云计算数据中心架构
胡经国
对于云计算而言，应着重从高端服务器、高密度低成本服务器、海量存储设备和高性能计算设备等基础设施领域，提高云计算数据中心的数据处理能力。
云计算要求基础设施具有良好的弹性、扩展性、自动化、数据移动、多租户、空间效率和对虚拟化的支持。那么，云计算环境下的数据中心基础设施各部分的架构应该是什么样的呢？、云计算数据中心总体架构
云计算数据中心总体架构分为服务和管理两大部分。
1、服务部分
服务部分主要以提供给用户的基于云的各种服务为主。它包括以下3个层次（服务模式）：基础设施即服务IaaS、平台即服务PaaS、软件即服务SaaS。
2、管理部分
管理部分主要以云的管理层为主。它的功能是：确保整个云计算中心能够安全、稳定地运行，并且能够被有效管理。
云计算数据中心总体架构包括：中心机房架构、网络系统架构、主机系统架构、储存系统架构和应用平台架构。、云计算机房架构
根据多年的经验，为满足云计算服务弹性的需要，云计算数据中心机房采用标准化、模块化的机房设计架构。模块化机房包括：集装箱模块化机房和楼宇模块化机房。
1、集装箱模块化机房
集装箱模块化机房，在室外无机房场景下应用。减轻了建设方在机房选址方面的压力，帮助建设方将原来半年的建设周期缩短到两个月；而能耗仅为传统机房的50％；可适应沙漠炎热干旱地区和极地严寒地区的极端恶劣环境。
2、楼宇模块化机房
楼宇模块化机房采用冷热风道隔离、精确送风、室外冷源等领先制冷技术可适用于大中型数据中心的积木化建设和扩展。、云计算网络系统架构
1、设计理念
网络系统总体架构规划，应坚持区域化、层次化、模块化的设计理念，使网络层次更加清楚、功能更加明确。
2、规划内容
数据中心网络根据业务性质或网络设备的作用进行区域划分，可从以下几方面的内容进行规划。按照传送数据业务性质和面向用户的不同，网络系统可以划分为内部核心网、远程业务专网、公众服务网等区域。按照网络结构中设备作用的不同，网络系统可以划分为核心层、汇聚层、接入层。
⑶、从网络服务的数据应用业务的独立性、各业务的互访关系及业务的安全隔离需求综合考虑，网络系统在逻辑上可以划分为：存储区、应用业务区、前置区、系统管理区、托管区、外联网络接入区、内部网络接入区等。
3、Fabric网络架构
此外，还有一种Fabric网络架构。在数据中心部署云计算之后，传统的网络架构有可能使网络延迟问题成为一大瓶颈这就使得在服务器之间的低延迟通信和更高的双向带宽的需要变得更加迫切。这就需要网络架构向扁平化方向发展最终的目标是在任意两点之间尽量减少网络架构的数目。
Fabric网络架构的关键之一，就是“消除网络层级”的概念。Fabric网络架构，可以利用阵列技术来扁平化网络；可以将传统的三层结构压缩为二层；并最终转变为一层；通过实现任意点之间的连接，来消除复杂性和网络延迟。
例如，在服务超过10亿用户的情况下，需要重新设计网络架构。而使用新的Fabric网络架构目的就在于，保证在社交网络流量不断扩张的情况下，网站能够保持正常运行。不过，Fabric这个新技术目前还没有统一的标准其推广应用还有待更多的实践。
链接：Fabric
Fabric是IBM公司推出的企业级区块链。2017年，IBM公司将其贡献给了Hypherlegder项目。Fabric和Sawtooth是Hypherlegder的两个重要企业级项目。
Sawtooth是Matlab中产生锯齿波或三角波的函数。
Matlab是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括Matlab和Simulink两大部分。Matlab是matrix&laboratory两个词的组合，意为矩阵工厂（矩阵实验室）。
Simulink是Matlab中的一种可视化仿真工具，是一种基于Matlab的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包。它被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。
、云计算主机系统架构
云计算的核心是计算能力的集中和规模性突破。云计算数据中心对外提供的计算类型，决定了云计算数据中心的硬件基础架构。
从云端客户需求看，云计算数据中心通常需要规模化地提供以下几种类型的计算能力，其服务器系统可采用三（多）层架构：
1、高端计算
高性能的、稳定可靠的高端计算，主要处理紧耦合计算任务。这类计算不仅包括对外的数据库、商务智能数据挖掘等关键服务，也包括自身账户、计费等核心系统，通常由企业级大型服务器提供。
2、通用型计算
面向众多普通应用的通用型计算，用于提供低成本计算解决方案。这种计算对硬件要求较低，一般采用高密度、低成本的超密度集成服务器，以有效降低数据中心的运营成本和终端用户的使用成本。
3、科学计算、生物工程等业务
面向科学计算、生物工程等业务，提供百万亿、千万亿次计算能力的高性能计算，其硬件基础是高性能集群。、云计算存储系统架构
云计算采用数据统一集中存储的模式。在云计算平台中，数据如何放置是一个非常重要的问题。在实际使用过程中，需要将数据分配到多个节点的多个磁盘当中。当前，能够达到这一目的的存储技术趋势有以下两种方式：
一种是使用类似于GFS（GoogleFileSystem，谷歌文件系统）的集群文件系统；另外一种是基于块设备的存储区域网络SAN系统。
1、GFS
GFS是由Google公司设计并实现的一种分布式文件系统，是由大量安装有Linux操作系统的普通PC构成的集群系统。整个集群系统，由一台Master（主机）和若干台ChunkServer（块服务器）构成。
2、SAN
在SAN连接方式上，可以有多种选择：
⑴、光纤网络
一种选择是使用光纤网络，能够操作快速的光纤磁盘，适合于对性能与可靠性要求比较高的场所。
⑵、以太网
另外一种选择是使用以太网，采用iSCSI协议，能够运行在普通的局域网环境下，从而降低成本。
采用SAN结构，服务器到共享存储设备的大量数据传输是通过SAN网络进行的局域网只承担各服务器之间的通信任务这种分工使得存储设备、服务器和局域网资源得到更有效的利用，使存储系统的速度更快，扩展性和可靠性更好。、云计算应用平台架构
云计算数据中心应用平台，采用面向服务架构SOA的方式。应用平台，为部署和运行应用系统提供所需的基础设施资源应用基础设施。所以，应用开发人员，无需关心应用的底层硬件和应用基础设施；并且可以根据应用需求动态扩展应用系统所需的资源。
完整的应用平台提供如下功能架构：应用运行环境
分布式运行环境；
多种类型的数据存储
动态资源伸缩应用全生命周期支持
提供开发SDK、IDE等加快应用的开发、测试和部署。
公共服务：以API形式提供公共服务，如队列服务、存储服务和缓存服务等。
监控、管理和计量：提供资源池、应用系统的管理和监控功能，精确计量应用使用所消耗的计算资源。集成、复合应用构建能力
除了提供应用运行环境外，还需要提供连通性服务、整合服务、消息服务和流程服务等用于构建SOA架构风格的复合应用。
最后，需要指出的是，云计算的商业模式，给用户提供的是一种IT服务。其内容也会是随着时间变化、动态弹性的。因此，云计算数据中心架构也会随着社会的进步不断调整和优化。
2019年6月20日修改于重庆
2022年4月24日修改于重庆
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