云计算 第9章 云计算数据中心

并行计算框架
虚拟化技术
多租赁与按需计费
云计算数据中心的实施过程
规划阶段
对云计算平台进行充分的评估，选 择合适的技术架构；充分考虑系统 扩展和迁移的可操作性，保证基础 设施平台技术的连续性和核心业务 的连续性。
准备阶段 实施阶段
实现平台架构虚拟化的基础上， 还要实现各种资源调度和分配的 自动化，为全面管理和自助服务 打好基础。
【重点难点】
云数据中心与传统IDC建设的区别 2
主要内容
• 9.1 云计算数据中心的概念和特征 • 9.2 云计算数据中心与传统IDC的对比分析 • 9.3 云计算数据中心的规划与建设 • 9.4 国内外互联网巨头的云计算数据中心布局
3
传统数据中心的IT资源配置模式 ——”烟囱式”结构
部门A 应用1
其特点是无需前期投资、按需租用服务 、获取方式简单以及使用安全可靠等，可以 满足不同规模的用户根据需要动态地扩展其 服务内容。
云计算数据中心总体架构
云计算机房架构
云计算机房采用标准化、模块化设计理念，最大程度的降低基础 设施对机房环境的耦合。
模块化机房集成了供配电、制冷、机柜、气流遏制、综合布线、 动环监控等子系统，提高数据中心的整体运营效率，实现快速部署、 弹性扩展和绿色节能。
采用SAN结构，大量的数据传输通过SAN网络进行，局域网只承担各服务 器之间的通信任务。这种分工使得存储设备、服务器和局域网资源得到更有效 的利用，使存储系统的速度更快，扩展性和可靠性更好。
云计算应用平台架构
云计算应用平台采用面向服务架构SOA的方式，应用平台为部署和运 行应用系统提供所需的基础设施资源应用基础设施。
云计算主机系统架构
从云端客户需求看，云计算数据中心通常需要规模化的提供以下几种 类型的计算力，其服务器系统可采用三（多）层架构：
高性能的、稳定可靠的高端计算，主要处理紧耦合计算任 务，不仅包括对外的数据库、商务智能数据挖掘等关键服 务，也包括自身账户、计费等核心系统。 面向众多普通应用的通用型计算，用于提供低成本计算解 决方案，一般采用高密度、低成本的超密度集成服务器， 以有效降低数据中心的运营成本和终端用户的使用成本 面向科学计算、生物工程等业务，提供百万亿、千万亿次 计算能力的高性能计算，其硬件基础是高性能集群。
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与传统IDC的对比
服务优化
资源调度
效率提高Biblioteka 收费模式云计算的引入，使数据 传统IDC是烟囱式 的 传统IDC通常片面 强 传统数据中心一般按照
中心突破服务类型，更
架构，应用系统与运
调机房的可靠、安全
月或者年收费，计算的
注重数据的存储和计算
行平台、系统、物理
、高标准，但与IT系
标准就是机柜数量、带
云计算存储系统架构
云计算采用数据统一集中存储的模式，当前主要有两种方式，一 种是使用类似于GFS（Google File System，Google文件系统）的 集群文件系统，另外一种是基于块设备的存储区域网络SAN系统。
存储区域网络SAN系统
在SAN连接方式上，可以有多种选择。一种选择是使用光纤网络，能够操 作快速的光纤磁盘，适合于对性能与可靠性要求比较高的场所。另外一种选择 是使用以太网，采取iSCSI协议，能够运行在普通的局域网环境下，从而降低 成本。
按照面向用户的不同
2
网络系统可划分为内部核心网、业务专网、VPN安全接入域、公众服务网等区域。
按照网络层次结构中设备作用的不同
3 网络系统可以划分为核心层、汇聚层、接入层。
从网络服务的数据应用业务的独立性、各业务的互访关系及业务的 4 安全隔离需求综合考虑
网络系统在逻辑上可以划分为存储区、应用业务区、前置区、系统管理区、托管区 、外联网络接入区、内部网络接入区等。
地区 美洲地区
亚洲 欧洲
位置
南卡罗来纳州伯克利县
爱荷华州康瑟尔布拉夫斯
佐治亚州道格拉斯县
亚拉巴马州杰克逊县
北卡罗莱纳州勒努瓦
俄克拉何马州梅斯县
行配置。
低成本。
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主要内容
• 9.1 云计算数据中心的概念和特征 • 9.2 云计算数据中心与传统IDC的对比分析 • 9.3 云计算数据中心的规划与建设 • 9.4 国内外互联网巨头的云计算数据中心布局
