前言
基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（IaaS）是當(dāng)前階段國內(nèi)電信運(yùn)營商發(fā)展云計算的主要切入點(diǎn)。借助IaaS架構(gòu)下虛擬化、自動化的優(yōu)勢，可以充分整合資源，提高基礎(chǔ)設(shè)施資源的利用率，降低運(yùn)營成本。在云計算數(shù)據(jù)中心的建設(shè)過程中，需要針對云計算的特點(diǎn)，在硬件選型、技術(shù)選擇、網(wǎng)絡(luò)搭建等方面進(jìn)行針對性的選擇和優(yōu)化，才能更好地體現(xiàn)云計算的優(yōu)勢和價值，本文將針對這幾方面對云計算數(shù)據(jù)中心的設(shè)計進(jìn)行探討。
1 IaaS云計算的特點(diǎn)
IaaS云計算主要有如下特點(diǎn)。
a）規(guī)模大，密度高。云計算數(shù)據(jù)中心必須具備一定規(guī)模才能體現(xiàn)出資源共享的優(yōu)勢，因此云計算數(shù)據(jù)中心通常會有數(shù)千臺服務(wù)器。大規(guī)模的服務(wù)器集中會給數(shù)據(jù)中心空間、散熱、電力等帶來較大需求，因此需考慮采用高密度設(shè)備來減少對機(jī)房資源的占用。
b）通用性強(qiáng)。云計算中應(yīng)用與硬件解耦，數(shù)據(jù)中心提供的虛擬機(jī)必須具有通用性，應(yīng)用可以根據(jù)需要在不同硬件上遷移。這就要求服務(wù)器采用相同的類型，CPU類型相同、處理能力相當(dāng)。
c）硬件可靠性低。x86服務(wù)器相對于Unix小型機(jī)、大型機(jī)來說硬件可靠性較低，因此需要考慮采用軟件層面的遷移、負(fù)載分擔(dān)、容錯等技術(shù)實現(xiàn)整體服務(wù)的高可靠性。
d）擴(kuò)展性高。云計算的一個重要特征是具有靈活、快速的擴(kuò)展能力，這就要求網(wǎng)絡(luò)設(shè)計時要考慮高可擴(kuò)展性，構(gòu)建大二層網(wǎng)絡(luò)，滿足資源池不斷擴(kuò)充的需要。同時，在資源分配時也可以考慮采用超量供應(yīng)、瘦供給等技術(shù)，實現(xiàn)彈性、動態(tài)的資源分配。
e）安全性要求高。云計算平臺上各個業(yè)務(wù)共享相同的硬件資源和網(wǎng)絡(luò)，存在更多的應(yīng)用間數(shù)據(jù)泄露的風(fēng)險，因此需要采用VLAN隔離、ACL等技術(shù)實現(xiàn)應(yīng)用間的訪問控制。
2 服務(wù)器選型分析
2.1 服務(wù)器類型選擇
目前運(yùn)營商IT系統(tǒng)中常用的服務(wù)器類型主要有Unix小型機(jī)和x86服務(wù)器兩類。Unix小型機(jī)采用RISC指令集，具有高可靠性，通常用于高密度商用計算領(lǐng)域。Unix小型機(jī)本身已經(jīng)具備邏輯分區(qū)技術(shù)，從原理上看和x86服務(wù)器的虛擬化技術(shù)是相同的，也可以通過統(tǒng)一的管理平臺進(jìn)行資源的調(diào)度和管理。因此在對性能、可靠性要求較高的場景下，可以構(gòu)建Unix小型機(jī)資源池。但是由于其和x86服務(wù)器CPU指令集不同，因此不能納入統(tǒng)一的資源池，不能實現(xiàn)跨資源池的應(yīng)用遷移。
x86服務(wù)器是云計算應(yīng)用最多的硬件設(shè)備，x86服務(wù)器采用CISC指令集，通常采用Intel或AMD公司的CPU。近年Intel和AMD公司分別針對虛擬化應(yīng)用場景對其CPU指令集進(jìn)行了優(yōu)化，增加了用于提升虛擬化性能的Intel VT/AMD-T技術(shù)，降低了虛擬化對CPU性能的損耗。隨著CPU制造工藝的提高，單個CPU中集成的CPU核心數(shù)也逐年增多，目前AMD已經(jīng)推出了16核的處理器，單CPU處理能力的提升意味著可以劃分成更多虛擬機(jī)，達(dá)到更好的資源共享的效果。
