新型數(shù)據(jù)中心云平臺架構(gòu)技術(shù)

孫國勇

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.11.182

摘 要：隨著信息化的飛速進(jìn)步，云計(jì)算技術(shù)也進(jìn)一步發(fā)展，在大數(shù)據(jù)背景之下，如何進(jìn)行海量的數(shù)據(jù)處理，原有的架構(gòu)技術(shù)是否還可以繼續(xù)適應(yīng)，該文從數(shù)據(jù)中心的發(fā)展歷程開始，介紹了云數(shù)據(jù)中心的特點(diǎn)、構(gòu)架及連接關(guān)系。

關(guān)鍵詞：新型數(shù)據(jù)中心 云平臺 架構(gòu)技術(shù)

中圖分類號：TP308 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）04（b）-0182-02

近年來，數(shù)據(jù)中心正在向云時(shí)代快速邁進(jìn)，企業(yè)可利用云計(jì)算技術(shù)和虛擬化提供靈活、便捷的資源池環(huán)境，可以在很大程度上降低企業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)擴(kuò)展、部署的成本。云數(shù)據(jù)中心將不斷引入新的技術(shù)，構(gòu)建資源共享池，支撐信息系統(tǒng)，而架構(gòu)技術(shù)則是新型數(shù)據(jù)中心的頂層設(shè)計(jì)。

1 數(shù)據(jù)中心的發(fā)展歷程

數(shù)據(jù)中心具有應(yīng)用程序、數(shù)據(jù)庫、存儲系統(tǒng)等計(jì)算機(jī)組件及系統(tǒng)，主要用于數(shù)據(jù)的存儲、管理、分發(fā)和房間、樓層、信息機(jī)柜和建筑。通常包括電源（備份電源）、環(huán)境控制設(shè)備、通信連接等，其發(fā)展經(jīng)歷了大型機(jī)、小型機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算四個(gè)階段[1]。

大型機(jī)階段：數(shù)據(jù)中心的的計(jì)算機(jī)為大型機(jī)，用于科學(xué)研究和國防軍事領(lǐng)域，多個(gè)用戶借助網(wǎng)絡(luò)和終端與主機(jī)連接實(shí)現(xiàn)資源共享，充分利用大型主機(jī)的資源。

小型機(jī)階段：集成電路元的出線和發(fā)展，計(jì)算機(jī)體積逐漸變小，價(jià)格逐漸便宜下來，中小型數(shù)據(jù)機(jī)房爆發(fā)增長，數(shù)據(jù)的計(jì)算開始呈分布化發(fā)展。

互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代：隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及和發(fā)展，數(shù)據(jù)被用戶從互聯(lián)網(wǎng)中心的服務(wù)器獲取，互聯(lián)網(wǎng)將全球的計(jì)算機(jī)進(jìn)行整合，使得數(shù)據(jù)呈集中化發(fā)展趨勢，由此產(chǎn)生互聯(lián)網(wǎng)中心，可提供維護(hù)系統(tǒng)、托管主機(jī)、檢查入侵、出租資源等多項(xiàng)服務(wù)。

云計(jì)算階段：隨著快速變化的業(yè)務(wù)需求，數(shù)據(jù)中心規(guī)模大膨脹，資源服務(wù)化，數(shù)據(jù)中心朝著計(jì)算密集型和數(shù)據(jù)密集型不斷發(fā)展，云計(jì)算中心產(chǎn)生。計(jì)算機(jī)資源、網(wǎng)絡(luò)資源和存儲資源被云數(shù)據(jù)中心通過虛擬化技術(shù)構(gòu)建成虛擬資源池，進(jìn)而借助云資源管理技術(shù)統(tǒng)一管理調(diào)度資源，為用戶提供服務(wù)。

2 云數(shù)據(jù)中心特點(diǎn)

傳統(tǒng)數(shù)據(jù)的架構(gòu)模式為煙囪式垂直架構(gòu)，信息系統(tǒng)擁有獨(dú)立的操作系統(tǒng)、存儲設(shè)備和服務(wù)器，占據(jù)大量的資源，空間占用大，成本高，隨著信息難以滿足用戶的要求。而云數(shù)據(jù)中心通過虛擬化打通存儲、服務(wù)器資源，實(shí)現(xiàn)資源共享，云數(shù)據(jù)中心高度虛擬、綠色環(huán)保、模塊化。

