IaaS私有云数据中心系统设计

IaaS私有云数据中心系统设计

IaaS私有云数据中心将逐步替代原有形态的企业数据中心，为企业日常IT等业务运营环境提供更加强有力的支持。

当前云计算产业正在如火如荼的发展，大型互联网运营商如阿里、百度等都已经提供了公有云业务，专门服务于中小型企业，为其提供基础IT建设与维护服务。而对部分大型企业和安全性有较高要求的用户来说，私有云则成为其自身IT建设的首选。

在云计算的三个层面中，上层架构的PaaS与SaaS要求更加贴合企业自身的业务系统特征，因此系统设计更加注重个性化和独立化部署。而底层的IaaS 结构则具有更高的通用性与普适性，可以在大多数云计算数据中心中部署，为企业提供灵活的业务部署环境。本文将重点阐述IaaS私有云数据中心较为常见的基础系统设计结构。

1IaaS私有云数据中心整体系统结构

从架构上来看，IaaS私有云数据中心主要由7个部分组成：

计算虚拟化资源；

共享存储资源；

融合网络资源；

安全防护资源；

应用优化资源；

统一管理平台；

使用交付平台。

计算虚拟化资源与共享存储资源提供了云计算中最为基础的计算与存储系统，安全防护资源与应用优化资源提供了安全优化的附加增值服务，统一管理平台和使用交付平台为外部的用户与管理员提供了云计算资源管理使用的入口，融合网络资源通过连接整合将上述6个部分紧密结合在一起，使云计算资源能够作为一个真正的整体对外提供IaaS服务。

2计算虚拟化系统设计

为了使大量的服务器资源能够集成在一起，统一对外提供计算服务，必需部署软件的虚拟化系统来整合成云。因此在IaaS私有云数据中心内，服务器虚拟化软件平台是该系统最为核心的组成内容。

虚拟化软件平台通常分为虚拟化业务平台和管理平台两个部分，业务平台部署在大量的物理服务器计算资源上，实现计算资源一虚多的虚拟化业务需求；而管理平台则通常会部署在统一管理平台组件内部，对业务平台所在物理服务器计算资源进行统一调度部署。

服务器虚拟化平台主要提供分区、隔离、封装和迁移4个关键特性。

分区：在单一物理服务器上同时运行多个虚拟机。

隔离：在同一服务器上的虚拟机之间相互隔离。

封装：整个虚拟机都保存在文件中，而且可以通过移动和复制这些文件的方式来移动和复制该虚拟机。

迁移：运行中的VM可实现动态迁移到不同物理机的虚拟平台上。

目前IaaS数据中心的虚拟化业务平台有ESX/ESXi、Hyper-V、XEN和KVM四大主流软件产品。其中ESX/ESXi是VMware公司的私有技术平台，Hyper-V是Microsoft公司的私有技术平台。而XEN和KVM则是两款主流开源虚拟化平台，有诸多厂商（如Citrix、Redhat、Amazon等）的虚拟化平台产品都是基于这两款开源平台修改实现的。从基本功能支持与性能可靠性上比较，上述四款平台的差别不大。相对来说，XEN和KVM由于属于开源平台项目，更加符合目前软件行业趋于开源的整体发展方向，在IaaS私有云和公有云数据中心建设部署时被选用的也相对更多。其中XEN是2002年发布的早期虚拟化平台，KVM是2007年发布的新一代虚拟化平台，XEN在已有数据中心项目应用较多，KVM则由于其结构精简，且与Linux内核结合的更加紧密，在近些年新建的IaaS 数据中心中更受欢迎，大有后来居上的趋势。