在搭建x86資源池時，同一資源池應(yīng)盡可能采用同一廠家CPU的服務(wù)器，因為虛擬化軟件在不同CPU的服務(wù)器之間遷移時會出現(xiàn)兼容性問題。
2.2 服務(wù)器形式選擇
x86服務(wù)器在形式上主要分為塔式、機(jī)架式和刀片式。數(shù)據(jù)中心機(jī)房主要采用機(jī)架式和刀片式。機(jī)架式服務(wù)器可以實現(xiàn)更好的單機(jī)擴(kuò)展性，常用的x86服務(wù)器只有2路和4路CPU 2種類型，近期有廠家推出了8路以上CPU的機(jī)架式服務(wù)器，可以提供更好的縱向擴(kuò)展性。機(jī)架式服務(wù)器對機(jī)房空間、電力、散熱條件的要求適中，因此適合對服務(wù)器擴(kuò)展性要求較高或者機(jī)房條件不適合安裝刀片服務(wù)器的數(shù)據(jù)中心。
刀片服務(wù)器是未來服務(wù)器發(fā)展的趨勢，刀片服務(wù)器將多臺服務(wù)器的電源、風(fēng)扇、管理模塊等公用模塊和以太網(wǎng)交換機(jī)、光纖交換機(jī)等網(wǎng)絡(luò)模塊集成在1個刀箱里，可以實現(xiàn)更高的設(shè)備密度，減少對機(jī)房空間的消耗，簡化設(shè)備布線和管理。但由于刀片服務(wù)器較高的功耗和熱量、重量密度，會對機(jī)房電力、空調(diào)、承重等提出較高的要求，因此在選擇時需要根據(jù)機(jī)房的基礎(chǔ)設(shè)施配套情況考慮是否滿足刀片服務(wù)器的要求。
2.3 服務(wù)器配置模型
服務(wù)器配置需考慮現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務(wù)運(yùn)行的硬件設(shè)備、負(fù)荷、虛擬化后帶來的彈性以及虛擬化過程中產(chǎn)生的性能損耗等方面因素。下面提出一種模型，用來評估現(xiàn)網(wǎng)環(huán)境的業(yè)務(wù)遷移到云計算環(huán)境所需的服務(wù)器配置（見表1和表2）。
表1 現(xiàn)網(wǎng)服務(wù)器配置示例
表2 配置測算參數(shù)模型
假設(shè)按以上模型需將3個業(yè)務(wù)遷移到1套云計算平臺上承擔(dān)，物理服務(wù)器計劃采用4C6核（24核）機(jī)架式服務(wù)器，則所需的服務(wù)器數(shù)量=Σ（各業(yè)務(wù)CPU核心數(shù)×CPU 占用率）/K1/K2×K3/24=110/90%/70%×80%/24=6臺。再考慮2臺服務(wù)器作為冗余，共配置8臺物理機(jī)即可。
現(xiàn)網(wǎng)內(nèi)存CPU比為2.84，考慮虛擬化后虛擬化引擎需要占用一部分固定的內(nèi)存空間，按照4考慮，則每臺服務(wù)需要配置96G內(nèi)存。
服務(wù)器本地硬盤主要存儲虛擬化引擎軟件，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和備份數(shù)據(jù)均存儲在SAN中，因此本地硬盤配置300G SAS硬盤即可。
服務(wù)器網(wǎng)卡應(yīng)配置6塊，分為3組，分別對應(yīng)業(yè)務(wù)網(wǎng)卡、遷移網(wǎng)卡和管理網(wǎng)卡，以保證業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流和管理數(shù)據(jù)流、遷移數(shù)據(jù)流互不影響。