高度虛擬：云數(shù)據(jù)中心的核心特征是高度虛擬，聚合用戶桌面、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用、存儲等所有資源并將其虛擬化，構(gòu)建計(jì)算資源池，可實(shí)現(xiàn)邏輯統(tǒng)一、信息系統(tǒng)共享，提高資源的利用率，向所有用戶按照其需求提供服務(wù)，并且可以為用戶自助式提供快速的網(wǎng)絡(luò)部署。

綠色環(huán)保：云數(shù)據(jù)中心的亮點(diǎn)是綠色環(huán)保，能夠降低企業(yè)的成本，增加電源系統(tǒng)的可靠性，提高數(shù)據(jù)中心容量，能夠共享物理資源，既可以滿足用戶的需求，又可以減少服務(wù)器的數(shù)量。因此數(shù)據(jù)中心應(yīng)建設(shè)在自然散熱性好、能源消耗少的地方，節(jié)約用電，降低能耗[2]。

數(shù)據(jù)模塊化：采用模塊化方式構(gòu)建數(shù)據(jù)中心將使數(shù)據(jù)中心更加靈活，可以將數(shù)據(jù)中心按服務(wù)類型、能耗、應(yīng)用分成多個(gè)板塊，各個(gè)區(qū)域可實(shí)現(xiàn)動態(tài)維護(hù)和升級。模塊化的數(shù)據(jù)中心能夠降低數(shù)據(jù)中心的部署周期，提高數(shù)據(jù)中心的建設(shè)速度，思想實(shí)現(xiàn)部署能力自動化，滿足不斷增長的業(yè)務(wù)對數(shù)據(jù)的需求。

3 新型數(shù)據(jù)中心的架構(gòu)體系

3.1 總體架構(gòu)體系

數(shù)據(jù)包中心架構(gòu)隨著云計(jì)算技術(shù)的發(fā)展而不斷發(fā)生變化，引入云計(jì)算架構(gòu)模式，能更好地適應(yīng)用戶快速變化的業(yè)務(wù)對數(shù)據(jù)中心架構(gòu)技術(shù)的要求。對計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用、存儲等資源利用虛擬化技術(shù)進(jìn)行統(tǒng)一管理以實(shí)現(xiàn)資源的共享。在進(jìn)行機(jī)房的設(shè)計(jì)時(shí)，要結(jié)合低碳環(huán)保，不斷引進(jìn)新技術(shù)和新理念，利用模塊化、虛擬化管理技術(shù)建立綠色機(jī)房[3]。數(shù)據(jù)中心構(gòu)建的頂層設(shè)計(jì)是新型數(shù)據(jù)中心的總體架構(gòu)，支撐著數(shù)據(jù)中心的建設(shè)。數(shù)據(jù)中心機(jī)房、基礎(chǔ)設(shè)施、平臺服務(wù)、物理資源、終端用戶、軟件服務(wù)層六大部分共同組成了數(shù)據(jù)中心架構(gòu)。

數(shù)據(jù)中心機(jī)房為數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)提供承載環(huán)境，是數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)，主要有布線、機(jī)柜、機(jī)房布局、制冷系統(tǒng)、運(yùn)維中心、門禁監(jiān)控系統(tǒng)等組成。

基礎(chǔ)設(shè)施層將物理資源虛擬化，為用戶提供虛擬化的計(jì)算、存儲、網(wǎng)絡(luò)資源池，利用云資源平臺統(tǒng)一管理調(diào)度，實(shí)現(xiàn)動態(tài)資源彈性擴(kuò)展，虛擬化軟件部署的資源粒度，多個(gè)虛擬機(jī)可在同一個(gè)物理主機(jī)上部署，滿足用戶需求。

