構(gòu)建高性能云計算數(shù)據(jù)中心

【摘要】隨著時代的進步，科技的發(fā)展，信息技術(shù)已經(jīng)成為一種人們必備的一種基本知識。它對于高中生綜合素質(zhì)的提高，推動社會的發(fā)展有著重要的作用。本文主要介紹了本人通過對高中信息技術(shù)學(xué)習(xí)的一些感受，與大家共同探討。

【關(guān)鍵詞】云計算虛擬化數(shù)據(jù)存儲

云計算是基于互聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)的增加、使用和交付模式，可通過互聯(lián)網(wǎng)提供動態(tài)易擴展的虛擬化資源。它將虛擬化技術(shù)、分布式計算、Web服務(wù)、網(wǎng)格計算等技術(shù)融于一身，使任何用戶在任何時間和任何地點均能通過網(wǎng)絡(luò)共享平臺處理大規(guī)模的計算問題，做到服務(wù)的自助化、服務(wù)可計量化、資源配置的動態(tài)化及資源的透明化和池化。

云計算用戶可大規(guī)模減少硬件購置及其升級維護的開支，同時可按需享受到高效、便捷的IT服務(wù)。隨著經(jīng)濟發(fā)展與科學(xué)技術(shù)的相互融合，云計算已成為當(dāng)前經(jīng)濟發(fā)展中不可或缺的技術(shù)手段，其優(yōu)勢已在多領(lǐng)域范圍內(nèi)嶄露頭角。

構(gòu)建云計算數(shù)據(jù)中心包括X86服務(wù)器虛擬化技術(shù)、存儲技術(shù)、承載網(wǎng)絡(luò)、管理平臺和云計算安全等幾個重要因素，本文將對其進行逐一闡述。

一、X86服務(wù)器虛擬化技術(shù)

所謂x86服務(wù)器的虛擬化，就是在硬件和操作系統(tǒng)之間引入了虛擬化層，虛擬化層允許多個操作系統(tǒng)實例同時運行在一臺物理服務(wù)器上，動態(tài)分區(qū)和共享所有可用的物理資源，包括：CPU、內(nèi)存、存儲和I/O設(shè)備。服務(wù)器虛擬化主要有兩種架構(gòu)：寄宿架構(gòu)和原生架構(gòu)。

寄宿架構(gòu)中，虛擬機監(jiān)視器是運行在宿主操作系統(tǒng)之上的應(yīng)用程序，利用宿主操作系統(tǒng)的功能來實現(xiàn)硬件資源的抽象和虛擬機的管理。這種模式實現(xiàn)起來較為容易，但是由于依賴宿主操作系統(tǒng)運行，因此其性能通常較低。

原生架構(gòu)中，虛擬化平臺直接運行在硬件之上，宿主服務(wù)器無需安裝傳統(tǒng)操作系統(tǒng)。虛擬機運行在虛擬化平臺上，虛擬化平臺提供指令集和設(shè)備接口，以提供對虛擬機的支持。這種實現(xiàn)方式通常具有較好的性能，但是實現(xiàn)起來較為復(fù)雜。

目前應(yīng)用于大型數(shù)據(jù)中心的虛擬化技術(shù)多為原生架構(gòu)，例如Citrix Xen、VMware ESX Server、Hyper-V等。

二、存儲技術(shù)

2.1IP SAN和FC SAN

云計算環(huán)境下，為了便于虛擬機的動態(tài)遷移，一般將虛擬機部署在共享存儲上，同時還需要對外提供云存儲業(yè)務(wù)，都需要有存儲系統(tǒng)滿足上述需求。目前主要的存儲技術(shù)包括IP SAN和FC SAN。下面我們來比較一下IP-SAN與FC-SAN各自的優(yōu)劣。

從存儲設(shè)備的結(jié)構(gòu)來看，一般來說FC-SAN存儲設(shè)備采用硬件RAID芯片+中央處理器的結(jié)構(gòu)；而IP-SAN存儲設(shè)備采用磁盤控制器，每個磁盤柜中分為多個磁盤組。IP-SAN存儲存在緩存Cache到磁盤的數(shù)據(jù)I/O和數(shù)據(jù)處理瓶頸，而采用FC磁盤的FC-SAN存儲設(shè)備就不存在這樣的問題。

從網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及傳輸介質(zhì)來看，F(xiàn)C-SAN使用專用光纖通道設(shè)備；IP-SAN使用通用的IP網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備即銅纜、雙絞線、光纖等介質(zhì)進行信號的傳輸。IP-SAN的設(shè)備造價要低于FC-SAN。

