剖析云計(jì)算數(shù)據(jù)中心架構(gòu)

對于云計(jì)算而言，應(yīng)著重從高端服務(wù)器、高密度低成本服務(wù)器、海量存儲設(shè)備和高性能計(jì)算設(shè)備等基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域提高云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)處理能力。云計(jì)算要求基礎(chǔ)設(shè)施具有良好的彈性、擴(kuò)展性、自動化、數(shù)據(jù)移動、多租戶、空間效率和對虛擬化的支持。那么，云計(jì)算環(huán)境下的數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施各部分的架構(gòu)應(yīng)該是什么樣的呢？

1、云計(jì)算數(shù)據(jù)中心總體架構(gòu)

云計(jì)算架構(gòu)分為服務(wù)和管理兩大部分。在服務(wù)方面，主要以提供用戶基于云的各種服務(wù)為主，共包含3個(gè)層次：基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)IaaS、平臺即服務(wù)PaaS、軟件即服務(wù)SaaS.在管理方面，主要以云的管理層為主，它的功能是確保整個(gè)云計(jì)算中心能夠安全、穩(wěn)定地運(yùn)行，并且能夠被有效管理。其總體架構(gòu)如下圖。

2、云計(jì)算機(jī)房架構(gòu)

根據(jù)長城電子公司多年的經(jīng)驗(yàn)，為滿足云計(jì)算服務(wù)彈性的需要，云計(jì)算機(jī)房采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的機(jī)房設(shè)計(jì)架構(gòu)。模塊化機(jī)房包括集裝箱模塊化機(jī)房和樓宇模塊化機(jī)房。

集裝箱模塊化機(jī)房在室外無機(jī)房場景下應(yīng)用，減輕了建設(shè)方在機(jī)房選址方面的壓力，幫助建設(shè)方將原來半年的建設(shè)周期縮短到兩個(gè)月，而能耗僅為傳統(tǒng)機(jī)房的50％，可適應(yīng)沙漠炎熱干旱地區(qū)和極地嚴(yán)寒地區(qū)的極端惡劣環(huán)境。樓宇模塊化機(jī)房采用冷熱風(fēng)道隔離、精確送風(fēng)、室外冷源等領(lǐng)先制冷技術(shù)，可適用于大中型數(shù)據(jù)中心的積木化建設(shè)和擴(kuò)展。

3、云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)規(guī)劃應(yīng)堅(jiān)持區(qū)域化、層次化、模塊化的設(shè)計(jì)理念，使網(wǎng)絡(luò)層次更加清楚、功能更加明確。數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)根據(jù)業(yè)務(wù)性質(zhì)或網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的作用進(jìn)行區(qū)域劃分，可從以下幾方面的內(nèi)容進(jìn)行規(guī)劃。

1）按照傳送數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)性質(zhì)和面向用戶的不同，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以劃分為內(nèi)部核心網(wǎng)、遠(yuǎn)程業(yè)務(wù)專網(wǎng)、公眾服務(wù)網(wǎng)等區(qū)域。

2）按照網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中設(shè)備作用的不同，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以劃分為核心層、匯聚層、接入層。

3）從網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的數(shù)據(jù)應(yīng)用業(yè)務(wù)的獨(dú)立性、各業(yè)務(wù)的互訪關(guān)系及業(yè)務(wù)的安全隔離需求綜合考慮，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在邏輯上可以劃分為存儲區(qū)、應(yīng)用業(yè)務(wù)區(qū)、前置區(qū)、系統(tǒng)管理區(qū)、托管區(qū)、外聯(lián)網(wǎng)絡(luò)接入?yún)^(qū)、內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)接入?yún)^(qū)等。

此外，還有一種Fabric的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。在數(shù)據(jù)中心部署云計(jì)算之后，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有可能使網(wǎng)絡(luò)延時(shí)問題成為一大瓶頸，這就使得低延遲的服務(wù)器間通信和更高的雙向帶寬需要變得更加迫切。這就需要網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)向扁平化方向發(fā)展，最終的目標(biāo)是在任意兩點(diǎn)之間盡量減少網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的數(shù)目。

Fabric網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵之一就是消除網(wǎng)絡(luò)層級的概念，F(xiàn)abric網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)可以利用陣列技術(shù)來扁平化網(wǎng)絡(luò)，可以將傳統(tǒng)的三層結(jié)構(gòu)壓縮為二層，并最終轉(zhuǎn)變?yōu)橐粚樱�通過實(shí)現(xiàn)任意點(diǎn)之間的連接來消除復(fù)雜性和網(wǎng)絡(luò)延遲。不過，F(xiàn)abric這個(gè)新技術(shù)目前仍未有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，其推廣應(yīng)用還有待更多的實(shí)踐。

4、云計(jì)算主機(jī)系統(tǒng)架構(gòu)

