云工作负载在性价比上的自然演进路径：
Intel ➜ AMD ➜ ARM
不信？来看看 Uber 的做法：
01/Arm架构：云计算新时代
2023 年 2 月，Uber 正式开启了一项战略性迁移：将从本地数据中心迁移至云端，采用 Oracle Cloud Infrastructure（OCI）和 Google Cloud Platform（GCP）作为主要平台。
虽然如此大规模的云迁移本身已极具挑战性，Uber 同时还设立了另一个野心勃勃的目标：在以 x86 为主的服务器环境中引入 Arm 架构。
这么做的原因何在？为了降低成本、提升性价比，并在不可预测的供应链环境中确保硬件灵活性。
随后，Uber 经历了一段充满技术挑战和跨团队协作的旅程，逐步将 Arm 主机纳入服务器集群中。
本文将重点介绍在向多架构环境过渡的过程中，我们遇到了哪些基础设施层面的技术难题。
OCI 战略
想要理解我们为何迁移到基于 Arm 架构的主机，首先要了解 OCI（Oracle Cloud Infrastructure）采用 Ampere 处理器的初衷------能源效率是所有超大规模云服务商采纳 Arm 的核心驱动力。
一直以来，Arm 都以移动设备的低功耗设计闻名，而这一优势已延伸至数据中心产品，Ampere 处理器在单位功耗性能上树立了新标杆。这不仅降低了能源成本，也为 OCI 带来了显著节省。
另一个不那么显眼但同样重要的优势是空间集约化：Ampere 处理器能在更小的数据中心空间内实现更高的计算密度，从而在机架级别实现更高性能，最大限度减少占地面积和基础设施成本。
Uber 的动机是什么？
归根结底，是追求硬件与容量的多样化。
作为致力于成为"零排放公司"的一员，采用高性能、高能效的服务器，是减少环境影响的重要一步。
OCI 实现的能源和空间节省，将直接为 Uber 转化为更佳的成本结构和更强的可持续运营能力。
迁移阶段
Uber 采用多架构环境是一个复杂的过程，涉及多个阶段的 Bootstrap自举、周密规划和跨团队执行。整体流程大致可分为七个阶段，如下图所示：
图 1：Arm 采用流程图
- **主机准备：**确保主机层软件兼容 Arm 架构
- **构建准备：**更新构建流水线以支持多架构容器镜像
- **平台准备：**增强部署系统，添加架构特定的调度约束与保护机制
- **SKU 验证：**评估硬件可靠性与性能，确认是否可行
- **工作负载：**改造代码库与容器镜像以支持 Arm
- **迁移准备：**建立测试与监控机制，验证 Arm 上负载表现
- **正式迁移：**逐个工作负载迁移至 Arm 环境
尽管采用过程主要遵循顺序流程，但部分阶段是并行进行的，以便加快进度。
下面我们将探讨在基于 Arm 的主机上引导构建基础设施时面临的挑战：
初始目标
最初的目标其实很简单：为 Arm 构建一个服务，并使用现有的部署平台将其部署到基于 Arm 的主机上。但这个看似简单的目标，却揭示出基础设施各层对 x86 的高度依赖。
主机准备
构建与部署服务之前，必须确保主机可支持 Arm。这意味着从最底层开始。
第一步是构建 Arm 兼容的主机镜像，包含操作系统、内核及 Uber 核心基础设施依赖的各类主机级软件。
每个组件都必须被重构、测试并验证，以确保在 Arm 硬件上稳定运行。一旦主机镜像准备完毕，我们就可以将 Arm 主机集成进服务器集群，为下一步构建服务打好基础。
构建服务
最初我们以为构建服务很简单，没想到这一步迅速暴露出问题：我们的构建基础设施在设计时高度依赖单一架构。
多年来，Uber 的容器镜像栈依赖于由 Makisu 支持的集中式 Buildkite™ 流水线。Makisu 是一种高效且快速的容器镜像构建器，专为单一架构构建优化。
尽管 Makisu 表现出色，但它有一个关键限制：它无法为 Arm 交叉编译。
这意味着我们不能简单地打开开关来生成兼容 Arm 的容器镜像。相反，我们必须重新思考如何在集群中构建容器镜像。