3 存儲網(wǎng)絡(luò)設(shè)計
目前業(yè)界主流的幾種存儲技術(shù)如表3所示。
表3 主流存儲技術(shù)比較
在云計算數(shù)據(jù)中心存儲網(wǎng)絡(luò)設(shè)計時需根據(jù)實際應(yīng)用對存儲IO、延遲、吞吐量、大小等方面的需求特點(diǎn)綜合考慮，必要時可采用多種存儲技術(shù)搭建多重存儲網(wǎng)絡(luò)。此外，為了實現(xiàn)存儲的池化，需要利用存儲虛擬化技術(shù)。它可以將異構(gòu)的存儲聚合為單一的大存儲，根據(jù)業(yè)務(wù)需要動態(tài)分配存儲空間，同時可以十分方便地實現(xiàn)存儲遷移、快照、克隆、瘦供給、災(zāi)備等功能。
存儲虛擬化的基本概念是將實際的物理存儲實體與存儲的邏輯表示分離開來，應(yīng)用服務(wù)器只與分配給它們的邏輯卷（或稱虛卷）打交道，而不用關(guān)心其數(shù)據(jù)是在哪個物理存儲實體上。
云計算平臺的存儲設(shè)備通常包含多個廠家的設(shè)備，服務(wù)器訪問某一廠家的設(shè)備需要安裝該廠家的卷管理軟件。而且多個廠家需要多個不同的管理界面分別進(jìn)行維護(hù)管理。當(dāng)一個存儲資源不足需要遷移到其他存儲設(shè)備上時，需要停機(jī)做數(shù)據(jù)遷移和拷貝。這些問題嚴(yán)重影響了存儲資源的共享，引入存儲虛擬化技術(shù)可以有效地解決這些問題。
存儲虛擬化解決方案有多種，目前應(yīng)用較多較成熟的是基于SAN的存儲虛擬化解決方案，主流產(chǎn)品有IBM SVC、華為VIS等設(shè)備。以IBM SVC為例，SVC直接連接到光纖交換機(jī)上，通過一定的配置操作，SVC能夠檢測到各種存儲子系統(tǒng)中的存儲單元，并且把這些存儲單元一一映射成一個個MDisk。每個SVC 的節(jié)點(diǎn)都看到統(tǒng)一的MDisk集合。SVC 使用這些MDisk創(chuàng)建MDG（MDisk Group），并從MDG 中劃分VDisk（Vir?tual Disk）空間給主機(jī)使用。通過光纖交換機(jī)的Zone劃分，主機(jī)只能識別到SVC上的VDisk。因此，SVC屏蔽了各種存儲子系統(tǒng)的差別，對于應(yīng)用服務(wù)器來說，它們可見的只是邏輯磁盤，也就是VDisk，后端的物理磁盤對其是不可見的。
在SVC上，建議劃分2個存儲池，分別滿足OS存儲及數(shù)據(jù)存儲的需求。為了對應(yīng)用提供一致的性能，建議同一SVC存儲池上的MDisk具備類似的性能。如磁盤性能存在差異，可以采用不同的RAID組大小來匹配。另外，對于處于成長期的業(yè)務(wù)，建議啟用瘦供給機(jī)制，以保證在業(yè)務(wù)發(fā)展初期閑置的存儲空間能被其他業(yè)務(wù)共享使用。
4 數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計
4.1 采用高性能網(wǎng)絡(luò)設(shè)備
虛擬化技術(shù)可以實現(xiàn)服務(wù)器物理資源到邏輯資源的轉(zhuǎn)變，讓一臺物理服務(wù)器變成幾臺甚至幾十臺相互隔離的VM，而每臺VM產(chǎn)生的流量都通過物理服務(wù)器的網(wǎng)卡匯聚并輸出給網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，因此云計算給數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)設(shè)備帶來了性能的挑戰(zhàn)。
圖1 SVC存儲虛擬化示意圖
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