淺析數(shù)據(jù)中心技術架構演進及基礎設施標準

張興 公誠管理咨詢有限公司

引言：在信息技術快速發(fā)展的背景下，數(shù)據(jù)中心作為各行各業(yè)的關鍵基礎設施，為我國經濟轉型升級提供了重要支撐。

1 數(shù)據(jù)中心熱點分析

1.1 我國數(shù)據(jù)中心產業(yè)熱點分析

(1)我國數(shù)據(jù)中心利用率和能效水平不斷提高。東部一線城市數(shù)據(jù)中心較飽和，中西部地區(qū)利用率不斷提高。

(2)我國數(shù)據(jù)中心總體布局逐步優(yōu)化，尤其是大型、超大型數(shù)據(jù)中心逐漸向西部以及北上廣深周邊地區(qū)轉移。

(3)運維管理逐漸成為數(shù)據(jù)中心產業(yè)關注熱點。

(4)國際企業(yè)加快中國 IDC 市場布局。

1.2 我國數(shù)據(jù)中心的指導方向

《指導意見》提出科學推動數(shù)據(jù)中心的建設和布局的指導思想。堅持以市場為導向，以資源節(jié)約和提高效率為著力點，通過引導市場主體合理選址、長遠設計、按需按標建設，逐漸形成技術先進、結構合理、協(xié)調發(fā)展的數(shù)據(jù)中心新格局。

2 數(shù)據(jù)中心技術架構演進

2.1 數(shù)據(jù)中心技術發(fā)展特點

2.1.1 更高的性能和速度成為數(shù)據(jù)中心 IT 設備技術發(fā)展趨勢

GPU服務器突破了CPU服務器的效率瓶頸，計算速度大幅提升。人工智能的發(fā)展讓數(shù)據(jù)中心面臨更大的計算難題，對計算性能、能耗、吞吐和延遲等方面的提出更高要求。

2.1.2 大規(guī)模、高流量加速數(shù)據(jù)中心網絡設備與技術演進

數(shù)據(jù)中心承載業(yè)務的不斷變化，以及計算虛擬化、存儲虛擬化等技術的應用，使得數(shù)據(jù)中心東西流量高速增長，對數(shù)據(jù)中心內部網絡管理和性能提出了更高要求。而無損網絡、光模塊等技術則可以幫助更好地實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心內部快速、高效的數(shù)據(jù)傳輸。

2.2 技術架構演進

技術是服務于業(yè)務的，沒有業(yè)務需求的技術架構是無源之水。微服務化架構下的系統(tǒng)必將引入分裂的數(shù)據(jù)存儲，對于有些高并發(fā)大數(shù)據(jù)量的服務還會采用分庫分表的設計思想。

2.2.1 探索期

在當前主流數(shù)據(jù)倉庫產品中，數(shù)據(jù)加工速度和數(shù)據(jù)管理能力是不可兼得的，任何數(shù)據(jù)倉庫在無限量的數(shù)據(jù)量下處理速度都會出現(xiàn)瓶頸；數(shù)據(jù)存儲產品都有自己特定的應用場景，應該根據(jù)需要選擇合適的數(shù)據(jù)存儲方案；流計算在處理海量數(shù)據(jù)實時處理最佳的選擇。

(1)HBase分析

由于需要統(tǒng)一業(yè)務系統(tǒng)的設計需要，數(shù)據(jù)庫必須滿足多維度數(shù)據(jù)查詢，查詢條件分散，引入第三方索引以后部署使用成本較高。

(2)MongoDB選擇

面向文檔的存儲，可以基本滿足聚合操作需求。原生支持索引，支持自建索引，支持組合索引。對于熱點數(shù)據(jù)會緩存，數(shù)據(jù)查詢性能強，更新性能不弱，支持分片模式橫向擴展。

2.2.2 發(fā)展期

(1)消息隊列數(shù)據(jù)同步

在最初的技術架構中，采用業(yè)務消息數(shù)據(jù)同步的方式，如下圖：

圖1 ：業(yè)務消息數(shù)據(jù)同步

這種架構結構簡單，但并不可靠。對業(yè)務系統(tǒng)侵入性強，業(yè)務系統(tǒng)變更，數(shù)據(jù)設計變更等因素都會影響數(shù)據(jù)一致性，而且每次業(yè)務變動都需要在各種系統(tǒng)對數(shù)據(jù)同步代碼做相應的修改，容易影響業(yè)務系統(tǒng)功能性能。

