剖析云計算數據中心架構

對于云計算而言，應著重從高端服務器、高密度低成本服務器、海量存儲設備和高性能計算設備等基礎設施領域提高云計算數據中心的數據處理能力。云計算要求基礎設施具有良好的彈性、擴展性、自動化、數據移動、多租戶、空間效率和對虛擬化的支持。那么，云計算環境下的數據中心基礎設施各部分的架構應該是什么樣的呢？

1、云計算數據中心總體架構

云計算架構分為服務和管理兩大部分。在服務方面，主要以提供用戶基于云的各種服務為主，共包含3個層次：基礎設施即服務IaaS、平臺即服務PaaS、軟件即服務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云計算中心能夠安全、穩定地運行，并且能夠被有效管理。其總體架構如下圖。

2、云計算機房架構

根據長城電子公司多年的經驗，為滿足云計算服務彈性的需要，云計算機房采用標準化、模塊化的機房設計架構。模塊化機房包括集裝箱模塊化機房和樓宇模塊化機房。

集裝箱模塊化機房在室外無機房場景下應用，減輕了建設方在機房選址方面的壓力，幫助建設方將原來半年的建設周期縮短到兩個月，而能耗僅為傳統機房的50％，可適應沙漠炎熱干旱地區和極地嚴寒地區的極端惡劣環境。樓宇模塊化機房采用冷熱風道隔離、精確送風、室外冷源等領先制冷技術，可適用于大中型數據中心的積木化建設和擴展。

3、云計算網絡系統架構

網絡系統總體結構規劃應堅持區域化、層次化、模塊化的設計理念，使網絡層次更加清楚、功能更加明確。數據中心網絡根據業務性質或網絡設備的作用進行區域劃分，可從以下幾方面的內容進行規劃。

1）按照傳送數據業務性質和面向用戶的不同，網絡系統可以劃分為內部核心網、遠程業務專網、公眾服務網等區域。

2）按照網絡結構中設備作用的不同，網絡系統可以劃分為核心層、匯聚層、接入層。

3）從網絡服務的數據應用業務的獨立性、各業務的互訪關系及業務的安全隔離需求綜合考慮，網絡系統在邏輯上可以劃分為存儲區、應用業務區、前置區、系統管理區、托管區、外聯網絡接入區、內部網絡接入區等。

此外，還有一種Fabric的網絡架構。在數據中心部署云計算之后，傳統的網絡結構有可能使網絡延時問題成為一大瓶頸，這就使得低延遲的服務器間通信和更高的雙向帶寬需要變得更加迫切。這就需要網絡架構向扁平化方向發展，最終的目標是在任意兩點之間盡量減少網絡架構的數目。

Fabric網絡結構的關鍵之一就是消除網絡層級的概念，Fabric網絡架構可以利用陣列技術來扁平化網絡，可以將傳統的三層結構壓縮為二層，并最終轉變為一層，通過實現任意點之間的連接來消除復雜性和網絡延遲。不過，Fabric這個新技術目前仍未有統一的標準，其推廣應用還有待更多的實踐。

4、云計算主機系統架構

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

5、云計算存儲系統架構

云計算采用數據統一集中存儲的模式，在云計算平臺中，數據如何放置是一個非常重要的問題，在實際使用的過程中，需要將數據分配到多個節點的多個磁盤當中。而能夠達到這一目的的存儲技術趨勢當前有兩種方式，一種是使用類似于Google File System的集群文件系統，另外一種是基于塊設備的存儲區域網絡SAN系統。

GFS是由 Google公司設計并實現的一種分布式文件系統，基于大量安裝有Linux操作系統的普通PC構成的集群系統，整個集群系統由一臺Master和若干臺ChunkServer構成。在SAN連接方式上，可以有多種選擇。一種選擇是使用光纖網絡，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，采取iSCSI協議，能夠運行在普通的局域網環境下，從而降低成本。采用SAN結構，服務器到共享存儲

設備的大量數據傳輸是通過SAN網絡進行的，局域網只承擔各服務器之間的通信任務，這種分工使得存儲設備、服務器和局域網資源得到更有效的利用，使存儲系統的速度更快，擴展性和可靠性更好。

6、云計算應用平臺架構

云計算應用平臺采用面向服務架構SOA的方式，應用平臺為部署和運行應用系統提供所需的基礎設施資源應用基礎設施，所以應用開發人員無需關心應用的底層硬件和應用基礎設施，并且可以根據應用需求動態擴展應用系統需的資源。完整的應用平臺提供如下功能架構。

1）應用運行環境

分布式運行環境

多種類型的數據存儲

動態資源伸縮

2）應用全生命周期支持

提供開發SDK、IDE等加快應用的開發、測試和部署。

公共服務：以API形式提供公共服務，如隊列服務、存儲服務和緩存服務等。

監控、管理和計量：提供資源池、應用系統的管理和監控功能，精確計量。應用使用所消耗的計算資源。

3）集成、復合應用構建能力

除了提供應用運行環境外，還需要提供連通性服務、整合服務、消息服務和流程服務等用于構建SOA架構風格的復合應用。

以上是對云計算數據中心架構的一些剖析。云計算之所以稱為“云”，是因為它在某些方面具有現實中云的特征：云一般都較大；云的規模可以動態伸縮，它的邊界是模糊的。云計算的商業模式給用戶提供的是一種IT服務，其內容也是隨時間變化、動態彈性的。因此，云計算數據中心的架構也會隨著社會的進步不斷調整和優化。

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