云計(jì)算核心是計(jì)算力的集中和規(guī)模性突破，云計(jì)算中心對外提供的計(jì)算類型決定了云計(jì)算中心的硬件基礎(chǔ)架構(gòu)。從云端客戶需求看，云計(jì)算中心通常需要規(guī)模化的提供以下幾種類型的計(jì)算力，其服務(wù)器系統(tǒng)可采用三（多）層架構(gòu)，一是高性能的、穩(wěn)定可靠的高端計(jì)算，主要處理緊耦合計(jì)算任務(wù)，這類計(jì)算不僅包括對外的數(shù)據(jù)庫、商務(wù)智能數(shù)據(jù)挖掘等關(guān)鍵服務(wù)，也包括自身賬戶、計(jì)費(fèi)等核心系統(tǒng)，通常由企業(yè)級大型服務(wù)器提供；二是面向眾多普通應(yīng)用的通用型計(jì)算，用于提供低成本計(jì)算解決方案，這種計(jì)算對硬件要求較低，一般采用高密度、低成本的超密度集成服務(wù)器，以有效降低數(shù)據(jù)中心的運(yùn)營成本和終端用戶的使用成本；三是面向科學(xué)計(jì)算、生物工程等業(yè)務(wù)，提供百萬億、千萬億次計(jì)算能力的高性能計(jì)算，其硬件基礎(chǔ)是高性能集群。

5、云計(jì)算存儲系統(tǒng)架構(gòu)

云計(jì)算采用數(shù)據(jù)統(tǒng)一集中存儲的模式，在云計(jì)算平臺中，數(shù)據(jù)如何放置是一個(gè)非常重要的問題，在實(shí)際使用的過程中，需要將數(shù)據(jù)分配到多個(gè)節(jié)點(diǎn)的多個(gè)磁盤當(dāng)中。而能夠達(dá)到這一目的的存儲技術(shù)趨勢當(dāng)前有兩種方式，一種是使用類似于Google File System的集群文件系統(tǒng)，另外一種是基于塊設(shè)備的存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)SAN系統(tǒng)。

GFS是由 Google公司設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)的一種分布式文件系統(tǒng)，基于大量安裝有Linux操作系統(tǒng)的普通PC構(gòu)成的集群系統(tǒng)，整個(gè)集群系統(tǒng)由一臺Master和若干臺ChunkServer構(gòu)成。在SAN連接方式上，可以有多種選擇。一種選擇是使用光纖網(wǎng)絡(luò)，能夠操作快速的光纖磁盤，適合于對性能與可靠性要求比較高的場所。另外一種選擇是使用以太網(wǎng)，采取iSCSI協(xié)議，能夠運(yùn)行在普通的局域網(wǎng)環(huán)境下，從而降低成本。采用SAN結(jié)構(gòu)，服務(wù)器到共享存儲

設(shè)備的大量數(shù)據(jù)傳輸是通過SAN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的，局域網(wǎng)只承擔(dān)各服務(wù)器之間的通信任務(wù)，這種分工使得存儲設(shè)備、服務(wù)器和局域網(wǎng)資源得到更有效的利用，使存儲系統(tǒng)的速度更快，擴(kuò)展性和可靠性更好。

6、云計(jì)算應(yīng)用平臺架構(gòu)

云計(jì)算應(yīng)用平臺采用面向服務(wù)架構(gòu)SOA的方式，應(yīng)用平臺為部署和運(yùn)行應(yīng)用系統(tǒng)提供所需的基礎(chǔ)設(shè)施資源應(yīng)用基礎(chǔ)設(shè)施，所以應(yīng)用開發(fā)人員無需關(guān)心應(yīng)用的底層硬件和應(yīng)用基礎(chǔ)設(shè)施，并且可以根據(jù)應(yīng)用需求動態(tài)擴(kuò)展應(yīng)用系統(tǒng)需的資源。完整的應(yīng)用平臺提供如下功能架構(gòu)。

1）應(yīng)用運(yùn)行環(huán)境

分布式運(yùn)行環(huán)境

多種類型的數(shù)據(jù)存儲

動態(tài)資源伸縮

2）應(yīng)用全生命周期支持

提供開發(fā)SDK、IDE等加快應(yīng)用的開發(fā)、測試和部署。

公共服務(wù)：以API形式提供公共服務(wù)，如隊(duì)列服務(wù)、存儲服務(wù)和緩存服務(wù)等。

監(jiān)控、管理和計(jì)量：提供資源池、應(yīng)用系統(tǒng)的管理和監(jiān)控功能，精確計(jì)量。應(yīng)用使用所消耗的計(jì)算資源。

3）集成、復(fù)合應(yīng)用構(gòu)建能力

除了提供應(yīng)用運(yùn)行環(huán)境外，還需要提供連通性服務(wù)、整合服務(wù)、消息服務(wù)和流程服務(wù)等用于構(gòu)建SOA架構(gòu)風(fēng)格的復(fù)合應(yīng)用。

以上是對云計(jì)算數(shù)據(jù)中心架構(gòu)的一些剖析。云計(jì)算之所以稱為“云”，是因?yàn)樗�在某些方面具有現(xiàn)實(shí)中云的特征：云一般都較大；云的規(guī)模可以動態(tài)伸縮，它的邊界是模糊的。云計(jì)算的商業(yè)模式給用戶提供的是一種IT服務(wù)，其內(nèi)容也是隨時(shí)間變化、動態(tài)彈性的。因此，云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的架構(gòu)也會隨著社會的進(jìn)步不斷調(diào)整和優(yōu)化。

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