從存儲響應(yīng)的并發(fā)操作能力來看，F(xiàn)C-SAN可以承接更多的并發(fā)訪問用戶數(shù)。面對大規(guī)模并發(fā)訪問，無論是從外接用戶規(guī)模來說還是從傳輸性能和穩(wěn)定性來說，F(xiàn)C-SAN都有著IP-SAN不可比擬的優(yōu)勢。FC-SAN相對于IP-SAN穩(wěn)定性更好。

從管理方面來看，這兩者都具有較強的可管理性。

綜合考慮技術(shù)和造價兩方面的因素，虛擬機運行期間需要大量的讀寫操作，宜采用FC-SAN部署虛擬機；而對外開放的塊存儲等業(yè)務(wù)考慮經(jīng)濟效應(yīng)，可采用IP-SAN。隨著技術(shù)的發(fā)展，服務(wù)器和存儲萬兆網(wǎng)卡的成熟，IP-SAN的應(yīng)用場景也將不斷擴大。

2.2存儲虛擬化

由于異構(gòu)存儲之間互通存在技術(shù)壁壘，因此通常一個系統(tǒng)中僅使用同一種型號的存儲設(shè)備，這給系統(tǒng)擴容和控制成本帶來較大問題。隨著技術(shù)發(fā)展，存儲虛擬化的出現(xiàn)解決了上述問題。

存儲虛擬化是一種貫穿于整個IT環(huán)境中，用于簡化本來可能會相對復(fù)雜的底層基礎(chǔ)架構(gòu)的技術(shù)。它的思想是將資源的邏輯映像與物理存儲分開，為系統(tǒng)和管理員提供一幅簡化的、無縫的資源虛擬視圖。

通過存儲虛擬化可以將許多零散的存儲資源進行整合，提高整體利用率，降低系統(tǒng)管理成本；它還可以提升存儲環(huán)境的整體性能和可用性水平，通過虛擬技術(shù)進行自動化處理，節(jié)省數(shù)據(jù)處理時間。在存儲虛擬化中要盡量做到網(wǎng)絡(luò)級的虛擬化，做到充分利用存儲容量、集中管理存儲、降低存儲成本。

三、承載網(wǎng)絡(luò)

3.1交換網(wǎng)絡(luò)

虛擬化技術(shù)在根本上改變了數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架的需求。云計算技術(shù)的數(shù)據(jù)中心中會有計算或存儲資源的遷移和調(diào)度問題，從而要求采用構(gòu)建大范圍的二層互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)來解決大型的集群運算問題，從而改變傳統(tǒng)三層網(wǎng)絡(luò)控制數(shù)據(jù)中心的局面。

大二層首先需要解決數(shù)據(jù)中心內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)擴展的問題，通過VLAN的擴大延伸和大規(guī)模程度的二層網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)虛擬機的遷移，一般采用虛擬交換機技術(shù)和隧道技術(shù)實現(xiàn)。同時要加大二層網(wǎng)絡(luò)的擴展范圍，跨越數(shù)據(jù)中心機房的趨于，延伸到多區(qū)域備份中心。

二層網(wǎng)絡(luò)勢必面臨多路徑問題，若采用傳統(tǒng)的STP技術(shù)，將造成網(wǎng)絡(luò)中大量鏈路帶寬的浪費，無法滿足云計算數(shù)據(jù)中心的業(yè)務(wù)需求，因此大二層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)運而生，包括VCP、Fabric Path以及TRILL等技術(shù)。目前不同廠家設(shè)備實現(xiàn)大二層的方式略有不同，互通存在問題，這為云計算數(shù)據(jù)中心的設(shè)備選型和造價控制帶來一定的困擾。

承載網(wǎng)絡(luò)除選擇使用的技術(shù)外，還要注重網(wǎng)絡(luò)的可擴展性。在搭建云計算系統(tǒng)時應(yīng)使用模塊化的方式，模塊大小的選擇與其承載的業(yè)務(wù)種類和重要性相關(guān)，應(yīng)根據(jù)業(yè)務(wù)特點確定合適的模塊規(guī)模（包括服務(wù)器數(shù)量、存儲容量等）及模塊內(nèi)使用的相關(guān)技術(shù)，同時根據(jù)整個數(shù)據(jù)中心的規(guī)劃，確定橫向擴展的方式。

3.2存儲網(wǎng)絡(luò)

FC-SAN的存儲網(wǎng)絡(luò)需要光纖通道交換機，所有的服務(wù)器和存儲設(shè)備均需連接光纖通道交換機，所需的光纖數(shù)量較多，系統(tǒng)布線相對復(fù)雜，服務(wù)器還需同時配置以太網(wǎng)卡和HBA卡。