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云计算数据中心总体架构
云计算数据中心本质上由云计算平台和云计算服务构成。
云计算平台
云计算服务
传 统 IDC 增 值 服 务 的 升
样能使得数据中心的
强调与IT系统协同优
户使用量来收费，即用
级，是云计算数据中心
管理具有较大的灵活
化，在满足需求的前
户用了多少计算和带宽
下 对 传 统 IDC 服 务 的 升
性，使得资源配置优
提下，实现整个数据
资源，就收多少费用。
级版。
化，按照客户需求进
中心的最高效率和最
2 据中心采用了风侧自由冷却；芬兰的数据中心采用了海水冷
却；比利时则是工业废水的利用。
3
数据中心的选址更多考虑了运行成本，有很多是旧厂改造。 同时，会选择偏远地区，以获取价格低廉的电力设施。
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Google全球数据中心位置
Google数据中心有9个在美洲地区，2个在亚洲地区，4个在欧洲地区 ，其主要业务涵盖搜索、广告、云计算，以及新兴技术等各方面。
虚拟化程度
计算、存储及网络 资源的松耦合程度
模块化程度
自动化管理程度
绿色节能程度
云计算数据中心示意图
云数据中心的特征
快速扩展按需调拨
根据已确定的业务应用需求
和服务级别并通过监控服务
质量，实现动态配置、定购
、供应、调整虚拟资源。
01
02
模块化设计
模块化数据中心的优势主 要体现在快速部署、扩展 性强、更高的空间利用率 、降低投资成本、灵活性 高、可移动等方面。
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Amazon
与传统的单一数据中心基础设施和多数据中心基础设施相比，Amazon AWS云基础设施是围绕区域和可用区（“AZ”）构建。
AWS的每个区域一般由多个可用区（AZ）组成，而一个可用区一般是 由多个数据中心组成。AWS引入可用区设计主要是为了提升用户应用程序的 高可用性。可用区与可用区之间在设计上是相互独立，即有独立的供电、独 立的网络等，所以一个可用区出现问题时也不会影响另外的可用区。在一个 区域内，可用区与可用区之间通过高速网络连接，从而保证很低的延时。
云计算平台应能提供标准的API实现 与现有应用兼容；云计算平台建设 是个闭环的过程，需要进行不断地 改进。
云计算数据中心建设的成本要素
土地成本
土建成本
电力电源设施
IT设备采购及建设
基础网络、网络 空调及消防设施 机房内饰、网络
安全设施建设
建设
布线及机架建设
虚拟化软件、云计算 管理系统及相关系统
的建设
客户专区、监控专区及外围 设施建设
传统IDC的建设成本
主要内容
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阿里巴巴、腾讯、谷歌、 亚马逊等在全球布局云计 算数据中心
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Amazon全球数据中心布局
截至2018年3月，Amazon AWS在全球18个地理区域和1个本地区 域运营着53个可用区（AZ），分别位于美国、澳大利亚、巴西、加拿 大、中国、法国、德国、印度、爱尔兰、日本、韩国、新加坡和英国。
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微软
微软在建规模数据中心之初，就制定了一些最基本准则，并依照这些 准则在全球建立统一标准的数据中心。
模块化机房包括： 集装箱模块化机房 楼宇模块化机房
云计算网络系统架构
云计算数据中心网络根据业务性质或网络设备的作用进行区域划分， 可从以下几方面的内容进行规划：
按照数据的等保级别来划分
1 比如，信息安全等级保护二级和信息安全等级保护三级应划分不同的网络安全域，
使用不同的安全策略，来对传送的数据进行保护。
计量
应用使用所消耗的计算资源。
集成、复合应 提供连通性的服务、整合服务、消息服务和流程重组 用构建能力 服务等，来实现用于构建SOA架构风格的复合应用。
云计算数据中心的关键技术
海量数据的存储、处理 和访问
高效、可靠的数据传输 交换和事件处理
智能化管理监控和“即 插即用”式的部署应用
弹性伸缩和动态调配
5
传统数据中心的成本支出结构 ——“冰山模式”
28%
72%