物理資源層能夠?yàn)閿?shù)據(jù)中心系統(tǒng)提供服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、安全設(shè)備、存儲設(shè)備等物理承載的各類資源。物理資源池根據(jù)用戶的需求呈現(xiàn)異構(gòu)化，如CPU架構(gòu)服務(wù)器：IBM服務(wù)器，HP服務(wù)器，PC服務(wù)器等；存儲設(shè)備系統(tǒng)：網(wǎng)絡(luò)存儲系統(tǒng)（NAS）、直連式存儲系統(tǒng)（DAS）、存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（SAN）等。

軟件服務(wù)層可以為用戶提供電子商務(wù)網(wǎng)站、社交網(wǎng)站、移動互聯(lián)網(wǎng)、門戶網(wǎng)站等各種應(yīng)用業(yè)務(wù)的服務(wù)。數(shù)據(jù)中心用戶可根據(jù)訪問用戶業(yè)務(wù)分布、流量需求使用基礎(chǔ)設(shè)施資源，實(shí)現(xiàn)軟件服務(wù)的部署資源的動態(tài)擴(kuò)展，滿足資源需求，軟件服務(wù)層一般可采用直接部署和系統(tǒng)托管兩種方式，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的資源部署。

平臺服務(wù)層為用戶提供平臺開發(fā)、運(yùn)行環(huán)境、平臺管理等，支持用戶開發(fā)應(yīng)用軟件，并提供其編程語言、公用服務(wù)、工具鏈等，用戶可以控制已經(jīng)安裝的程序和配置，但不需要管理網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、存儲器或者操作系統(tǒng)等基礎(chǔ)設(shè)施。

用戶層是指用戶軟件開發(fā)人員、運(yùn)營商、管理人員等所有用戶通過電腦、手機(jī)等設(shè)備連入終端，訪問數(shù)據(jù)中心。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)的普及，未來還會有家電、汽車等智能化產(chǎn)品接入終端。

數(shù)據(jù)中心的各層相互支撐，共同建構(gòu)新型數(shù)據(jù)中心架構(gòu)技術(shù)，更好地適應(yīng)用戶高密度計(jì)算、海量存儲的需求，降低企業(yè)成本，滿足社會綠色環(huán)保的要求。

3.2 數(shù)據(jù)中心的硬件拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)中心典型硬件包括服務(wù)器（通用服務(wù)器；專用服務(wù)器）、交換機(jī)（核心交換機(jī)、接入交換機(jī)）、防火墻、NAS存儲設(shè)備、FC光纖釬交換機(jī)。

4 云計(jì)算架構(gòu)體系的關(guān)鍵技術(shù)

數(shù)據(jù)中心服務(wù)器串聯(lián)技術(shù)：新型數(shù)據(jù)中心是由龐大的服務(wù)器群串聯(lián)起來的，其部署集群、串聯(lián)方式、動態(tài)遷移、能耗也是新型數(shù)據(jù)中心存在關(guān)鍵技術(shù)問題[4]。

云數(shù)據(jù)存儲技術(shù)：云平臺需要存儲超級容量的數(shù)據(jù)并且提高吞吐率和傳輸率，滿足用戶的要求，如：Google的GFS文件系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)以GB度量，至少應(yīng)該有三個(gè)數(shù)據(jù)副本來保證安全。

云數(shù)據(jù)管理技術(shù)：云數(shù)據(jù)庫必須要有相應(yīng)的查詢語言，用于分布式數(shù)據(jù)的放置和PB級數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化的處理。云編程模型為用戶提供程序編寫平臺，計(jì)算云平臺的大量數(shù)據(jù)。

5 結(jié)語

云平臺是用戶對信息模式的新需求，也是互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的必然結(jié)果，隨著數(shù)據(jù)中心的快速發(fā)展，現(xiàn)行的舊技術(shù)已不能滿足數(shù)據(jù)中心的虛擬化部署和快速擴(kuò)展。數(shù)據(jù)中心架構(gòu)技術(shù)能夠推動新型數(shù)據(jù)中心的構(gòu)建，推動信息系統(tǒng)逐步向云數(shù)據(jù)中心遷移，滿足用戶海量、高密度計(jì)算需求。

參考文獻(xiàn)

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