浅析云数据中心的构建与实现

浅析云数据中心的构建与实现

随着云计算的出现和传统大中型数据中心建设高耗能问题的到来，我们如何借助云计算技术，建设低耗能、高效率的数据中心，实现传统数据中心的云化，这是本文的主要研究问题，也是对前期研究成果的重新整理和进一步的研究。

1 数据中心的分类

数据中心是数据计算、网络传输、数据存储等各种IT应用业务的提供中心，依据数据中心商业运作模式，可以将其主要分为四个类别：(1)企业数据中心;(2)托管数据中心;(3)因特网数据中心;(4)网络数据中心。按机房的规模，又可以分为小型数据中心、中型数据中心、大型数据中心和超大型数据中心等。

本文主要讨论中型规模云数据中心的建设，即占地面积：200~1000 m、机柜数量：50~200个的数据中心建设。这种规模的云数据中心对企业来说，是最为普遍的。在中型数据中心的建设中，企业内部的实施主要是建设基础设施云(IaaS)，而IaaS虽然是企业内部的私有云，但也是建设PaaS和SaaS基础平台，是组成混合云和公众云的基本构件单元，从这个意义上说，企业私有云的建设具备重要的基础性意义，企业级的私有云数据中心建设，也有着一套特定的方法步骤。

2 数据中心的建设

传统数据中心基于所谓烟囱式的构建部署方式，业务系统独立规划、独立建设，各个业务系统形成一个个的信息孤岛，横向信息沟通复杂，

导致其效率低、运行复杂，且不利于管理维护，资源利用率低下，通常只有10%~20%左右。随着业务量的超速增长，资源配置量不能动态变化，导致过早耗竭，而改建扩建的周期漫长，无法满足业务需求的快速变动。

为改变传统数据中心的不利局面，构建高起点、大规模、低成本、节能的数据中心，解决大规模多样性业务的资源需求的中型数据中心。我们可以通过云数据中心的构建达成基础架构共享、资源共享、集中管理的IT系统，满足企业业务策略、业务发展的需要，进而提供优化企业IT资源的竞争优势。实现低成本高效运营，提升企业核心竞争力。

3 云数据中心的构建

企业级私有云数据中心的建设途径，从传统数据中心进化到云数据中心，需经过三个主要步骤：虚拟化、资源池化、自动化。

3.1 虚拟化

虚拟化技术，通过软件或硬件管理程序把物理资源映射为虚拟资源。依据对数据中心中稀缺IT资源的分类，可被虚拟化的资源包括服务器虚拟化、存储虚拟化、网络虚拟化三个类型。服务器虚拟化，分为Unix 服务器虚拟化和x86服务器虚拟化。Unix服务器又称小型机，市场主流的小型机厂商各自提供配套的虚拟化程序，各厂家的产品互不兼容。x86服务器虚拟化，主流虚拟化产品包括VMware ESX/ESXi、微软的Hyper-V、开源的KVM等。除此之外，Oracle和华为等厂商提供了基于开源XEN内核的虚拟化平台。服务器虚拟化屏蔽了各种类型

服务器的硬件差异，为用户提供统一逻辑形式的计算资源。为计算资源的标准化提供了基础。

存储虚拟化，主要是在物理存储系统之上添加一个虚拟层，将物理存储虚拟化成逻辑存储单元。把分散的、不同级别或不同品牌的存储产品统一到大的逻辑存储空间。再从这些大的存储空间，划分空间提供给用户使用。

对于网络资源来说，有各种网络设备及安全设备和网络本身。网络设备及安全设备包括路由器、交换机、网卡、HBA卡、防火墙、IDS/IPS、负载均衡设备等。网络包括FC存储网络和IP网络。IP网络根据用途又可分为生产网络、IP存储网络等。网络的需求及其实现越来越复杂，随着IT 预算紧缩，网络的整合不可避免，虚拟化技术将会在整合和简化网络资源中得到很好的应用。同时，虚拟化在网络环境下可将各组用户彼此逻辑隔离，在多层应用环境中也可将其彼此隔离。网络虚拟化不但提高了数据的安全性，也很好的简化了数据和网络管理的复杂性。