更糟糕的是，我们有超过 5000 个服务，其构建流程都紧密绑定 Makisu，包括大量定制化构建步骤。因此，从 Makisu 迁移是一项艰巨的任务。
构建流水线演进
我们没有完全放弃 Makisu，而是选择通过引入一个支持构建 Arm 架构镜像的新容器镜像构建器，来演进我们的构建流水线。
具体方案是：
- 先用这个新的构建器创建出兼容 Arm 的 Makisu 版本，随后就能用这个 Arm 版 Makisu 为所有其他服务构建 Arm 版本。
但正如后文所示，在 Arm 上启动 Makisu 的过程引发了一系列连锁反应，最终需要引导构建更多组件。
我们选择了 Google Bazel™ 作为新的容器镜像构建工具，以应对挑战。
这一决策主要基于两大优势：
- Bazel 能通过 OCI 容器镜像规则实现跨架构构建（即在非宿主架构上构建容器镜像）
- 我们的 Monorepo 已在使用 Bazel
这一选择也使我们能够复用现有的工程经验与工具链，既保留了现有 Makisu 投入，又通过 Bazel 的跨平台能力打通了 Arm 构建的路径。
打破循环依赖
Bazel 加入构建流程后，我们可以构建出 Arm 版 Makisu。但 Makisu 运行在 Buildkite CI 系统上，而 Buildkite 又依赖我们名为 Odin 的 Stateful 平台。
Odin 又依赖一系列核心主机代理程序（日志、指标、网络等），而这些代理都由 Makisu 构建。这导致一个"循环依赖"：我们必须将这些组件由 Makisu 构建迁移至 Bazel 构建，从主机代理 → 有状态平台的组件 → Buildkite → Makisu。
我们使用 Bazel 的多架构功能，系统地处理每一层，逐步改造我们的基础设施。
图2：引导构建栈的组件
分布式构建流程
一旦 Makisu 和整个 Buildkite 栈在基于 Arm 的主机上运行起来，我们迈出了下一个重要步骤：通过为容器镜像设置分布式构建流水线来推进构建设置。
这个新的流水线将构建过程多路复用到 Arm 和 x86 主机上，在每个架构上本地运行 Makisu。
镜像构建完成后，流水线会触发最后一步，使用多架构容器 manifest 将 x86 和 Arm 镜像合并为一个统一的多架构容器镜像。
图 3：分布式容器镜像构建流程
该架构优势显著：
- 无需整体迁移至 Bazel，节省人力成本
- 原生支持无法交叉编译的工作负载
- 避免交叉编译的性能开销，缩短构建时间，帮助我们满足构建延迟的 SLA 要求
但缺点也存在：构建成本翻倍------因为需要为两种架构分别构建容器镜像。
截至本文撰写时，我们每周要进行超过 40 万次容器镜像构建，这种额外成本很快变得非常可观。但即便如此，从单位经济效益来看，向 Arm 架构过渡仍然物有所值。
此外，多架构构建支持渐进式迁移策略，因为同一个镜像标签可以同时部署在 Arm 和 x86 主机上。
首批服务上线
有了多架构镜像构建能力后，下一步是部署支持 Arm 的无状态和有状态平台。
在 Uber，我们在逐步引入生产环境变更时非常谨慎，逐步扩大变更范围，因此构建了基于架构的调度约束和回滚机制。
例如，如果部署的镜像仅有 x86 版本，系统将自动放弃 Arm 调度约束并回滚到 x86 主机。这确保了稳定性。
最终，我们成功在 Arm 主机上部署并运行首批服务，证明了 Arm 与 x86 可共存于 Uber 的生产环境中。
02/结论
对 Uber 来说，这项浩大的工程不仅仅是为了节省成本 ，更是为了实现能效优化 、可持续发展 和基础设施灵活性。
Arm 处理器在性能功耗比方面设立了新的行业基准，意味着更低的能耗和更高的数据中心部署密度。
基础设施引导构建的初步成功只是更大征程的开始。欢迎关注⌈ CloudPilot AI⌋，获取更多基础设施建设的案例。
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