云数据中心基础架构建设方案探讨

邢庆文

一、前言

互联网数据中心（简称：IDC，Internet Data Center，）在应用云计算技术的过程中，通常选择以建设IaaS（Infrastructure as a Service，基础设施即服务）作为主要切入点，逐渐扩展到PaaS（Platform as a Service，平台即服务）和SaaS（Software as a Service，软件即服务）层面， 以渐近的方式扩展IDC的云服务能力。

二、云IDC基础架构

IaaS模式云IDC由管理平台和多个资源池系统组成。资源池系统是由管理平台、资源相关系统或设备以及连接网络所组成的集群。管理平台负责云IDC各种业务的运营和资源管理， 并与网管等外部系统相连接。

资源池对外提供各类计算资源、网络资源以及存储资源。计算资源由虚拟机系统以及服务器提供；存储资源由对象存储系统和块存储系统提供，包括对象存储资源、块存储资源；网络资源包括公网IP地址资源、虚拟防火墙资源、带宽资源、负载均衡资源等。计算资源、存储资源、网络资源之间资源相互协作对外提供完整的资源使用环境。

IaaS模式云IDC通过虚拟化技术将计算资源、存储资源和网络资源构建成动态的虚拟资源池，并使用虚拟资源管理技术实现云计算资源自动部署、动态扩展、按需分配，为用户提供按需和即付即用方式的服务。

三、计算资源虚拟化

3.1虚拟化系统

虚拟机系统是在物理服务器之上构建虚拟化抽象层，采用虚拟机监视器或虚拟化平台2种实现方式，负责服务器的抽象、资源的调度与管理，将不同的系统分别运行在独立的虚拟机之上，从而提高服务器的资源利用率。

虚拟化从结构上可以分为寄居架构和裸金属架构。目前普遍采用的是裸金属架构。裸金属架构是在计算机硬件上直接进行虚拟化，其将一个物理服务器划分为多个安全、可移植的虚拟机，每个虚拟机都呈现为一个完整的系统。

在选择虚拟化技术时，应该综合考虑虚拟化效率、硬件管理、对异构的支持、迁移、资源管理、安全隔离以及经济成本等因素，进行最佳选择。需要注意的是，VMware和Power VM等虚机技术，都是将较大的计算资源虚拟成较小的资源，因此，单机资源是一个系统可以请求资源的上限。因此并不适用于大型应用或者需要应用开发中实现并行计算的业务逻辑和数据逻辑。

3.2服务器资源

构建虚拟机系统的物理服务器资源可采用UNIX小型机或机架式PC服务器、刀片式服务器等x86服务器。

近些年来，随着CPU多核技术的快速发展，x86服务器的计算能力已能与相对等的小型机的性能相比拟，凭借自身的廉价经济性和灵活性，x86服务器是云计算应用使用最多的硬件设备。

四、存储虚拟化

现在使用的多种不同的本地存储和网络存储，包括SCSI、SAS和SATA磁盘及基于网络的iSCSI、NFS协议的存储设备和光纤通道（FC）数据存储。

存储虚拟化技术指服务器的存储空间可以跨越多个异构物理存储系统的磁盘阵列，实现从物理存储到逻辑存储的转变，从而能够把不同品牌、架构甚至不在统一物理居址的存储设备统一到一个（若干个）虚拟的存储资源池，实现统一调度、管理和使用。

存储资源由对象存储系统和块存储系统提供，包括对象存储资源、块存储资源，对象存储系统基于PC服务器实现，块存储系统基于PC服务器或磁盘阵列实现。

五、网络虚拟化

核心层网络虚拟化是数据中心核心网络设备的虚拟化，要求核心层网络具备超大规模的数据交换能力。接入层虚拟化，可以实现数据中心接入层的分级设计，接入层交换机要求能够支持各种灵活的部署方式和新的以太网技术。虚拟机网络交互包括物理网卡虚拟化和虚拟网络交换机，在服务器内部虚拟出相应的交换机和网卡功能。每个网络都采用虚拟网络节点实现虚拟机之间的管理和数据迁移。虚拟机迁移时，为了避免虚拟机迁移后路由的震荡和修改网络规划，迁移只能在二层域进行，因此数据中心需要具备一个性能更高、二层域更大的网络环境为迁移提供保障。

六、结束语

云数据中心基础设施建设需要关注虚拟化后带来的性能、安全等方面的要求，选择合适的设备和技术，从而实现合理规划和使用。大型互联网企业在云主机、云存储、开放数据库等基础信息资源服务方面取得了较好效果，近几年，电信运营商也依托网络和数据中心优势开始布局云数据中心，开始提供弹性计算、存储与网络资源等服务。如何突破云计算数据中心虚拟化、大带宽环境下的存儲与数据网络融合、虚拟机接入、多用户数据隔离、跨集群通信与数据迁移等关键技术将是下一步重点研究的目标。