在 Compute Engine 上進行單一區域部署

Last reviewed 2025-08-12 UTC

本文件提供多層式應用程式的參考架構，該應用程式在 Google Cloud單一可用區的 Compute Engine VM 上執行。您可以使用這項參考架構，有效率地將地端部署應用程式重新託管 (lift-and-shift) 至雲端，並盡可能減少對應用程式的變更。此外，本文也說明為雲端應用程式建構可用區架構時，應考量的設計因素。本文適用於雲端架構師。

架構

下圖顯示在單一 Google Cloud 可用區中執行的應用程式架構。此架構符合Google Cloud 可用區部署原型。

使用 Compute Engine 的單一可用區架構。

這個架構是以基礎架構即服務 (IaaS) 雲端模型為基礎。您在 Google Cloud中佈建必要的基礎架構資源 (運算、網路和儲存空間)。您仍可完全控管基礎架構，並負責作業系統、中介軟體和應用程式堆疊的較高層。如要進一步瞭解 IaaS 和其他雲端模型，請參閱「PaaS、IaaS、SaaS 與 CaaS 有何不同？」一文。

上圖包含下列元件：

元件 目的
區域性外部負載平衡器

區域性外部負載平衡器會接收使用者要求，並將要求分配給網路層 VM。
網路層的可用區代管執行個體群組 (MIG) 應用程式的網路層部署在可用區 MIG 中的 Compute Engine VM 上。MIG 是區域性外部負載平衡器的後端。MIG 中的每個 VM 都會託管應用程式網路層的獨立執行個體。
區域性內部負載平衡器

區域性內部負載平衡器會將網路層 VM 的流量分配至應用程式層 VM。
應用程式層的可用區 MIG 應用程式層部署在 Compute Engine VM 上，這些 VM 屬於可用區 MIG，是內部負載平衡器的後端。MIG 中的每個 VM 都會託管應用程式層的獨立執行個體。
部署在 Compute Engine VM 上的第三方資料庫

本文中的架構顯示部署在 Compute Engine VM 上的第三方資料庫 (例如 PostgreSQL)。您可以在其他可用區部署待命資料庫。資料庫複製和容錯移轉功能取決於您使用的資料庫。

安裝及管理第三方資料庫需要額外投入心力，並產生營運成本，包括套用更新、監控及確保可用性。您可以使用 Cloud SQL 或 AlloyDB for PostgreSQL 等全代管資料庫服務，避免安裝及管理第三方資料庫的負擔，並充分運用內建的高可用性 (HA) 功能。如要進一步瞭解代管資料庫選項，請參閱「資料庫服務」。
虛擬私有雲網路和子網路

架構中的所有 Google Cloud 資源都使用單一虛擬私有雲網路和子網路。

您可以根據需求，選擇建構使用多個虛擬私有雲網路或多個子網路的架構。詳情請參閱「決定是否建立多個虛擬私有雲網路」。
Cloud Storage 區域 bucket

應用程式和資料庫備份會儲存在區域 Cloud Storage bucket。如果可用區發生中斷，應用程式和資料不會遺失。

或者，您也可以使用備份和災難復原服務建立、儲存及管理資料庫備份。

使用的產品

這個參考架構使用下列 Google Cloud 產品：

  • Compute Engine：安全可靠且可自訂的運算服務，可讓您在 Google 基礎架構上建立及執行 VM。
  • Cloud Load Balancing：高效能、可擴充的全球和區域負載平衡器組合。
  • Cloud Storage：適用於多種資料類型的物件儲存庫，成本低廉且沒有限制。資料在 Google Cloud內外都能存取，且會複製到多個位置，以便提供備援機制。
  • 虛擬私有雲 (VPC)：虛擬系統，為 Google Cloud 工作負載提供全球性、可擴充的網路功能。虛擬私有雲包含虛擬私有雲網路對接、Private Service Connect、私人服務存取權和 Shared VPC。

