安全性的IT系统。
NTT DATA集团数百个项目反复验证，实用高效。
所有设计模式均不依赖于任何特定产品。
详细列举各模式的区别及选择标准。

图解基础设施设计模式 内容简介

基础设施设计模式是指将基础设施技术者们创造出的设计方式概念化、抽象化，同时给其命名（模式名），总结其特点与注意事项而形成的集合体。目的是防止在基础设施开发中发生问题，提高基础设施的开发效率以及培养基础设施开发人才。

《图解基础设施设计模式》以基础设施构建中的需求定义阶段为基础，介绍了127个不依赖于任何特定产品，与非功能性需求实现策略、基础设施构成要素相关的常用设计模式（119个模式＋8种类型）。在讲解时，还配以设计方式的示意图以及各个模式的对比，使人既能轻松理解设计方式的构造与特点，还能理解各模式之间的不同，最终作出最佳选择。

《图解基础设施设计模式》适合对基础设施缺乏经验的技术者（也包括应用程序开发者）、负责系统构建的项目经理、在企业的信息系统部门中对系统规划与引进具有决策权的人，以及负责评估和比较供应商提案和设计的人阅读。

图解基础设施设计模式 目录

第1章 什么是基础设施设计模式

1.1 什么是基础设施

系统=应用程序＋基础设施

基础设施=硬件＋操作系统＋中间件

基础设施构建的难点

1.2 基础设施故障引发的后果

ANA的事例

索尼电脑娱乐公司的事例

NTT DoCoMo的事例

东京证券交易所的事例

First Server的事例

1.3 基础设施构建中哪个阶段最重要

需求定义

设计

构建

测试

需求定义最重要

1.4 需求定义的重要性与难点

需求定义为什么很重要？

功能性需求与非功能性需求

基础设施需求定义的难点

1.5 非功能性需求等级克服非功能性需求定义困难的工具

网罗一般的非功能性需求

定义非功能性需求的“程度”

