云计算数据中心框架—更高效、更灵动

对于云计算而言，应着重从高端服务器、高密度低成本服务器、海量存储设备和高性能计算设备等基础设施领域提高云计算数据中心的数据处理能力。云计算要求基础设施具有良好的弹性、扩展性、自动化、数据移动、多租户、空间效率和对虚拟化的支持。那么，云计算环境下的数据中心基础设施各部分的架构应该是什么样的呢？

1）云计算数据中心总体架构

云计算数据中心本质上由云计算平台和云计算服务构成。

云计算平台是云计算数据中心的内部支撑，处于云计算技术体系的核心。它以数据为中心，以虚拟化和调度技术为手段，通过建立物理的、可缩放的、可调配的、可绑定的计算资源池，整合分布在网络上的服务器集群、存储群等，结合可动态分配和平滑扩展资源的能力，提供安全可靠的各种应用数据服务。

云计算服务是云计算数据中心的外在实现，包括通过各种通信手段提供给用户的应用软件（SaaS）、系统平台（PaaS）和计算资源（IaaS）等服务。其特点是无需前期投资、按需租用服务、获取方式简单以及使用安全可靠等，可以满足不同规模的用户根据需要动态地扩展其服务内容。

云计算数据中心总体架构如图9-3所示。

2）云计算机房架构

为了应对云计算、虚拟化、集中化、高密化等服务器发展的趋势，云计算机房采用标准化、模块化设计理念，最大限度地降低基础设施对机房环境的耦合。模块化机房集成了供配电、制冷、机柜、气流遏制、综合布线、动环监控等子系统，提高了数据中心的整体运营效率，能实现快速部署、弹性扩展和绿色节能。

图9-3　云计算数据中心总体架构

模块化机房能满足IT业务部门对未来数据中心基础设施建设的迫切需求，如标准化设计、组件工厂预制、快速上线部署、有效降低初期投资、模块内能源池化管理、动态IT基础设施资源高利用率、智能化运维管理、保障重要业务连续性，提供共享IT服务（如跨业务的基础设施、信息、应用共享等），快速响应业务需求变化，绿色节能型数据中心等（图9-4）。

图9-4　模块化机房示意图

模块化机房包括集装箱模块化机房和楼宇模块化机房。集装箱模块化机房可以在室外无机房场景下应用，减轻了建设方在机房选址方面的压力，帮助建设方将原来半年的建设周期缩短到两个月，而能耗仅为传统机房的50%，可适应沙漠炎热干旱地区和极地严寒地区的极端恶劣环境。楼宇模块化机房采用冷热风道隔离、精确送风、室外冷源等领先制冷技术，适用于大中型数据中心的积木化建设和扩展。

3）云计算网络系统架构

网络系统总体结构规划应坚持区域化、层次化、模块化的设计理念，使网络层次更加清楚、功能更加明确。

云计算数据中心网络根据业务性质或网络设备的作用进行区域划分，可从以下几方面内容进行规划：

①按照数据的等保级别来划分。比如，信息安全等级保护二级和信息安全等级保护三级应划分不同的网络安全域，使用不同的安全策略来对传送的数据进行保护。

②按照面向用户的不同，网络系统还可以划分为内部核心网、业务专网、VPN安全接入域、公众服务网等区域。

③按照网络层次结构中设备作用的不同，网络系统可以划分为核心层、汇聚层、接入层。

④从网络服务的数据应用业务的独立性、各业务的互访关系及业务的安全隔离需求综合考虑，网络系统在逻辑上可以划分为存储区、应用业务区、前置区、系统管理区、托管区、外联网络接入区、内部网络接入区等。(www.xing528.com)