用途

本節說明適合在 Compute Engine 上進行單一可用區部署的用途。

  • 雲端開發和測試：您可以使用單一可用區部署架構，建構低成本的雲端環境，用於開發和測試。
  • 不需要高可用性的應用程式：如果應用程式可容忍因基礎架構中斷而造成的停機時間，單一可用區架構可能就足夠。
  • 應用程式元件之間的低延遲、低成本網路：單一可用區架構可能非常適合批次運算等應用程式，這類應用程式需要在運算節點之間建立低延遲和高頻寬的網路連線。單一可用區部署作業不會產生跨可用區網路流量，也不會產生可用區內流量費用。
  • 遷移商品工作負載：可用區部署架構提供雲端遷移路徑，適用於您無法控制程式碼，或無法支援基本主動-被動拓撲以外架構的商品地端部署應用程式。
  • 執行授權受限的軟體：如果系統受到授權限制，一次執行多個執行個體的費用過高或不允許執行，則單一可用區架構可能非常適合。

設計須知

本節提供指引，協助您使用這項參考架構，開發符合系統設計、安全性、可靠性、作業效率、成本和效能等特定需求的架構。

建構工作負載架構時，請參考 Google Cloud Well-Architected Framework 的最佳做法和建議。

系統設計

本節提供指引，協助您選擇 Google Cloud 區域和可用區，以便進行可用區部署，並選取適當的 Google Cloud服務。

區域選項

選擇 Google Cloud 應用程式必須部署的區域時，請考量下列因素和需求：

部分因素和需求可能需要權衡取捨。舉例來說，最符合成本效益的區域可能不是碳足跡最低的區域。詳情請參閱「選擇 Compute Engine 區域的最佳做法」。

運算基礎架構

本文件中的參考架構會針對應用程式的特定層級使用 Compute Engine VM。您可以根據應用程式的需求，選擇其他 Google Cloud 運算服務：

  • 容器：您可以在 Google Kubernetes Engine (GKE) 叢集中執行容器化應用程式。GKE 是容器自動化調度管理引擎，可自動部署、調度資源及管理容器化應用程式。
  • 無伺服器：如果您希望將 IT 工作重心放在資料和應用程式，而非設定及操作基礎架構資源，可以使用 Cloud Run 等無伺服器服務。

決定是否使用 VM、容器或無伺服器服務時，必須在設定彈性和管理工作之間做出取捨。VM 和容器提供更多設定彈性，但您必須負責管理資源。在無伺服器架構中，您會將工作負載部署至預先設定的平台，只需進行最少量的管理工作。如要進一步瞭解如何為Google Cloud中的工作負載選擇合適的運算服務，請參閱「在 Google Cloud上託管應用程式」。

儲存服務

本文所示的架構會針對所有層級使用可用區永久磁碟磁碟區。如需更耐用的永久儲存空間，可以使用區域永久磁碟磁碟區，在區域內的兩個可用區之間同步複製資料。

Google Cloud Hyperdisk 的效能、彈性和效率都優於 Persistent Disk。有了 Google Cloud Hyperdisk Balanced，您可以分別動態佈建 IOPS 和處理量，依據各種工作負載調整磁碟區。

如要使用低成本儲存空間，並在多個位置複製資料，可以使用 Cloud Storage 區域、雙區域或多區域 bucket。

  • 區域 bucket 中的資料會同步複製到該區域的所有可用區。
  • 雙區域或多區域 bucket 中的資料會以備援形式，儲存在至少兩個不同的地理位置。中繼資料會跨區域同步寫入，資料則會以非同步方式複製。如果是雙區域 bucket，您可以使用強化型複製功能，確保物件在區域組合之間複製，復原點目標 (RPO) 為 15 分鐘。詳 durability。

如要儲存區域內多個 VM 共用的資料 (例如網頁層或應用程式層中所有 VM 的資料)，可以使用 Filestore 區域性執行個體。儲存在 Filestore 區域性執行個體的資料，會同步複製到該區域內的三個可用區。這種複製機制可確保高可用性，並能有效應對可用區服務中斷。您可以將共用設定檔、常用工具和公用程式，以及集中化記錄儲存在 Filestore 執行個體中，並將執行個體掛接至多個 VM。為因應區域中斷，您可以將 Filestore 執行個體複製到其他區域。詳情請參閱「執行個體複製」。

