云计算环境下 IDC建设研究

    云计算（Cloud Computing）是一种新兴的通过按需访问共享计算资源池（resource pool）并快速部署及发布，从而产生最小管理成本的计算模型。该模型具有按需提供服务、通过宽带网络访问、具有资源池、具有快速伸缩性能以及可计量的服务等五个基本特征。

  传统的数据中心（data center，后统称为IDc）中应用系统及其运行的平台和系统与物理资源密不可分，从而带来很多问题。利用虚拟化和云计算技术，通过将基础设施资源虚拟化并放置到资源池中，能够根据业务应用的需求快速地调整和分配资源，较好地满足了新应用对基础设施方面的要求。

  全球的IDC市场目前保持稳步增长，截至2010年底，全球的IDC总量为339万个，中国仅次于美国和西欧，排名第三，占全球总量的8%.但从数字结构上看，中国与美国和日本等发达国家差距较大，因此云计算这种创新架构下的数据中心的建设极具研究价值。

  2.传统数据中心问题分析

  传统数据中心延续的是竖井式的部署模式，各个应用系统互相孤立，不能共享计算资源，每个应用独占单台或多台计算设备。应用系统及其运行的平台和系统都与物理资源密不可分，对物理资源进行的操作将影响到应用的运行和稳定。这种部署模式带来一系列的问题：
  
  应用无法快速部署：传统数据中心的典型特征是每个应用独立部署一套硬件，而硬件从购买到部署上线，时间开销较大，难以做到快速部署；

  无伸缩性：传统数据中心将每个应用与具体的硬件绑定，硬件的处理能力制约着应用的发展，需要提升处理能力的应用无法获取额外的资源；

  资源利用率低：传统数据中心往往配置大量的

  硬件资源，大量的硬件资源意味着高投入、机房空间的高需求、能源的高消耗等，但是调查显示，传统数据中心中多数服务器负载往往不超过1O%，资源利用率极低；

  管理难度大：传统数据中心应用与硬件绑定，每套硬件需要独立的运维策略，带来大量的运维工作和运营管理问题；

  保障措施局限性：传统数据中心通常只能采用硬件双机或集群来保证业务持续性，而这种保障措施是在增值应用并不明确的前提下实施的，往往带来无谓的投入。

  总之，传统数据中心的建设模式已经不能满足应用密集的部署要求，必须进行改变。

  3.云计算数据中心的特点分析

  云计算的出现，推动数据中心进入一个新的时代一云计算数据中心，用户可以在任何时间通过多种接入方式获取数据中心的服务，包括计算服务、存储服务、平台服务和应用服务。

  资源虚拟化：云计算数据中心中服务器、存储、网络等资源将以资源池形态出现，应用按需从资源池中提取或释放，资源利用率高，可实现快速高效弹性扩展；

  模块化建设：云计算数据中心采用模块化建设模式，预装融合的服务器、存储、网络、应用软件、服务管理等，可大大减少数据中心的建设周期；

  智能化管理：云计算数据管理平台采用统一的管理界面，实现业务自动部署和IT系统主动管控，提供更多的用户自助功能、趋势和业务智能分析、基于知识库的专家建议等；

  安全可信：云计算数据中心中的虚拟化通过隔离、数据加密等手段为应用提供较好的安全特性，同时提供身份可信、服务可信、数据传输可信等。因此，云计算数据中心提高了IDc的资源利用率，降低数据中心能耗，可以灵活应对业务高峰及低谷，提供快速的自助服务和按需付费服务。

  4.云计算数据中心实现思路

  从现有数据中心到云计算数据中心，需要进行大量的技术更新，服务流程更新和组织架构调整，其中涉及到的关键点包括：计算资源整合、现有应用梳理、资源虚拟化实施、IT服务流程梳理、自动化供应建设、管理组织架构变更、服务质量控制、服务目录建设、云安全建设、高可用容灾建设等。这个过程可以划分为三个阶段：物理数据中心、虚拟化数据中心（ⅥrnJal DataCenter）、云计算数据中心。

  物理数据中心实现了计算资源（包括服务器、网络、存储等）的物理集中，以及集中的以太网络建设和存储网络建设。

  从物理的数据中心向云迈进的第一步就是进行虚拟化数据中心的建设。在虚拟化数据中心阶段，用户完成数据中心计算资源的全面虚拟化工作，形成计算、网络、存储等IT基础架构资源池，应用被部署在逻辑的IT资源上。

  虚拟化数据中心建设完成之后，用户将可以快速的进行云的搭建。通过标准化服务的定义，将数据中心的各种计算资源分别定义为不同基础架构服务（Iaas），平台服务（PaaS）和应用服务（SaaS），业务用户可以通过自助化服务模式进行计算资源的请求和获得。