此外，还有一种Fabric的网络架构。在数据中心部署云计算之后，传统的网络结构有可能使网络延时问题成为一大瓶颈，使得低延迟的服务器间通信和更高的双向带宽需要变得更加迫切。这就需要网络架构向扁平化方向发展，最终的目标是在任意两点之间尽量减少网络架构的数目。Fabric网络结构的关键之一就是消除网络层级的概念，Fabric网络架构可以利用阵列技术来扁平化网络，可以将传统的三层结构压缩为二层，并最终转变为一层，通过实现任意点之间的连接来消除复杂性和网络延迟。不过，Fabric这个新技术目前仍未有统一的标准，其推广应用还有待更多的实践。

4）云计算主机系统架构

云计算核心是计算力的集中和规模性突破，云计算数据中心对外提供的计算类型决定了云计算数据中心的硬件基础架构。

从云端客户需求看，云计算数据中心通常需要规模化地提供以下几种类型的计算力，其服务器系统可采用三（多）层架构：

一是高性能的、稳定可靠的高端计算，主要处理紧耦合计算任务。这类计算不仅包括对外的数据库、商务智能数据挖掘等关键服务，也包括自身账户、计费等核心系统，通常由企业级大型服务器提供。

二是面向众多普通应用的通用型计算，用于提供低成本计算解决方案。这种计算对硬件要求较低，一般采用高密度、低成本的超密度集成服务器，以有效降低数据中心的运营成本和终端用户的使用成本

三是面向科学计算、生物工程等业务，提供百万亿、千万亿次计算能力的高性能计算，其硬件基础是高性能集群。

5）云计算存储系统架构

云计算采用数据统一集中存储的模式。在云计算平台中，数据如何存储是一个非常重要的问题，在实际使用的过程中，需要将数据分配到多个节点的多个磁盘当中。而能够达到这一目的存储技术，当前主要有两种方式，一种是使用类似于GFS（Google File System，Google文件系统）的集群文件系统，另外一种是基于块设备的存储区域网络SAN系统。

GFS是由Google公司设计并实现的一种分布式文件系统，基于大量安装有Linux操作系统的普通PC构成的集群系统，整个集群系统由一台Master（主机）和若干台Chunk Server（块服务器）构成。具体内容可见6.5.1。

在SAN连接方式上，可以有多种选择。一种选择是使用光纤网络，能够操作快速的光纤磁盘，适合对性能与可靠性要求比较高的场所。另外一种选择是使用以太网，采取iSCSI协议，能够运行在普通的局域网环境下，从而降低成本。采用SAN结构，大量的数据传输通过SAN网络进行，局域网只承担各服务器之间的通信任务。这种分工使得存储设备、服务器和局域网资源得到更有效的利用，使存储系统的速度更快，扩展性和可靠性更好。

6）云计算应用平台架构

云计算应用平台采用面向服务架构SOA的方式，应用平台为部署和运行应用系统提供所需的基础设施资源、应用基础设施，所以应用开发人员无须关心应用的底层硬件和应用基础设施，并且可以根据应用需求动态扩展应用系统所需的资源。完整的应用平台提供如下功能架构：

①应用运行环境：底层网络环境、WEB前端、中间件平台、分布式运行环境、多种类型的数据存储、动态资源伸缩。

②应用全生命周期支持：提供JAVA开发、SDK、IOS等流程化环境，加快应用的开发、测试和部署。

③公共服务：以API形式提供公共服务，如队列服务、存储服务和缓存服务等。

④监控、管理和计量：提供资源池、应用系统的管理和监控功能，精确计量应用使用所消耗的计算资源。

⑤集成、复合应用构建能力：除了提供应用运行环境外，还需要提供连通性的服务、整合服务、消息服务和流程重组服务等，来实现用于构建SOA架构风格的复合应用。

以上是对云计算数据中心架构的一些剖析。云计算之所以称为“云”，是因为它在某些方面具有现实中云的特征：云一般都较大；云的规模可以动态伸缩，它的边界是模糊的。云计算的商业模式给用户提供的是一种IT服务，其内容也是随时间变化、动态弹性的。因此，云计算数据中心的架构也会随着社会的进步不断调整和优化。