如果資料庫是 Microsoft SQL Server，建議使用 SQL Server 適用的 Cloud SQL。如果 Cloud SQL 不支援您的設定需求，或您需要存取作業系統，可以部署 Microsoft SQL Server 容錯移轉叢集執行個體 (FCI)。在這種情況下，您可以使用全代管的 Google Cloud NetApp Volumes，為資料庫提供持續可用性 (CA) SMB 儲存空間。

為工作負載設計儲存空間時，請考量功能特性、韌性需求、預期效能和成本目標。詳情請參閱「針對雲端工作負載設計最佳的儲存空間策略」。

資料庫服務

本文件中的參考架構使用部署在 Compute Engine VM 上的第三方資料庫。安裝及管理第三方資料庫需要投入心力和成本，才能執行套用更新、監控及確保可用性、執行備份，以及從故障中復原等作業。

您可以使用 Cloud SQL、AlloyDB for PostgreSQL、Bigtable、Spanner 或 Firestore 等全代管資料庫服務，避免安裝及管理第三方資料庫所需的心力和成本。這些 Google Cloud 資料庫服務提供運作時間服務水準協議 (SLA)，並包含擴充性和觀測能力的預設功能。

如果工作負載需要 Oracle 資料庫，您可以在 Compute Engine VM 上部署資料庫，或使用 Oracle Database@Google Cloud。詳情請參閱「 Google Cloud中的 Oracle 工作負載」。

網路設計

選擇符合業務和技術需求的網路設計。您可以使用單一虛擬私有雲網路，也可以使用多個虛擬私有雲網路。詳情請參閱下列說明文件：

安全性、隱私權和法規遵循

本節說明使用這個參考架構，在Google Cloud 中設計及建構可用區拓撲時，應考量的因素，以符合工作負載的安全性和法規遵循要求。

防範外部威脅

如要保護應用程式免受分散式阻斷服務 (DDoS) 攻擊和跨網站指令碼攻擊 (XSS) 等威脅，您可以使用 Google Cloud Armor 安全性政策。每項政策都是一組規則，指定應評估的特定條件，以及符合條件時要採取的動作。舉例來說，規則可以指定，如果傳入流量的來源 IP 位址與特定 IP 位址或 CIDR 範圍相符，則必須拒絕該流量。您也可以套用預先設定的網頁應用程式防火牆 (WAF) 規則。詳情請參閱「安全性政策總覽」。

VM 的外部存取權

在本文件說明的參考架構中，Compute Engine VM 不需要來自網際網路的傳入存取權。請勿將外部 IP 位址指派給 VM。 Google Cloud 只有私人內部 IP 位址的資源，仍可使用 Private Service Connect 或 Private Google Access，存取特定 Google API 和服務。詳情請參閱「服務的私人存取權選項」。

如要從僅有私人 IP 位址的 Google Cloud 資源 (例如此參考架構中的 Compute Engine VM) 啟用安全傳出連線，可以使用 Secure Web Proxy 或 Cloud NAT。

服務帳戶權限

對於架構中的 Compute Engine VM，建議您建立專屬服務帳戶，並指定服務帳戶可存取的資源，而非使用預設服務帳戶。預設服務帳戶擁有多種權限，其中部分可能並非必要。您可以自訂專屬服務帳戶，只授予必要權限。詳情請參閱「限制服務帳戶權限」。

SSH 安全性

如要強化架構中 Compute Engine VM 的 SSH 連線安全性，請實作 Identity-Aware Proxy (IAP) 和 Cloud OS Login API。IAP 可讓您根據使用者身分和 Identity and Access Management (IAM) 政策控管網路存取權。Cloud OS 登入 API 可讓您根據使用者身分和 IAM 政策，控管 Linux SSH 存取權。如要進一步瞭解如何管理網路存取權，請參閱「控管 SSH 登入存取權的最佳做法」。

網路安全

如要控管架構中資源之間的網路流量，您必須設定適當的 Cloud Next Generation Firewall (NGFW) 政策。

每項防火牆規則都能讓您根據通訊協定、IP 位址和通訊埠等參數控管流量。舉例來說，您可以設定防火牆規則，允許從網路伺服器 VM 傳送至資料庫 VM 特定通訊埠的 TCP 流量，並封鎖所有其他流量。