(2)BINLOG事件同步

圖 2：Zookeeper集群

數(shù)據(jù)同步與平臺業(yè)務完全解耦，對業(yè)務系統(tǒng)和消息中間件實現(xiàn)零依賴。BinLog數(shù)據(jù)是事務執(zhí)行成功后的數(shù)據(jù)，可以達到數(shù)據(jù)最終一致的效果，數(shù)據(jù)模型靈活，元數(shù)據(jù)與Mysql數(shù)據(jù)1：1復制，整合數(shù)據(jù)模型靈活多樣。

(3)數(shù)據(jù)模型建立

數(shù)據(jù)模型的作用就是滿足各種運營需求。為了兼容后續(xù)需求變更，數(shù)據(jù)模型是以mysql元數(shù)據(jù)(行數(shù)據(jù))為基本單位，數(shù)據(jù)冗余比較多，但勝在兼容性強，模型組合簡單。

2.2.3 拓展期

在滿足基本業(yè)務需求的同時，MongoDB在大數(shù)據(jù)量聚合上性能并不理想，對于大數(shù)據(jù)量聚合統(tǒng)計的需求需要引入實時流計算，以下是數(shù)據(jù)流程圖：

圖3 ：數(shù)據(jù)流程圖

實時流數(shù)據(jù)計算在處理大數(shù)據(jù)計算方面都有得天獨厚的優(yōu)勢?？梢耘cMongoDB數(shù)據(jù)倉庫實現(xiàn)互補。

3 數(shù)據(jù)中心基礎設施標準差異

3.1 數(shù)據(jù)中心基礎設施發(fā)展特點

3.1.1 高密度、綠色化引發(fā)數(shù)據(jù)中心基礎設施變革

受高成本、高能耗驅動，數(shù)據(jù)中心供電架構逐步簡化。隨著產業(yè)規(guī)?？焖僭鲩L，數(shù)據(jù)中心建設成本和能耗激增，可靠性高、成本低的高壓直流（HVDC），成為數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)的新選擇。

3.1.2 模塊化數(shù)據(jù)中心成為數(shù)據(jù)中心建設新模式

模塊數(shù)據(jù)中心進入大批量投產應用階段，節(jié)能降支效果非常明顯，對數(shù)據(jù)中心產業(yè)模塊化、綠色化具有很強的帶動和引領作用。

3.1.3 定制化成為數(shù)據(jù)中心設施設備的發(fā)展方向

自主設計的整機柜服務器迭代創(chuàng)新支撐新技術新應用。整機柜服務器通過整體機柜、集中供電、集中散熱、統(tǒng)一管理、一體化交付、模塊化運維，可實現(xiàn) TCO（總投入成本）有效降低。

3.1.4 綠色節(jié)能仍是地方數(shù)據(jù)中心政策的主要抓手

各地積極出臺數(shù)據(jù)中心節(jié)能減排鼓勵政策，促進數(shù)據(jù)中心綠色化發(fā)展。受北上廣等一線城市政策限制，部分數(shù)據(jù)中心建設需求向周邊地區(qū)外溢。

3.2 主流的數(shù)據(jù)中心基礎設施標準

無論數(shù)據(jù)中心的規(guī)模和類型以及交換機拓撲結構和應用如何，創(chuàng)建連接數(shù)據(jù)中心設備所需的所有鏈路的底層布線基礎設施應遵循行業(yè)標準確立的相同的基本設計原則。

(1)《數(shù)據(jù)中心設計規(guī)范》GB50174-2017是目前我國最新的數(shù)據(jù)中心的設計規(guī)范國家標準，等級分為A級（容錯）、B級（冗余）、C級（基本）。

(2)ANSI/TIA-942-B數(shù)據(jù)中心基礎設施標準——該北美標準參考TIA-568系列標準，但包含針對數(shù)據(jù)中心的附加信息。

(3)國際正常運行時間（Uptime institute）協(xié)會——該咨詢機構提供改進數(shù)據(jù)中心關鍵基礎設施性能、效率和可靠性的指導原則。建立了分級系統(tǒng)以定義數(shù)據(jù)中心的可用性，1級提供基本容量，II級提供冗余容量，III級可同時維護性，IV級為容錯能力。

針對以上三種較常見的標準進行對，情況見下表：

表1 ：GB50174/TIA942B/Uptime特性類比一覽表

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4 結語

數(shù)據(jù)中心發(fā)展已進入互聯(lián)網的下半場，需我們繼續(xù)關注發(fā)展趨勢與技術演進，緊隨時代步伐，同時熟悉數(shù)據(jù)中心基礎設施的標準與差異，有利于我們根據(jù)市場業(yè)務類型，應用不同的場景與規(guī)范，最優(yōu)化滿足市場發(fā)展的根本需求。