1.6 基础设施设计模式研究能够满足需求的设计方式的工具

特点

一目了然

记载了选择标准

不依赖于特定的产品

记载了缺点与注意事项

基于模式设计的步骤

①确认需求

②选择设计方式

③讨论基础设施构成

④确认基础设施构成

风险因素的确认步骤——谨防遗漏

①提取风险因素

②整理风险

③讨论风险应对策略

需求变更的应对步骤

①确认需求与基础设施构成要素之间的关系

②将构成模块化

③落实变更内容

1.7 本书的内容安排

第2章 可用性需求的实现策略防止系统宕机

2.1 可用性策略的基础

预防故障

改善质量

故障保护

排除SPOF

使用具有实际效果的产品

简单化

运维、设定的自动化

应用ITIL

快速恢复

运维体制的准备

运维步骤的准备

业务连续计划／业务连续管理（BCP/BCM）

错误日志

调整监控项目

备份、恢复的设计和调优

编写文档与持续改善

站在读者的角度编写文档

持续改善的过程

完整、彻底的确认

2.2 Web/AP服务器的高可用性设计方式

容错服务器／大型机模式

会话共享的负载均衡模式

会话非共享负载均衡模式

备用机模式

各模式的比较结果与选择标准

注意点

DB服务器的模式的组合

负载均衡的实现方式

通过维护服务确保可用性

操作系统与中间件的选择

2.3 DB服务器的可用性设计方式

容错服务器／大型机模式

并列DB集群模式

N＋1集群结构模式

双机互备集群结构模式

各模式的比较结果与选择标准

注意点

业务恢复的时间

考虑服务器内部部件级别的冗余

考虑故障的检测方法

明确各供应商之间的责任分界点和责任划分方法

2.4 虚拟服务器冗余的设计方式

集群软件模式

虚拟机管理器HA功能模式

实时迁移模式

各模式的比较结果和选择标准

注意点

关于资源分配的考虑

存储设备与网络的冗余策略

2.5 LAN的可用性设计方式

高可靠性核心交换机模式

动态路由模式

VLAN模式

双机热备模式

各模式的比较结果与选择标准

注意点

可用性策略的讨论顺序

讨论切换回原设备的程序

准备好设计和运维体制

2.6 WAN的可用性设计方式

双网双工模式

双网热备模式

单网双链路模式

互联网VPN备用模式

ISDN备用模式

各模式的比较结果与选择标准

注意点

考虑WAN的服务内容

考虑WAN的连接服务种类

2.7 互联网连接的设计方式

BGP多宿主模式

双链路模式

单链路模式

各模式的比较结果与选择标准

注意点

2.8 数据备份的可用性设计方式

存储复制模式

SAN存储复制模式

NAS存储复制模式

SAN快照模式

NAS快照模式

业务服务器备份模式

业务LAN备份模式

各模式的比较结果与选择标准

注意点

各模式的备份方法

网络或存储装置的选择

异地管理

备份次数与保存期限

备份对象

2.9 灾害应对策略的设计方式

广域集群模式

双系统热备DR模式

降级热备DR模式

备份转移模式

远程镜像方式类型

存储设备远程镜像类型

软件复制类型

RDBMS复制类型

RDBMS日志传送类型

备份数据传送类型

文件传送类型

远程磁带备份类型

选择类型时的注意点

各模式的比较结果与选择标准

注意点

两地之间的距离

确保数据一致性

2.10 总结

第3章 安全性需求的实现策略保护系统不受威胁

3.1 安全性策略的基础

攻击方式

加密

认证

访问控制

角色访问控制

引入防火墙

引入IDS

3.2 非法访问应对策略的设计方式

防火墙模式

单防火墙DMZ模式

双防火墙DMZ模式

DMZ＋IDS模式

DMZ＋IPS模式

各模式的比较结果与选择标准

注意点

3.3 身份认证的设计方式

生物认证模式

一次性密码模式

IC卡＋密码模式

IC卡／令牌模式

ID密码模式

各模式的比较结果与选择标准

注意点

制定认证服务器的可靠性策略

引入备用认证方式

3.4 ID管理和维护的设计方式

单点登录模式

统一ID的个别登录模式

个别ID的个别登录模式

各模式的比较结果与选择标准

注意点

3.5 信息泄露应对策略的设计方式

瘦客户端模式

外存管理模式

数据加密模式

数据分割模式

通信加密模式

各模式的比较结果与选择标准

注意点

3.6 总结

第4章 性能与可扩展性需求的实现策略防止系统性能下降

4.1 性能与可扩展性策略的基础

规模调整的重要性

规模调整的可扩展性

规模调整的步骤

①整理性能需求

②理论调整

③实机调整

④硬件的比较和选择

4.2 可扩展性策略的设计方式

扩容模式

升级模式

功能分割模式

集群模式

无共享模式

共享磁盘模式

各模式的比较结果与选择标准

注意点

4.3 超负荷应对策略的设计方式

访问控制模式

资源分割模式

并发数控制模式

资源结构变更模式

网络带宽控制模式

各模式的比较结果与选择标准

注意点

4.4 总结

第5章 运用与维护性需求的实现策略不放过系统故障

5.1 运用与维护性策略的基础

系统监控

监控对象和监控项目

监控消息的重要度

监控消息的通知对象和通知方法

消息过滤

消息重要度的变换

测试和监控的优化

任务管理

自动化的范围

判断是否引入任务管理软件

任务的统一管理

任务管理服务器的可用性

任务设计规范

备份管理

设想物理故障和逻辑故障

上游设计阶段确定设备构成

根据备份对象进行设计

备份功能的统一

备份设备的选择

备份软件的选择

运维管理

People（体制、职责）

Process（程序）

Product（产品）

5.2 运用与维护体制的设计方式

服务级别提升模式

服务级别管理模式

定期监控模式

各模式的比较结果与选择标准

注意点

5.3 构成管理的设计方式

隔离网络模式

代理软件构成管理模式

工具软件构成管理模式

各模式的比较结果与选择标准

注意点

5.4 系统监控的设计方式

可用监控模式

代理监控模式

资源信息保存监控模式

无代理监控模式

各模式的比较结果与选择标准

注意点

监控服务器的冗余与分层

考虑监控网络

考虑监控消息

考虑通知方法

考虑其他注意事项

5.5 任务管理的设计方式

专业任务管理工具模式

