云計算環境下 IDC建設研究

    云計算（Cloud Computing）是一種新興的通過按需訪問共享計算資源池（resource pool）并快速部署及發布，從而產生最小管理成本的計算模型。該模型具有按需提供服務、通過寬帶網絡訪問、具有資源池、具有快速伸縮性能以及可計量的服務等五個基本特征。

  傳統的數據中心（data center，后統稱為IDc）中應用系統及其運行的平臺和系統與物理資源密不可分，從而帶來很多問題。利用虛擬化和云計算技術，通過將基礎設施資源虛擬化并放置到資源池中，能夠根據業務應用的需求快速地調整和分配資源，較好地滿足了新應用對基礎設施方面的要求。

  全球的IDC市場目前保持穩步增長，截至2010年底，全球的IDC總量為339萬個，中國僅次于美國和西歐，排名第三，占全球總量的8%.但從數字結構上看，中國與美國和日本等發達國家差距較大，因此云計算這種創新架構下的數據中心的建設極具研究價值。

  2.傳統數據中心問題分析

  傳統數據中心延續的是豎井式的部署模式，各個應用系統互相孤立，不能共享計算資源，每個應用獨占單臺或多臺計算設備。應用系統及其運行的平臺和系統都與物理資源密不可分，對物理資源進行的操作將影響到應用的運行和穩定。這種部署模式帶來一系列的問題：
  
  應用無法快速部署：傳統數據中心的典型特征是每個應用獨立部署一套硬件，而硬件從購買到部署上線，時間開銷較大，難以做到快速部署；

  無伸縮性：傳統數據中心將每個應用與具體的硬件綁定，硬件的處理能力制約著應用的發展，需要提升處理能力的應用無法獲取額外的資源；

  資源利用率低：傳統數據中心往往配置大量的

  硬件資源，大量的硬件資源意味著高投入、機房空間的高需求、能源的高消耗等，但是調查顯示，傳統數據中心中多數服務器負載往往不超過1O%，資源利用率極低；

  管理難度大：傳統數據中心應用與硬件綁定，每套硬件需要獨立的運維策略，帶來大量的運維工作和運營管理問題；

  保障措施局限性：傳統數據中心通常只能采用硬件雙機或集群來保證業務持續性，而這種保障措施是在增值應用并不明確的前提下實施的，往往帶來無謂的投入。

  總之，傳統數據中心的建設模式已經不能滿足應用密集的部署要求，必須進行改變。

  3.云計算數據中心的特點分析

  云計算的出現，推動數據中心進入一個新的時代一云計算數據中心，用戶可以在任何時間通過多種接入方式獲取數據中心的服務，包括計算服務、存儲服務、平臺服務和應用服務。

  資源虛擬化：云計算數據中心中服務器、存儲、網絡等資源將以資源池形態出現，應用按需從資源池中提取或釋放，資源利用率高，可實現快速高效彈性擴展；

  模塊化建設：云計算數據中心采用模塊化建設模式，預裝融合的服務器、存儲、網絡、應用軟件、服務管理等，可大大減少數據中心的建設周期；

  智能化管理：云計算數據管理平臺采用統一的管理界面，實現業務自動部署和IT系統主動管控，提供更多的用戶自助功能、趨勢和業務智能分析、基于知識庫的專家建議等；

  安全可信：云計算數據中心中的虛擬化通過隔離、數據加密等手段為應用提供較好的安全特性，同時提供身份可信、服務可信、數據傳輸可信等。因此，云計算數據中心提高了IDc的資源利用率，降低數據中心能耗，可以靈活應對業務高峰及低谷，提供快速的自助服務和按需付費服務。

  4.云計算數據中心實現思路

  從現有數據中心到云計算數據中心，需要進行大量的技術更新，服務流程更新和組織架構調整，其中涉及到的關鍵點包括：計算資源整合、現有應用梳理、資源虛擬化實施、IT服務流程梳理、自動化供應建設、管理組織架構變更、服務質量控制、服務目錄建設、云安全建設、高可用容災建設等。這個過程可以劃分為三個階段：物理數據中心、虛擬化數據中心（ⅥrnJal DataCenter）、云計算數據中心。

  物理數據中心實現了計算資源（包括服務器、網絡、存儲等）的物理集中，以及集中的以太網絡建設和存儲網絡建設。

  從物理的數據中心向云邁進的第一步就是進行虛擬化數據中心的建設。在虛擬化數據中心階段，用戶完成數據中心計算資源的全面虛擬化工作，形成計算、網絡、存儲等IT基礎架構資源池，應用被部署在邏輯的IT資源上。

  虛擬化數據中心建設完成之后，用戶將可以快速的進行云的搭建。通過標準化服務的定義，將數據中心的各種計算資源分別定義為不同基礎架構服務（Iaas），平臺服務（PaaS）和應用服務（SaaS），業務用戶可以通過自助化服務模式進行計算資源的請求和獲得。

  5.云計算平臺的總體架構

  云計算平臺中，網絡、服務器、存儲和應用負載均衡設備等基礎設施虛擬化作為基礎設施服務來為應用提供計算資源、存儲資源和網絡資源，滿足應用對基礎設施方面的要求。為了提高管理效率和服務質量，需要部署云計算平臺管理系統來滿足業務部署和管理的要求。同時，安全策略貫穿于各個層面。云計算總體邏輯拓撲如圖1所示。