FCOE技術(shù)的出現(xiàn)，大大簡化了存儲網(wǎng)絡(luò)。該技術(shù)可將光纖通道信息插入以太網(wǎng)信息包內(nèi)，從而讓服務(wù)器SAN存儲設(shè)備的光纖通道請求和數(shù)據(jù)可以通過以太網(wǎng)連接來傳輸，而無需專門的光纖通道結(jié)構(gòu)，從而可以在以太網(wǎng)上傳輸SAN數(shù)據(jù)。該技術(shù)的應(yīng)用可以大幅減少服務(wù)器上的網(wǎng)絡(luò)接口數(shù)量，服務(wù)器無需再配置連接光纖通道的HBA卡，系統(tǒng)布線數(shù)量也可減半，從而降低了服務(wù)器功耗，也給管理帶來方便。

四、管理平臺

搭建以數(shù)據(jù)為中心的管理平臺對實現(xiàn)高性能云計算、為用戶提供更加方便快捷、隨時隨地的服務(wù)以及為運營維護人員提供運維手段有重要意義。管理平臺主要是以數(shù)據(jù)為中心實現(xiàn)對海量數(shù)據(jù)的計算、管理及資源的合理分配。它是云計算數(shù)據(jù)中心的核心部分，它可以靈活調(diào)度底層資源而為用戶提供各種服務(wù)，使服務(wù)器協(xié)同工作。

云計算資源規(guī)模龐大，服務(wù)器數(shù)量眾多并分布在不同的地點，同時運行著數(shù)百種應(yīng)用。龐大的系統(tǒng)必須實現(xiàn)全自動化管理和維護，同時可以容忍小規(guī)模故障的存在，這都需要功能強大的管理平臺去實現(xiàn)。管理平臺往往是云計算數(shù)據(jù)中的核心技術(shù)所在。

五、安全

云計算擁有龐大的計算能力與豐富的計算資源，越來越多的惡意攻擊者正在利用云計算服務(wù)實施惡意攻擊。首先，云計算的強大計算能力，讓密碼破解變得簡單、快速；同時，云計算里的海量資源，給了惡意軟件更多傳播的機會；其次，在云計算內(nèi)部，云端聚集了大量用戶數(shù)據(jù)，雖然利用虛擬機予以隔離，但對于惡意攻擊者而言，云端數(shù)據(jù)依然是極其誘人的超級大蛋糕。一旦虛擬防火墻被攻破，就會誘發(fā)連鎖反應(yīng)，所有存儲在云端的數(shù)據(jù)都面臨被竊取的威脅。另外，數(shù)據(jù)遷移技術(shù)在云端的應(yīng)用，也給惡意攻擊者竊取用戶數(shù)據(jù)的機會。惡意攻擊者可以冒充合法數(shù)據(jù)，進駐云端，挖掘其所處存儲區(qū)域里前一用戶的殘留數(shù)據(jù)痕跡。

云計算提供商需要在搭建云計算環(huán)境時，就仔細(xì)考慮設(shè)計云端的安全架構(gòu)。把安全從底層做起，注意每個細(xì)節(jié)。在云計算的五層體系架構(gòu)中存在五種不同的服務(wù)方式：（1）物理層處于云計算的最底層，容易面臨軟件中病毒的侵入、本地網(wǎng)遭到入侵等安全性問題，可以采用傳統(tǒng)的安全機制對物理層的安全性問題進行處理；（2）在核心層常見的安全性問題有分布式資源管理軟件產(chǎn)生的漏動、分布式資源管理等，要經(jīng)常檢查軟硬件的更新情況，對其進行升級，改變分布式抽象技術(shù)等；（3）資源架構(gòu)層經(jīng)常會產(chǎn)生通信數(shù)據(jù)的機密性、可靠性、可用性及網(wǎng)絡(luò)安全等問題，一般可以在通信過程中進行信息加密、控制帶寬、通信安全協(xié)議等措施防止安全隱患的發(fā)生；（4）開發(fā)平臺層一般存在平臺構(gòu)建漏洞、計算服務(wù)性能不可靠等，一般可采用平臺升級、Parley-X保護等措施進行防范；（5）應(yīng)用層常見的安全問題有軟件漏洞、版權(quán)問題等，一般采用軟件補丁、軟件升級的方法進行防護。

六、結(jié)語

云計算將虛擬化技術(shù)、分布式計算、Web服務(wù)、網(wǎng)格計算等技術(shù)融一身，能夠?qū)崿F(xiàn)對大規(guī)模計算問題的快速、準(zhǔn)確處理，并且已經(jīng)成為今后問題計算的一種處理方法發(fā)展趨勢。在今后的工作過程中，應(yīng)加強對于云計算的進一步分析與研究，并對其各項功能進行不斷優(yōu)化與完善，實現(xiàn)管理智能化，從而構(gòu)建高效能、高可用綠色云計算數(shù)據(jù)中心，為推動中國經(jīng)濟的綠色增長打下堅實的基礎(chǔ)。

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