问题： 如何节省运营性支出把预算更多地用于IT基 础设施创新？6 ——云计算数据中心
什么是云计算数据中心？
云计算数据中心是一种基于云计算架构，计算、存储及网
络资源松耦合，完全虚拟化各种IT设备、模块化程度较高、自 动化程度较高、具备较高绿色节能程度的新型数据中心。
完整的应用平台提供如下功能架构：
应用运行环境 底层网络环境、WEB前端、中间件平台、分布式运
行环境、多种类型的数据存储、动态资源伸缩。
应用全生命周 提供JAVA开发、SDK、IOS等流程化环境，加快应用
期支持
的开发、测试和部署。
公共服务
以API形式提供公共服务，如队列服务、存储服务和 缓存服务等。
监控、管理和 提供资源池、应用系统的管理和监控功能，精确计量
云计算平台是云计算数据中心的内部支 撑，处于云计算技术体系的核心。
它以数据为中心，以虚拟化和调度技术 为手段，通过建立物理的、可缩放的、可调 配的、可绑定的计算资源池，整合分布在网 络上的服务器集群、存储群等，结合可动态 分配和平滑扩展资源的能力，提供安全可靠 的各种应用数据服务。
云计算服务是云计算数据中心的外在实 现，包括通过各种通信手段提供给用户的应 用软件（SaaS）、系统平台（PaaS）和计算 资源（IaaS）等服务。
03
04
自动化远程管理
云计算数据中心应该是 7×24小时无人值守，可以 进行远程管理的。
绿色低碳运营
云计算数据中心将大量使用 节能服务器和节能存储设备 和刀片服务器，并实现供电 、散热和计算资源的无缝集 成和管理。
主要内容
• 9.1 云计算数据中心的概念和特征 • 9.2 云计算数据中心与传统IDC的对比分析 • 9.3 云计算数据中心的规划与建设 • 9.4 国内外互联网巨头的云计算数据中心布局
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Google
Google数据中心的基础架构设计走在行业前列，包括可再生能源利 用、低功耗制冷、新能源利用，以及数据中心机房设计等方面。
让电网变得更环保成为其投资可再生能源的主要特点。即通
1 过投资可再生能源，并将绿色电能买给电网，然后从电网购
电支持数据中心的运行。
数据中心的制冷大多采用了冷冻水系统。例如，都柏林的数
第9章 云计算数据中心
1
【教学内容】
1.云计算数据中心的概念和特征 2.云计算数据中心与传统IDC的对比分析 3.云计算数据中心的规划与建设 4.国内外互联网巨头的云计算数据中心布局
【教学要求】
1.了解云数据中心的特征与概念 2.了解云数据建设过程的成本要素 4.了解国内外互联网巨头的云数据中心布局
深化阶段
应用和管 理阶段
将云计算中心建设作为战略问题 来对待，管理高层要给予极大的 重视和支持，并明确每一阶段所 要实现的目标，从业务创新和IT 服务转型的高度进行规划和部署。
资源虚拟化是云计算数据中心的 基础，通过构建支持异构平台的 虚拟化平台，可以满足安全性、 可靠性、扩展性和灵活性等各方 面的服务要求。
部门B
应用2
应用3
部门Z 应用n
服务器1 服务器2 服务器3
………………
服务器n
数据网络和存储网络
机房设施
4
传统 “烟囱式“式数据中心的缺陷
性能/Performance
安全/Security
空间/Room Space
管理/Management
功耗/Power & Watt
部署/Deployment
能力的虚拟化、设备维 资源间的紧耦合。
统相互割裂，成本高
宽大小、用电量这些数
护管理的综合化。
云计算数据中心的所
昂。
据。统计不够精确，易
对比传统IDC，云计算
有计算、存储及网络 相较传统IDC服务 ，
造成很多资源的浪费。
数据中心增值服务是对
资源都是松耦合。这
云计算数据中心更加 云计算数据中心按照用
灵活可扩展
低成本
运营标准化
通用性基础架构
软件容错性
软件定义的高可 用性
目前，微软更是开始建设和部署海底数据中心，旨在满足世界人口密 集区域对云计算基础设施的大量需求。通过这种策略，不仅可以降低昂贵 的冷却成本，还可以减少建造成本。（详见扩展阅读）
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微软全球数据中心布局
时至今日，微软Azure已经在全球54个区域建立了数据中心，可覆盖 140个国家和地区，其中包括美国、加拿大、巴西、法国、英国、澳大利 亚、中国、印度、日本、韩国等国家和地区