其他安全性考量

建構工作負載架構時，請考量企業基礎藍圖和 Google Cloud Well-Architected Framework：安全性、隱私權和法規遵循中提供的平台層級安全性最佳做法和建議。

可靠性

本節說明使用這個參考架構，在 Google Cloud中為可用區部署作業建構及運作可靠的基礎架構時，應考量的設計因素。

基礎架構中斷時的穩健性

在單一可用區部署架構中，如果基礎架構堆疊中的任何元件故障，只要每個層級至少包含一個容量充足且正常運作的元件，應用程式就能處理要求。舉例來說，如果網路伺服器執行個體故障，負載平衡器會將使用者要求轉送至其他可用的網路伺服器執行個體。如果託管網路伺服器或應用程式伺服器執行個體的 VM 當機，MIG 會自動重新建立 VM。如果資料庫當機，您必須手動啟用第二個資料庫，並更新應用程式伺服器執行個體，才能連線至資料庫。

可用區或區域服務中斷，會影響單一可用區部署作業中的所有 Compute Engine VM。可用區中斷不會影響這個架構中的負載平衡器，因為它是區域性資源。不過，由於沒有可用的後端，負載平衡器無法分配流量。如果可用區或區域發生中斷，您必須等待 Google 解決中斷問題，然後確認應用程式是否正常運作。

您可以在其他Google Cloud 可用區或區域中，維護基礎架構堆疊的被動 (容錯移轉) 副本，減少可用區或區域中斷造成的停機時間。如果主要可用區發生服務中斷，您可以在容錯移轉可用區或區域中啟用堆疊，並使用 DNS 路由政策將流量轉送至容錯移轉可用區或區域中的負載平衡器。

如果應用程式需要具備因應可用區或區域服務中斷的能力，建議採用區域性或多區域架構。請參閱下列參考架構：

MIG 自動調度資源

無狀態 MIG 的自動調度資源功能可讓您將應用程式可用性和效能維持在可預測的水準。

如要控管無狀態 MIG 的自動調度資源行為，您可以指定目標使用率指標，例如平均 CPU 使用率。您也可以為無狀態 MIG 設定依排程自動調度資源。有狀態 MIG 無法自動調度資源。詳情請參閱「自動調整資源配置執行個體群組」。

MIG 大小限制

決定 MIG 大小時，請考量 MIG 可建立的 VM 數量預設值和上限。詳情請參閱「在 MIG 中新增及移除 VM」。

VM 自動修復

有時，託管應用程式的 VM 可能正在運作且可用，但應用程式本身可能有問題。應用程式可能會凍結、異常終止或記憶體不足。如要確認應用程式是否正常回應，您可以設定以應用程式為基礎的健康狀態檢查，做為 MIG 自動修復政策的一部分。如果特定 VM 上的應用程式沒有回應，MIG 就會自動修復 VM。如要進一步瞭解如何設定自動修復功能，請參閱「關於修復 VM 以確保高可用性」。

VM 放置

在本文說明的架構中，應用程式層和網路層會在單一可用區內的 Compute Engine VM 上執行。

如要提升架構的穩定性，您可以建立分散配置政策，並套用至 MIG 範本。MIG 建立 VM 時，會將各可用區內的 VM 放在不同的實體伺服器 (稱為「主機」) 上，因此 VM 不會因個別主機故障而受到影響。詳情請參閱「建立分散配置政策並套用至 VM」。

VM 容量規劃

如要確保在需要佈建 VM 時，Compute Engine VM 有可用容量，您可以建立預留項目。預留項目可確保在特定可用區中，為您選擇的機型提供指定數量的 VM 容量。預留項目可以專屬於某個專案，也可以在多個專案之間共用。如要進一步瞭解預留項目，請參閱「選擇預留項目類型」。

有狀態儲存空間

應用程式設計的最佳做法是避免需要有狀態的本機磁碟。不過，如有這項需求，您可以將永久磁碟設為有狀態，確保在修復或重新建立 VM 時保留資料。不過，建議您將開機磁碟設為無狀態，以便將磁碟更新至最新映像檔，並套用新版本和安全性修補程式。詳情請參閱「在 MIG 中設定有狀態永久磁碟」。