  5.云计算平台的总体架构

  云计算平台中，网络、服务器、存储和应用负载均衡设备等基础设施虚拟化作为基础设施服务来为应用提供计算资源、存储资源和网络资源，满足应用对基础设施方面的要求。为了提高管理效率和服务质量，需要部署云计算平台管理系统来满足业务部署和管理的要求。同时，安全策略贯穿于各个层面。云计算总体逻辑拓扑如图1所示。

  5.1云计算数据中心管理系统设计

  云计算数据中心管理系统主要由统一门户、运维、服务管理、资源部署调度、资源管理等几个模块组成，其功能架构如图2所示。

。统一门户分为运维门户、管理员门户和用户门户，系统应根据不同的权限要求和功能要求定制不同的展现页面；

  运维模块包括安全管理、统计分析、运维监控和日志管理等相关的子模块，主要用于支撑整个虚拟化平台系统的运维功能；

  服务模块包括计费管理、用户管理、权限管理、业务管理、产品管理、订购管理和工单管理等模块，该模块主要用于支撑虚拟化平台系统的运营；

  资源部署调度管理负责底层资源的调度，根据近资源的等级、用户的优先级以及网络的负载等因素，自动的制定资源调度策略，达到资源的最优化配置，实现整个系统的智能化。

  资源管理负责软件资源和硬件资源的管理，硬件资源主要包括底层的计算资源、网络资源和存储资源，软件资源包括镜像，模板，虚拟机，网络拓扑等，是虚拟化平台整个系统平台的基础模块。

  5.2资源池子系统设计

  云平台资源池子系统通过对服务器、存储、网络的池化和有效管理，为整个云平台提供按需获得以及即时可取的计算、存储、网络、操作系统和基础应用软件等资源，实现云平台内网和外网资源的综合监控与管理，实现对外提供虚拟主机资源和存储资源，提高服务器存储利用率、运行维护效率和业务系统可靠性，降低整体建设与整合成本。

  我们可以将应用根据其不同的服务需求等级放入不同的资源池内，将虚拟资源池根据政务云、行业云、应用云等不同的服务需求等级分级，根据对应用的服务需求进行评估，将不同等级的应用放置在相应的资源池内，不同等级的资源池内的虚拟机不能超出资源池的范围获得资源。

  5.3资源虚拟化设计

  5.3.1网络虚拟化

  网络虚拟化技术相对来说已经比较成熟，如虚拟LAN（VLAN）技术可在一台以太网交换机或跨多台交换机上建立安全、独立的LAN网段。在云计算环境下，网络虚拟化技术与服务器虚拟化技术结合使用。物理服务器虚拟化之后，一台物理机上运行着多个不同VLAN的虚拟机，虚拟机之间通过虚拟交换机与外界进行数据通信。通过虚拟化软件，在虚拟交换机上部署虚拟防火墙，快速建立新的安全网络。

  虚拟化网络可以提供快速配置和可扩展性方面的极大灵活性。部署新业务不必再像传统服务器联网需要连接电缆并进行配置等工作，可以节省大量的时间。这种业务模式下网络电缆极大地减少。减少了交换机的数量，节约了成本。

  5.3.2服务器虚拟化

  服务器虚拟化技术是指将服务器物理资源抽象成逻辑资源，CPU、内存、磁盘、I/O等硬件均变成可以动态管理的“资源池”，一台服务器变成多台甚至上百台相互隔离的虚拟服务器，提高资源的利用率，简化系统管理，实现服务器资源池化的整合，提升计算资源对业务变化的适应力。

  随着虚拟化技术的完善，只需数分钟即可将物理机转换为虚拟机，可实现对原物理机上的应用系统在线迁移到虚拟机。每个虚拟机代表一个具有处理器、内存、网络、存储器和BIOS的完整系统，通过虚拟化技术，运行多个工作负载，可以将服务器硬件的利用率从10.15%提高到80%.

  5.3.3存储虚拟化

  存储虚拟化技术是将底层存储设备进行抽象化统一管理，向服务器层屏蔽存储设备硬件的特殊性，只保留其统一的逻辑特性，从而实现存储系统的集中、统一、方便的管理。

  与传统存储相比，虚拟化存储的优点主要体现在：①高利用率，磁盘利用率由传统的30.70%提高到70.90%；②存储灵活，可以适应不同厂商和类别的异构存储平台；③管理方便，提供大容量存储系统集中管理的手段，避免由于存储设备扩容所带来的管理问题；④性能提升，通过负载均衡，将每次数据访问所需带宽合理分配到各个存储模块，提高系统的整体访问带宽。

  6.结论

  云计算技术是今后数据中心的主要技术实现方式，将成为解决数据中心IT资源配置、快速应对业务需求的重要技术手段。云计算技术将扩展到数据中心整个基础架构，促使计算基础架构变得更加灵活、便捷。

  本文从分析传统数据中心的缺点和云计算环境下数据中心的特点人手，对数据中心如何从物理数据中心转化为云计算数据中心的技术路线进行分析，并对云计算平台中的统一管理系统、资源池子系统设计以及网络、服务器和存储等资源的虚拟化技术进行研究。