云數(shù)據(jù)中心基礎架構建設方案探討

邢慶文

一、前言

互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心（簡稱：IDC，Internet Data Center，）在應用云計算技術的過程中，通常選擇以建設IaaS（Infrastructure as a Service，基礎設施即服務）作為主要切入點，逐漸擴展到PaaS（Platform as a Service，平臺即服務）和SaaS（Software as a Service，軟件即服務）層面， 以漸近的方式擴展IDC的云服務能力。

二、云IDC基礎架構

IaaS模式云IDC由管理平臺和多個資源池系統(tǒng)組成。資源池系統(tǒng)是由管理平臺、資源相關系統(tǒng)或設備以及連接網(wǎng)絡所組成的集群。管理平臺負責云IDC各種業(yè)務的運營和資源管理， 并與網(wǎng)管等外部系統(tǒng)相連接。

資源池對外提供各類計算資源、網(wǎng)絡資源以及存儲資源。計算資源由虛擬機系統(tǒng)以及服務器提供；存儲資源由對象存儲系統(tǒng)和塊存儲系統(tǒng)提供，包括對象存儲資源、塊存儲資源；網(wǎng)絡資源包括公網(wǎng)IP地址資源、虛擬防火墻資源、帶寬資源、負載均衡資源等。計算資源、存儲資源、網(wǎng)絡資源之間資源相互協(xié)作對外提供完整的資源使用環(huán)境。

IaaS模式云IDC通過虛擬化技術將計算資源、存儲資源和網(wǎng)絡資源構建成動態(tài)的虛擬資源池，并使用虛擬資源管理技術實現(xiàn)云計算資源自動部署、動態(tài)擴展、按需分配，為用戶提供按需和即付即用方式的服務。

三、計算資源虛擬化

3.1虛擬化系統(tǒng)

虛擬機系統(tǒng)是在物理服務器之上構建虛擬化抽象層，采用虛擬機監(jiān)視器或虛擬化平臺2種實現(xiàn)方式，負責服務器的抽象、資源的調度與管理，將不同的系統(tǒng)分別運行在獨立的虛擬機之上，從而提高服務器的資源利用率。

虛擬化從結構上可以分為寄居架構和裸金屬架構。目前普遍采用的是裸金屬架構。裸金屬架構是在計算機硬件上直接進行虛擬化，其將一個物理服務器劃分為多個安全、可移植的虛擬機，每個虛擬機都呈現(xiàn)為一個完整的系統(tǒng)。

在選擇虛擬化技術時，應該綜合考慮虛擬化效率、硬件管理、對異構的支持、遷移、資源管理、安全隔離以及經(jīng)濟成本等因素，進行最佳選擇。需要注意的是，VMware和Power VM等虛機技術，都是將較大的計算資源虛擬成較小的資源，因此，單機資源是一個系統(tǒng)可以請求資源的上限。因此并不適用于大型應用或者需要應用開發(fā)中實現(xiàn)并行計算的業(yè)務邏輯和數(shù)據(jù)邏輯。

3.2服務器資源

構建虛擬機系統(tǒng)的物理服務器資源可采用UNIX小型機或機架式PC服務器、刀片式服務器等x86服務器。

近些年來，隨著CPU多核技術的快速發(fā)展，x86服務器的計算能力已能與相對等的小型機的性能相比擬，憑借自身的廉價經(jīng)濟性和靈活性，x86服務器是云計算應用使用最多的硬件設備。

四、存儲虛擬化

現(xiàn)在使用的多種不同的本地存儲和網(wǎng)絡存儲，包括SCSI、SAS和SATA磁盤及基于網(wǎng)絡的iSCSI、NFS協(xié)議的存儲設備和光纖通道（FC）數(shù)據(jù)存儲。

存儲虛擬化技術指服務器的存儲空間可以跨越多個異構物理存儲系統(tǒng)的磁盤陣列，實現(xiàn)從物理存儲到邏輯存儲的轉變，從而能夠把不同品牌、架構甚至不在統(tǒng)一物理居址的存儲設備統(tǒng)一到一個（若干個）虛擬的存儲資源池，實現(xiàn)統(tǒng)一調度、管理和使用。

存儲資源由對象存儲系統(tǒng)和塊存儲系統(tǒng)提供，包括對象存儲資源、塊存儲資源，對象存儲系統(tǒng)基于PC服務器實現(xiàn)，塊存儲系統(tǒng)基于PC服務器或磁盤陣列實現(xiàn)。

五、網(wǎng)絡虛擬化

核心層網(wǎng)絡虛擬化是數(shù)據(jù)中心核心網(wǎng)絡設備的虛擬化，要求核心層網(wǎng)絡具備超大規(guī)模的數(shù)據(jù)交換能力。接入層虛擬化，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心接入層的分級設計，接入層交換機要求能夠支持各種靈活的部署方式和新的以太網(wǎng)技術。虛擬機網(wǎng)絡交互包括物理網(wǎng)卡虛擬化和虛擬網(wǎng)絡交換機，在服務器內(nèi)部虛擬出相應的交換機和網(wǎng)卡功能。每個網(wǎng)絡都采用虛擬網(wǎng)絡節(jié)點實現(xiàn)虛擬機之間的管理和數(shù)據(jù)遷移。虛擬機遷移時，為了避免虛擬機遷移后路由的震蕩和修改網(wǎng)絡規(guī)劃，遷移只能在二層域進行，因此數(shù)據(jù)中心需要具備一個性能更高、二層域更大的網(wǎng)絡環(huán)境為遷移提供保障。

六、結束語

云數(shù)據(jù)中心基礎設施建設需要關注虛擬化后帶來的性能、安全等方面的要求，選擇合適的設備和技術，從而實現(xiàn)合理規(guī)劃和使用。大型互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)在云主機、云存儲、開放數(shù)據(jù)庫等基礎信息資源服務方面取得了較好效果，近幾年，電信運營商也依托網(wǎng)絡和數(shù)據(jù)中心優(yōu)勢開始布局云數(shù)據(jù)中心，開始提供彈性計算、存儲與網(wǎng)絡資源等服務。如何突破云計算數(shù)據(jù)中心虛擬化、大帶寬環(huán)境下的存儲與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡融合、虛擬機接入、多用戶數(shù)據(jù)隔離、跨集群通信與數(shù)據(jù)遷移等關鍵技術將是下一步重點研究的目標。