实现数据中心三类资源的虚拟化，是构建云数据中心的基础。虚拟化实现了数据中心IT资源的集中共享和统一调度，能够有效提高IT 资源的利用率，将传统数据中心的资源利用率从10%~20%提升至50%~60%，相当于增加了3~5倍的资源量。

3.2 资源池化

资源池化的过程，也是资源标准化的过程，在隐匿了各种异构IT设备纷繁复杂的品牌及规格的差异，以统一的逻辑形式提供客户的过程

中，对资源进行逻辑分类和分组。三个资源池，服务器资源池，存储资源池、网络资源池均可以依据其硬件的特性，划分成不同服务等级(SLA)的资源池组，提供给不同业务需求的用户。IT硬件设备在虚拟化之后，标记上特定性能标签，进入不同的资源组，完成池化的过程。服务器资源池主要是基于x86服务器的资源池。构建服务器资源池，x86服务器的选型要从投资成本、机架建设(机房空间和供电、耗电、管理)等方面来考虑。从投资成本上说，由于服务器处理能力按摩尔定律发展，因此不建议采购最新、性能最强的处理器，因为其性价比最低。从机架建设上说，由于机房机架建设成本较高，在满足处理能力需求的同时，需尽量考虑节省机架空间。

x86服务器主要分为刀片式服务器和机架式服务器两种技术阵营。无论是那种服务器，在处理器性能、内存容量、I/O、磁盘读写速度四个方面，虚拟化应用对其都有很大的影响。这四个因素在影响虚拟化业务应用中，刀片服务器在处理器和内存容量方面，性能配置稍低于机架式服务器。在磁盘读写速度方面，两者基本相当。在I/O瓶颈方面，针对虚拟化引发的I/O瓶颈，机架式服务器的应对方法就是利用PCI-E插槽进行I/O行扩展，而刀片服务器由于是高集成度设计，使得其I/O扩展受限制，需要采用专用的网卡以及各种HBA，但都要占用扩展插槽。所以，刀片服务器又提供了支持PCIE/PCIX的PCI扩展模块，它占用刀片模块的相邻槽位，为刀片模块提供扩展，实际占用了刀片服务器机框的槽位，降低了刀片服务器的密度。但刀片服务器具有节省机架空间、节省接入交换机和光纤交换机端口的优势。具

体选择刀片服务器，还是机架式服务器，需结合机房的具体情况进行选择。

存储资源池的构建，除了考虑存储容量，还需要考虑是FC SAN网络所需的HBA卡的端口数量和IP网络所需的网卡的端口数量是否满足业务的需求。

网络资源池的构建，则是要考虑进口链路的带宽和出口链路的带宽是否够用，HBA卡及端口数量，IP网卡及端口数量，安全设备的端口数量及带宽是否足够。

3.3 自动化

逻辑化和标准化之后，所有的IT资源都可以按照预定的程序进行处理。数据中心的所有任务，无论是业务任务还是IT任务，均可以使用基于SOA的流程管理工具，进行统一IT编排。可编程的工作流程工具将工作流程、流程的执行逻辑从资产解耦/抽象出来。利用IT编排工具，允许系统设计师修改工作流程(包括调用和管理并行任务)、插入新的工作流程步骤，或者通过可重用的适配器修改资产，一切无需从头开始，服务自动化变成更加经济、更加可行的选择。

IT资源的虚拟化和池化使企业某个应用所拥有的计算能力、存储空间、网络带宽及链路选择不再是一成不变，而是一个动态的基础设施。为更好地发挥动态基础架构的优势，在虚拟化平台之上企业还需要一套灵活动态的基础设施管理工具。

从虚拟化到资源池化，再到自动化，实现了传统数据中心的云化的完整过程。