資料持久性

您可以使用備份和災難復原服務，建立、儲存及管理 Compute Engine VM 的備份。備份和災難復原會以應用程式可讀取的原始格式儲存備份資料。必要時，您可以直接使用長期備份儲存空間中的資料，將工作負載還原至正式環境，不必準備或移動資料。

Compute Engine 提供下列選項，協助您確保儲存在 Persistent Disk 磁碟區中的資料耐用性：

資料庫可用性

如果您使用高可用性設定的 Cloud SQL 等代管資料庫服務，當主要資料庫發生故障時，Cloud SQL 會自動容錯移轉至待命資料庫。您不需要變更資料庫端點的 IP 位址。如果您使用部署在 Compute Engine VM 上的自行管理第三方資料庫，則必須使用內部負載平衡器或其他機制，確保應用程式在主要資料庫無法使用時，能連線至其他資料庫。

如要為部署在 Compute Engine VM 上的資料庫實作跨可用區容錯移轉，您需要一種機制來識別主要資料庫的故障，以及容錯移轉至待命資料庫的程序。容錯移轉機制的具體細節取決於您使用的資料庫。您可以設定觀察器執行個體，偵測主要資料庫的故障情形，並安排容錯移轉。您必須妥善設定容錯移轉規則，避免發生腦裂情況，並防止不必要的容錯移轉。如需可用於實作 PostgreSQL 資料庫容錯移轉的架構範例，請參閱「Compute Engine 上 PostgreSQL 叢集的高可用性架構」。

更多可靠性考量

為工作負載建構雲端架構時，請參閱下列說明文件，瞭解可靠性相關的最佳做法和建議：

成本最佳化

本節提供指引，說明如何降低使用這項參考架構建構及操作可用區 Google Cloud 拓撲的成本。

VM 機型

為協助您達到最佳 VM 執行個體資源使用率，Compute Engine 會提供機器類型建議。請根據建議，選擇符合工作負載運算需求的機型。如果工作負載的資源需求可預測，您可以使用自訂機型，根據需求自訂機型並節省費用。

VM 佈建模型

如果應用程式具備容錯能力，Spot VM 可協助降低應用程式和網路層中 VM 的 Compute Engine 費用。Spot VM 的費用遠低於一般 VM。不過，Compute Engine 可能會先占停止或刪除 Spot VM，以取回資源。

Spot VM 適用於可容許先占，且沒有高可用性需求的批次工作。Spot VM 提供的機器類型、選項和效能與一般 VM 相同。不過，如果可用區的資源容量有限，MIG 可能無法自動水平擴展 (即建立 VM) 至指定目標大小，直到所需容量再次可用為止。

VM 資源使用率

無狀態 MIG 的自動調度資源功能可讓應用程式妥善處理增加的流量，並在資源需求降低時節省成本。有狀態 MIG 無法自動調度資源。

第三方授權

將第三方工作負載遷移至 Google Cloud時，您或許可以透過自備授權 (BYOL) 降低成本。舉例來說，如要部署 Microsoft Windows Server VM，您可以使用自訂 Windows BYOL 映像檔，而非使用會產生第三方授權額外費用的付費映像檔。僅須為您在 Google Cloud上使用的 VM 基礎架構付費。這項策略可協助您繼續從現有的第三方授權投資中實現價值。如果您決定採用 BYOL 方法，下列建議可能有助於降低成本：

  • 使用自訂機型，獨立於記憶體佈建所需數量的運算 CPU 核心。這樣一來，第三方授權費用就會限制在您需要的 CPU 核心數量。
  • 停用多執行緒並行 (SMT)，將每個核心的 vCPU 數量從 2 個減少為 1 個。

如果您在 Compute Engine VM 上部署第三方資料庫 (例如 Microsoft SQL Server)，則必須考量第三方軟體的授權費用。使用 Cloud SQL 等代管資料庫服務時，資料庫授權費用會包含在服務費用中。