  5.1云計算數據中心管理系統設計

  云計算數據中心管理系統主要由統一門戶、運維、服務管理、資源部署調度、資源管理等幾個模塊組成，其功能架構如圖2所示。

。統一門戶分為運維門戶、管理員門戶和用戶門戶，系統應根據不同的權限要求和功能要求定制不同的展現頁面；

  運維模塊包括安全管理、統計分析、運維監控和日志管理等相關的子模塊，主要用于支撐整個虛擬化平臺系統的運維功能；

  服務模塊包括計費管理、用戶管理、權限管理、業務管理、產品管理、訂購管理和工單管理等模塊，該模塊主要用于支撐虛擬化平臺系統的運營；

  資源部署調度管理負責底層資源的調度，根據近資源的等級、用戶的優先級以及網絡的負載等因素，自動的制定資源調度策略，達到資源的最優化配置，實現整個系統的智能化。

  資源管理負責軟件資源和硬件資源的管理，硬件資源主要包括底層的計算資源、網絡資源和存儲資源，軟件資源包括鏡像，模板，虛擬機，網絡拓撲等，是虛擬化平臺整個系統平臺的基礎模塊。

  5.2資源池子系統設計

  云平臺資源池子系統通過對服務器、存儲、網絡的池化和有效管理，為整個云平臺提供按需獲得以及即時可取的計算、存儲、網絡、操作系統和基礎應用軟件等資源，實現云平臺內網和外網資源的綜合監控與管理，實現對外提供虛擬主機資源和存儲資源，提高服務器存儲利用率、運行維護效率和業務系統可靠性，降低整體建設與整合成本。

  我們可以將應用根據其不同的服務需求等級放入不同的資源池內，將虛擬資源池根據政務云、行業云、應用云等不同的服務需求等級分級，根據對應用的服務需求進行評估，將不同等級的應用放置在相應的資源池內，不同等級的資源池內的虛擬機不能超出資源池的范圍獲得資源。

  5.3資源虛擬化設計

  5.3.1網絡虛擬化

  網絡虛擬化技術相對來說已經比較成熟，如虛擬LAN（VLAN）技術可在一臺以太網交換機或跨多臺交換機上建立安全、獨立的LAN網段。在云計算環境下，網絡虛擬化技術與服務器虛擬化技術結合使用。物理服務器虛擬化之后，一臺物理機上運行著多個不同VLAN的虛擬機，虛擬機之間通過虛擬交換機與外界進行數據通信。通過虛擬化軟件，在虛擬交換機上部署虛擬防火墻，快速建立新的安全網絡。

  虛擬化網絡可以提供快速配置和可擴展性方面的極大靈活性。部署新業務不必再像傳統服務器聯網需要連接電纜并進行配置等工作，可以節省大量的時間。這種業務模式下網絡電纜極大地減少。減少了交換機的數量，節約了成本。

  5.3.2服務器虛擬化

  服務器虛擬化技術是指將服務器物理資源抽象成邏輯資源，CPU、內存、磁盤、I/O等硬件均變成可以動態管理的“資源池”，一臺服務器變成多臺甚至上百臺相互隔離的虛擬服務器，提高資源的利用率，簡化系統管理，實現服務器資源池化的整合，提升計算資源對業務變化的適應力。

  隨著虛擬化技術的完善，只需數分鐘即可將物理機轉換為虛擬機，可實現對原物理機上的應用系統在線遷移到虛擬機。每個虛擬機代表一個具有處理器、內存、網絡、存儲器和BIOS的完整系統，通過虛擬化技術，運行多個工作負載，可以將服務器硬件的利用率從10.15%提高到80%.

  5.3.3存儲虛擬化

  存儲虛擬化技術是將底層存儲設備進行抽象化統一管理，向服務器層屏蔽存儲設備硬件的特殊性，只保留其統一的邏輯特性，從而實現存儲系統的集中、統一、方便的管理。

  與傳統存儲相比，虛擬化存儲的優點主要體現在：①高利用率，磁盤利用率由傳統的30.70%提高到70.90%；②存儲靈活，可以適應不同廠商和類別的異構存儲平臺；③管理方便，提供大容量存儲系統集中管理的手段，避免由于存儲設備擴容所帶來的管理問題；④性能提升，通過負載均衡，將每次數據訪問所需帶寬合理分配到各個存儲模塊，提高系統的整體訪問帶寬。

  6.結論

  云計算技術是今后數據中心的主要技術實現方式，將成為解決數據中心IT資源配置、快速應對業務需求的重要技術手段。云計算技術將擴展到數據中心整個基礎架構，促使計算基礎架構變得更加靈活、便捷。

  本文從分析傳統數據中心的缺點和云計算環境下數據中心的特點人手，對數據中心如何從物理數據中心轉化為云計算數據中心的技術路線進行分析，并對云計算平臺中的統一管理系統、資源池子系統設計以及網絡、服務器和存儲等資源的虛擬化技術進行研究。