2.2　云数据中心基本概念

2.2.1　基本概念与特征

随着分布式技术的大规模发展，云计算已经成为一个关键的研究领域。云计算系统是一种基于服务提供者和服务使用者间协议的并行分布式系统，云用户可以按需获取云服务，该系统主要具有五个特点：高可扩展性、灵活性、按需服务和计费、超大规模、虚拟化。云数据中心[8-9]是云计算环境下由硬件和软件组成的松耦合资源共享架构，以用户为中心，利用分布式技术按需提供各类云服务，用户可以根据需要动态地使用这些硬件和软件资源，并根据服务使用量支付服务费用。

云数据中心是一种基于云计算架构的新型数据中心，它具有五个特点：资源池化、高效智能、服务透明、按需服务和按使用量计费[10]。云数据中心可以计算、存储及松耦合网络资源，完全虚拟化各种IT设备，其模块化程度、自动化程度、绿色节能程度都较高。云数据中心高度的虚拟化（包括服务器、存储、网络、应用等虚拟化）使用户可以按需调用各种资源；自动化管理（对物理服务器、虚拟服务器的管理）可实现对相关业务流程的自动化管理，对客户服务收费的自动化管理；云数据中心在各方面符合绿色节能标准，一般电源使用效率（Power Usage Effectiveness，PUE）不超过1.5。

2.2.2　云数据中心架构

云计算的出现对传统IT行业的冲击很大，传统的数据中心架构管理复杂，IT资源利用效率也比较低。传统的数据中心架构和管理模式已不再适应云计算的发展，在云数据中心架构和管理模式面前已经显得捉襟见肘。云计算的底层物理设施是整个架构的基础。而在物理设施中最重要的就是云数据中心，因此与云数据中心相关的研究在近几年也比较热门。普通数据中心之间往往不进行资源共享，而无法统一地规划和调度资源。随着云计算技术的发展，共享资源已经成为云数据中心的一个重要特征。

云数据中心是一种扁平结构，它是一种全新的数据中心架构和管理模型。通过云数据中心，管理者不仅可以对云数据中心的资源进行统一管理，还可以实现不同云数据中心资源的共享，从而能够实现向云数据中心的使用者提供更加可靠和高效的服务。

云数据中心在运行的时候，不是简单地处理单个数据中心的效率问题，而是通过整合多个单一数据中心，并结合分布式管理技术来对云计算的资源进行灵活调度和管理。通过这种架构和管理模式，能够对云数据中心的资源进行统一管理。因此，对云数据中心而言，多个数据中心就像一个整体，提高了整个系统的工作效率。例如，用户在需要服务时，系统可以就近分配数据中心来提供服务，用户感受不到比较大的时延，提高了用户的体验。因此，在云数据中心运行期间，对网络的时延问题也进行了有效的解决。

云数据中心总体架构分为服务和管理两大部分。在服务方面，主要以提供用户基于云的各种服务为主，共包含3个层次：IaaS、PaaS、SaaS。在管理方面，主要以云的管理层为主，它的功能是确保整个云数据中心安全、稳定地运行并能够被有效管理[11]。

如图2.3所示，每个数据中心都有物理资源池和虚拟化资源池。多个数据中心之间需要有一个专门的管理中心，它的主要作用是管理多个数据中心，整合多个数据中心的资源，实现资源共享，当发生灾难时，也可以实现容灾备份。因为云计算中通常采用虚拟技术，所以云数据中心也能够提供虚拟的服务。云数据中心其实是一种新型的数据服务模式，也就是我们常说的数据中心即服务。这种服务模式与传统数据中心服务模式最大的不同在于，它可以在单体云计算数据服务的基础上对不同的服务内容进行扩展。

云数据中心通常应用SDN技术，这种技术能够简化设备的配置和优化，灵活高效地管理基础设施。在数据中心网络中，SDN技术可以有效地整合并控制网络和计算资源，提高网络的利用率，增加云计算系统的应用率，为云数据中心的良性发展提供基础[12]。

2.2.3　云数据中心分类

云数据中心采用虚拟化、数据库技术、云计算、网络部署、网络存储、网络安全及操作系统等技术组件来解决目前存在的成本增加过快和能源消耗过度等问题，如图2.4所示。云数据中心通过标准化、模块化、弹性部署和自助服务的架构方式实现对业务服务的敏捷响应和服务的按需获取。