3存储系统设计

3.1 共享存储系统设计

在IaaS数据中心内部，除了使用虚拟化平台对物理服务器计算资源进行整合以外，还需要对存储资源进行集中处理，以达到数据级别的资源整合。存储系统实现上有很多技术分类，根据服务规模要求，在IaaS私有云数据中心内主要使用IP SAN或FC SAN作为共享存储系统提供数据存储服务。IP SAN通常针对数据规模较小，IOPS（每秒I/O吞吐）要求较低的场景使用，投资成本相对降低。FC SAN则针对大型数据规模或高IOPS要求的场景使用，系统搭建消耗较高。近些年随着FCoE技术的发展，这种兼具了IP网络带宽优势与FC存储高IOPS 特点的融合型存储系统开始受到关注，但由于厂商产品还不够成熟，大规模部署实现还需要一定的时间。

存储系统整合后，可以通过专业的软件平台为服务器集群提供数据共享服务。共享存储平台产品分为两大类，其中绝大部分是由存储设备厂商根据自身产品特性设计提供，主要在自己的产品上使用，如EMC、IBM、NetApp和Hitachi 等。另外一部分是由专业的软件厂商设计，通过增加一层数据管理平台架构，可以在绝大部分存储产品上使用，如Symantec的Veritas等。具体选择取决于决策者更加看重数据中心存储管理的运维简化还是兼容异构。

3.2 分布式存储系统设计

值得一提的是，在近几年，随着服务器计算能力和网络传输带宽的极大提升，整个业务系统的性能瓶颈开始向存储设备上转移，如上介绍的传统集中式存储受到带宽和I/O吞吐等硬件条件限制，发展已现颓势。新兴的分布式存储技术正在逐步走进大众的视野，该技术将原有单一磁盘阵列中的存储资源分散到大量低成本的服务器中，通过软件方式进行数据读写调度，并提供数据冗余。代表技术如Google的GFS和Hadoop的HDFS等，都已经拥有一定的使用规模。一些

专业厂商也已经推出了适用于小型应用业务的产品，但由于相对于传统集中式存储技术成熟度较低，还需要时间成长。

分布式存储的目标是利用多台服务器的存储资源来满足单台服务器所不能满足的存储需求。分布式存储要求存储资源能够被抽象表示和统一管理，并且能够保证数据读写操作的安全性、可靠性、性能等各方面要求。

分布式存储技术可以通过多种方式实现，一种比较典型的实现方式是分布式文件系统。分布式文件系统允许用户像访问本地文件系统一样访问远程服务器的文件系统，用户可以将自己的数据存储在多个远程服务器上，分布式文件系统基本上都有冗余备份机制和容错机制来保证数据读写的正确性。云环境的存储服务基于分布式文件系统并根据云存储的特征做了相应的配置和改进。另一类分布式存储的实现方式是分布式存储软件或服务，例如著名的Ryze存储服务，以及很多P2P文件存储系统。

在考虑了分布式文件系统的设计准则的基础上，又发现了以下几个不同于传统分布式文件系统的需求:第一，PC服务器极易发生故障，造成节点失效，故障的原因多种多样，有机器本身的、网络的、管理员引起的及外部环境引起的，因此需要对整个系统中的节点进行监控，检测出现的错误，并开发相应的容错和故障恢复机制;第二，在云计算环境中，海量的结构化数据被保存为非常大的文件，一般为GB量级，因此需要改变原有的基于对中小文件(KB或者MB虽级)进行管理的文件系统设计准则，以适应对超大文件的访问;第三，系统中对文件的写操作绝大多数是追加操作，也就是在文件的未尾写入数据，在文件中间写入数据的情况其实很少发生，而且数据一且被写入，绝大多数情况下都是被顺序地读取，不会被修改，因此在设计系统时把优重点放在追加操作上，就可以大幅度提高系统的性能;第四，设计系统时要考虑开放的、标准的操作接口，并隐藏文件系统下层的负载均衡、冗余复制等细节，这样才可以方便地被上层系统大规模地使用。

在不同地域的多个数据中心部署文件系统需考虑企业客户的以下需求：

远程备份：将重要数据在不同的地域节点冗余存储，实现跨地域节点的冗余存储，具备抵御自然灾害的容灾能力