更多費用注意事項

建構工作負載架構時，也請考量「Google Cloud Well-Architected Framework：成本最佳化」中的一般最佳做法和建議。

提升作業效率

本節說明使用這個參考架構設計及建構可用區 Google Cloud 拓撲時，應考量的因素，以便有效率地運作。

VM 設定更新

如要更新 MIG 中 VM 的設定 (例如機型或開機磁碟映像檔)，請使用所需設定建立新的執行個體範本，然後將新範本套用至 MIG。MIG 會使用您選擇的更新方法 (自動或選擇性) 更新 VM。請根據可用性和作業效率需求，選擇合適的方法。如要進一步瞭解這些 MIG 更新方法，請參閱「在 MIG 中套用新的 VM 設定」。

VM 映像檔

建議您為 VM 建立及使用自訂 OS 映像檔，其中包含應用程式所需的設定和軟體，而非使用 Google 提供的公開映像檔。您可以將自訂映像檔歸類為自訂映像檔系列。映像檔系列一律會指向該系列中最新的映像檔，因此執行個體範本和指令碼可以使用該映像檔，您不必更新特定映像檔版本的參照。您必須定期更新自訂映像檔，納入 OS 供應商提供的安全性更新和修補程式。

確定性執行個體範本

如果 MIG 使用的執行個體範本包含安裝第三方軟體的開機指令碼，請務必在指令碼中明確指定軟體安裝參數，例如軟體版本。否則，當 MIG 建立 VM 時，VM 上安裝的軟體可能不一致。舉例來說，如果執行個體範本包含安裝 Apache HTTP Server 2.4 (apache2 套件) 的開機指令碼，請務必在指令碼中指定要安裝的確切 apache2 版本，例如 2.4.69 版。詳情請參閱「確定性執行個體範本」。

更多作業考量

建構工作負載架構時，請考量「Google Cloud Well-Architected Framework：優質營運」中，有關作業效率的一般最佳做法和建議。

效能最佳化

本節說明使用這個參考架構，在Google Cloud 中設計及建構符合工作負載效能需求的可用區拓撲時，應考量的因素。

運算效能

Compute Engine 提供多種預先定義和可自訂的機型，適用於在 VM 上執行的工作負載。請根據效能需求選擇合適的機器類型。詳情請參閱機器家族資源與比較指南。

VM 多執行緒

您分配給 Compute Engine VM 的每個虛擬 CPU (vCPU) 都會實作為單一硬體多執行緒。根據預設，兩個 vCPU 會共用一個實體 CPU 核心。如果應用程式涉及高度平行運算，或執行浮點運算 (例如基因序列分析和財務風險模型)，您可以減少在每個實體 CPU 核心上執行的執行緒數量，藉此提升效能。詳情請參閱「設定每個核心的執行緒數量」。

VM 多執行緒可能會對某些第三方軟體 (例如資料庫) 產生授權影響。詳情請參閱第三方軟體的授權說明文件。

網路服務級別

網路服務級別可讓您最佳化工作負載的網路成本和效能。您可以選擇進階級或標準級。進階級透過 Google 的全球骨幹網路傳輸流量，盡可能減少封包遺失並降低延遲。標準級會使用對接、網際網路服務供應商 (ISP) 或轉送網路，在最靠近 Google Cloud 工作負載執行區域的邊緣連接點 (PoP) 傳送流量。為達到最佳效能，建議使用進階級。如要盡可能降低成本，建議使用標準級。

網路效能

如果工作負載需要應用程式和網路層內的 VM 間網路延遲時間較短，您可以建立密集配置政策，並套用至用於這些層的 MIG 範本。MIG 建立 VM 時，會將 VM 放在彼此相近的實體伺服器上。密集配置政策有助於提升 VM 間的網路效能，而分散配置政策則可提高 VM 可用性，如前所述。為在網路效能和可用性之間取得最佳平衡，建立密集配置政策時，您可以指定 VM 之間的距離。詳情請參閱「配置政策總覽」。

Compute Engine 對每個 VM 的輸出網路頻寬設有限制。這項限制取決於 VM 的機型，以及流量是否透過與來源 VM 相同的虛擬私有雲網路轉送。如果 VM 採用特定機型，您可以啟用 Tier_1 網路，提高輸出頻寬上限，進而提升網路效能。

更多效能考量

建構工作負載架構時，請考量「Google Cloud Well-Architected Framework：效能最佳化」中提供的一般最佳做法和建議。

後續步驟

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