随着云技术的发展，云数据中心无论在技术上还是在部署上都经历了极速发展，大体上可以分为3个阶段：第一阶段是以云数据中心大集中为主的DC 1.0；第二阶段为利用资源虚拟化和服务动态管理手段以增加资源共享利用率和资源部署灵活度的DC 2.0；第三阶段则是为了适应目前特别是大型网站数据处理急速增长的业务需求而产生的DC 3.0，其中大部分技术业界还在预研阶段，有很大程度的不确定性[12]。前两个阶段在技术上依赖于云计算技术的日趋成熟和云数据中心的大量部署。

如果说DC 1.0时代是物理的，每个服务器都对应一个应用，那么DC 2.0时代则是虚拟的，每个虚拟机都对应一个应用。云数据中心通过服务器虚拟化、存储虚拟化、网络虚拟化、应用虚拟化和云数据中心虚拟化等IT技术，构建一个整合、标准化、最优化、虚拟化、自动化的适应性基础设施环境和高可用计算环境。

云数据中心中托管的不是客户的设备，而是计算能力和IT可用性。数据在云端进行传输，云数据中心为其调配所需的计算能力，并对整个基础构架的后台进行管理。从软件和硬件两方面进行维护，软件层面不断根据实际的网络使用情况对云平台进行调试，硬件层面保障机房环境和网络资源正常运转调配。云数据中心完成整个IT的解决方案，客户可以完全不用担心后台而有充足的计算能力可以使用。

2.2.4　传统数据中心与云数据中心的比较

传统的数据中心在IT供应链上面临着成本、质量和速度三大问题。云数据中心更加强调与IT系统协同优化，在满足需求的前提下，实现整个云数据中心的最高效率和最低成本；而传统数据中心通常片面强调机房的可靠、安全、高标准，与IT系统相互割裂，成本高昂。

云数据中心利用虚拟化技术将物理基础资源集中在一起形成一个共享虚拟资源池，从而可以更加灵活、低成本、充分有效地使用资源。传统数据中心内的各种服务器使用情况各不相同，存在当一些业务系统服务器需要扩容时，其他系统内计算资源大量空闲的情况，用户无法充分利用其资源。云数据中心企业结合自身的产品和技术优势，为用户量身打造云数据中心，通过虚拟化解决方案不仅可以帮助企业减少服务器数量、优化资源利用率、简化管理，还可以帮助企业实现动态IT基础设施环境，从而实现降低成本、快速响应业务需求等目的，为企业实现数据中心自动化和业务连续性提供必要、坚实的基础。

云数据中心在资源整合速度和规模上更具优势，并且可以通过集约化实现资源的动态调配；而传统数据中心只能在硬件服务器基础上进行有限整合，大大受制于单台实体服务器的资源规模。更重要的是，传统数据中心提供的资源难以承受短时间内的快速再分配。云计算将多台计算节点连接成一个大型虚拟资源池，资源取用更加便捷、灵活，有效提升了资源再分配的效率及平台运行的效率。将各行业的企业和开发者从硬件设备的管理和运维中解脱出来，更加专注于内部业务的创新，这种责任分担模式使得整个企业的运营效率大大提升。

云数据中心为用户提供从基础设施到业务基础平台再到应用层的连续整体全套服务，用户不用担心任何硬件设备问题也能按需获取高可用、高扩展的计算能力。传统数据中心服务则主要是实体服务器的托管和租用，其间，设备的监控和管理工作均由用户单方独立完成。传统数据中心部署和配置实体硬件通常需要数小时甚至数天，会消耗更多的时间和人员精力，还容易造成资源闲置和浪费。而云计算通过不断的技术革新，已经可以在几分钟内实现快速部署与资源分配，同时，依托庞大的云端资源池，随取随用，按需付费，避免了资源闲置造成的浪费。