附带任务管理功能模式

OS任务管理功能模式

手动任务管理模式

各模式的比较结果与选择标准

注意点

管理大量任务时的注意事项

根据需求选择任务管理工具

5.6 时钟同步、杀毒软件更新的设计方式

后端网络自动同步模式

前端网络自动同步模式

手动同步模式

各模式的比较结果与选择标准

注意点

5.7 总结

第6章 基础设施构成的设计方式

6.1 Web系统的网络构成的设计方式

4网段构成模式

3网段构成模式

2网段构成模式

5网段构成模式

各模式的比较结果和选择标准

注意点

考虑网络使用率

使L3交换机划分子网

使用具备镜像端口的交换机

考虑IP地址的可扩展性

考虑服务器NIC多路径（组合）

其他注意事项

6.2 存储设备构成的设计方式

SAN模式

NAS模式

DAS模式

存储设备连接形态的类型

P2P方式

集线器类型

连接形态类型的注意点

各模式的比较结果和选择标准

注意点

RAID的种类和特点

I/O优化的产品

6.3 报表生成的设计方式

报表实时生成模式

报表异步生成模式

报表批处理生成模式

各模式的比较结果和选择标准

注意点

6.4 报表输出的设计方式

报表服务器打印模式

用户终端直接打印模式

电子文档输出模式

各模式的比较结果和选择标准

注意点

考虑输出格式

考虑WAN线路

6.5 报表基础设施配置的设计方式

分布式管理＋分布式印刷模式

集中管理＋分布式印刷模式

集中管理＋集中印刷模式

各模式的比较结果和选择标准

注意点

打印机的限制

字符编码的限制

6.6 数据使用和信息分析的设计方式

数据集市＋BI构成的数据仓库模式

BI构成的数据仓库模式

EUC模式

各模式的比较结果和选择标准

注意点

考虑性能策略

考虑数据更新方法

其他注意事项

补充：元数据管理

补充：数据仓库设备

6.7 基础设施交互结构的设计方式

服务总线模式

数据中心模式

P2P模式

各模式的比较结果和选择标准

注意点

性能测试

交互系统数量与成本的关系

其他注意事项

6.8 总结

第7章 使用云计算服务的实现策略

7.1 云服务中性能与可扩展性的设计方式

服务器纵向伸缩模式

磁盘资源量增减模式

自动伸缩模式

任务应对横向伸缩模式

计划应对横向伸缩模式

手动横向伸缩模式

各模式的比较结果

注意点

自动伸缩导致成本增加

虚拟服务器的收费体系

7.2 云服务中备份的可用性设计方式

快照模式

数据中心复制模式

地区间高速数据传输模式

虚拟服务器复制模式

系统复制模式

各模式的比较结果

注意点

7.3 云服务中虚拟服务器的可用性设计方式

虚拟服务器冗余模式

路由变更模式

备份站点切换模式

固定IP替换模式

NAT服务器冗余模式

虚拟磁盘替换模式

各模式的比较结果

注意点

7.4 总结

第8章 基于模式的设计实践

8.1 基础设施构成的讨论步骤

①确认业务需求和涉众需求

②提取功能性需求和非功能性需求

③识别风险和注意点，讨论对策

④设计系统的概念构成

⑤设计系统的逻辑构成

8.2 地理信息系统

①确认业务需求和涉众需求

②提取功能性需求和非功能性需求

提取功能性需求

提取非功能性需求

③识别风险和注意点，讨论对策

④设计系统的概念构成

⑤设计系统的逻辑构成

8.3 综合DB系统

①确认业务需求和涉众需求

②提取功能性需求和非功能性需求

提取功能性需求

提取非功能性需求

③识别风险和注意点，讨论对策

④设计系统的概念构成

⑤设计系统的逻辑构成

8.4 总结

图解基础设施设计模式 精彩文摘

基础设施设计模式将基础设施技术者们创造出的设计方式概念化、抽象化，同时将其命名，并记载了其特点与注意事项。目的是防止在基础设施开发中发生问题，提高基础设施的开发效率以及培养基础设施开发人才。基础设施设计模式特别适合对基础设施缺乏经验的技术者（也包括应用程序开发者）、负责系统构建的项目经理、在企业的信息系统部门中对系统规划与引进具有决策权的人，以及负责评估和比较供应商提案和设计的人。

现在，关于系统与基础设施开发的信息有很多，这些信息也很容易获取。因此，很容易让人觉得即使是不太具备基础设施开发技巧的人，也可以根据这些信息轻松地完成开发工作。但是大多数情况下，事实却并非那么简单。如果不具备足够的基础设施开发技巧，例如没有与用户等相关人员进行充分的沟通，就会开发出难以使用的系统。最终的结果就是增加了投资过剩，以及因需求定义不充分而导致系统运行后问题频发的风险。

高级技术者参与需求定义等上游设计，对于防止以上事态的发生是非常有效的。高级技术者对于各种需求都进行过类似的设计，同时还具备解决各种问题的经验。在大多数情况下，他们都可以应用从这些经验中总结出的技巧，高效地推进研讨进度。

那么怎样才能高效地、站在更高的层面上学习高级技术者的技巧呢？能够参与需求定义这种上游设计的人很少，能够从中吸取经验的人也很有限。此外，单纯地通过积累经验来提高技能也是有限度的。在计算机系统的适用范围飞速扩大，且越来越复杂和多样的今天，如何向刚刚从事基础设施开发工作的新人们系统地传授上游设计的技巧是一个需要解决的问题。

而解决这个问题的方法之一就是“设计模式”。设计模式是为了解决经常发生的问题而总结出的典型方法。在介绍设计模式的书籍中，最著名的莫过于《设计模式：可复用面向对象软件的基础》A一书了。合理使用该书中介绍的设计模式，就可以提高开发质量与生产效率。而本书将要介绍的基础设施设计模式，就是将这种适用于软件开发的设计模式技巧应用到基础设施的开发中去。

笔者所属的NTT DATA集团每年研究与调查100多个系统中使用的技巧，并进行基础设施设计模式的开发，这些基础设施设计模式已经在数百个项目中被广泛使用了。实际上，我们也从用户那里得到了“很容易理解一般的基础设施应该有哪些选择项”“在确认设计是否妥当时发挥了很大作用”“能够防止在设计研讨过程中有遗漏并提高了开发质量”“对提高设计研讨速度有很大贡献”等赞誉，且90%以上的用户向我们反映使用基础设施设计模式有提高品质、回避风险、减少研讨工时等效果。

通过学习围棋与将棋中的“定式”A、空手道与柔道中的“型”B，可以采取基本措施应对各种状况。在基础设施开发中也是一样，以基础设施设计模式为基础进行设计，就像是高级基础设施技术者们在进行设计研讨一样。