云数据中心和传统数据中心的区别如下[13]。

（1）云数据中心和传统数据中心在资源集约化速度和规模上的区别。归根到底，云数据中心是通过资源集约化实现资源动态调配的。传统数据中心也能实现简单的集约化，但二者在资源整合速度和规模上有着很大区别。传统数据中心只是在硬件服务器的基础上进行有限的整合，如多台虚拟机共享一台实体服务器性能。但这种简单的集约化受限于单台实体服务器的资源规模，远远不如云数据中心那样跨实体服务器，甚至跨数据中心的大规模整合有效。更重要的是，传统数据中心提供的资源难以承受短时间内的快速再分配。

（2）云数据中心和传统数据中心在平台运行效率上的区别。更加灵活的资源应用方式及更高的技术提升使得云服务商拥有集合优势，可以创新资源利用方式，提升整个平台运行效率。和传统数据中心服务不同，云数据中心将用户从硬件设备的管理和运维工作中解脱出来，专注于内部业务的开发和创新，由云服务商负责云平台本身的稳定。这种责任分担模式使得整个平台的运行效率获得提升。简单地说，云数据中心是传统数据中心的延伸和发展。云数据中心是将多台计算节点连接成一个大型的虚拟资源池来提高计算效率的，这使得资源再分配的效率和规模不受限于单台实体服务器甚至单个数据中心。无论是在交付/服务方式、资源分配规模、资源分配速度方面，还是在整个平台的运行效率方面，相比于传统数据中心，云数据中心均有极大提升，这种提升将为企业和开发者创造更大的价值。

（3）云数据中心和传统数据中心在服务类型上的区别。常用的传统数据中心服务包括实体服务器托管和租用两类。前者是由用户自行购买硬件发往机房托管，其间，设备的监控和管理工作均由用户单方独立完成，数据中心提供IP接入、带宽接入、电力供应和网络维护等；后者是由数据中心租用实体设备给客户使用，同时数据中心负责环境的稳定，用户无须购买硬件设备。而云数据中心提供的服务是从基础设施到业务基础平台再到应用层的连续的整体全套服务。云数据中心将规模化的硬件服务器整合虚拟到云端，为用户提供的是服务能力和IT效能，用户无须担心任何硬件设备的性能限制问题，可获得高扩展性和高可用的计算能力。

（4）云数据中心和传统数据中心在资源分配时滞上的区别。众所周知，由于部署和配置实体硬件的缘故，传统数据中心资源的交付通常需要数小时甚至数天，将增加企业的时间成本，以及相关人员的精力消耗，并且难以做到实时、快速的资源再分配，容易造成资源闲置和浪费。云数据中心则通过更新的技术实现资源的快速再分配，可以在数分钟甚至几十秒内分配资源，实现快速可用，同时，云端虚拟资源池中庞大的资源规模可实现海量资源的快速再分配，并以此有效地规避资源闲置的风险。

（5）云数据中心和传统数据中心收费模式的区别。传统数据中心一般按照月或年收费，计算的标准包括机柜数量、带宽大小、用电量等数据，这些数据是粗放型的，统计不够精确，往往会造成很多资源的浪费。例如，一个客户租下十个机柜，但实际上只用了五个，另外五个可能要日后慢慢上线，但必须提前支付这十个机柜的费用，客户因此多花了不少钱。而云数据中心则不同，它可以按照小时或分钟收费，而客户使用的就是计算、带宽和存储数据，就像使用燃气，只要不开启燃气灶，就不会花费燃气费，燃气表只有在打开燃气灶的时候才开始计费，精确度量。云数据中心就是按照这样的模式来收费的，客户用了多少计算和带宽资源，就付多少费，这样，费用可以精确到分钟，为客户节省了开支，这样又有哪些客户不喜欢呢？

（6）云数据中心和传统数据中心对元器件的要求有区别。与传统数据中心相比，云数据中心对元器件密度要求更高，在同一块板卡上要求可以插上更多的模块，而功率需求直线下降至八分之一；对速度的需求也越来越高，这是因为在有限的空间、有限的板卡上为了承载更大的数据量，要求模块的运行速度直线上升。鉴于此，要求元器件的集成度越来越高。

随着越来越多的企业投身到云数据中心的服务和运营当中，云数据中心的基础设备更加规模化、标准化、智能化，各种虚拟化技术使得云数据中心建设成本更低，承载的业务更多，管理高度自动化，在可预见的未来，基于云的数据中心管理和服务模式将变得更加普遍。