1.引言

云計算(Cloud Computing)是一種新興的通過按需訪問共享計算資源池(resource pool)并快速部署及發(fā)布，從而產(chǎn)生最小管理成本的計算模型。該模型具有按需提供服務(wù)、通過寬帶網(wǎng)絡(luò)訪問、具有資源池、具有快速伸縮性能以及可計量的服務(wù)等五個基本特征。

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心(data center，后統(tǒng)稱為IDc)中應(yīng)用系統(tǒng)及其運(yùn)行的平臺和系統(tǒng)與物理資源密不可分，從而帶來很多問題。利用虛擬化和云計算技術(shù)，通過將基礎(chǔ)設(shè)施資源虛擬化并放置到資源池中，能夠根據(jù)業(yè)務(wù)應(yīng)用的需求快速地調(diào)整和分配資源，較好地滿足了新應(yīng)用對基礎(chǔ)設(shè)施方面的要求。

全球的IDC市場目前保持穩(wěn)步增長，截至2010年底，全球的IDC總量為339萬個，中國僅次于美國和西歐，排名第三，占全球總量的8%。但從數(shù)字結(jié)構(gòu)上看，中國與美國和日本等發(fā)達(dá)國家差距較大，因此云計算這種創(chuàng)新架構(gòu)下的數(shù)據(jù)中心的建設(shè)極具研究價值。

2.傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心問題分析

傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心延續(xù)的是豎井式的部署模式，各個應(yīng)用系統(tǒng)互相孤立，不能共享計算資源，每個應(yīng)用獨(dú)占單臺或多臺計算設(shè)備。應(yīng)用系統(tǒng)及其運(yùn)行的平臺和系統(tǒng)都與物理資源密不可分，對物理資源進(jìn)行的操作將影響到應(yīng)用的運(yùn)行和穩(wěn)定。這種部署模式帶來一系列的問題：

·應(yīng)用無法快速部署：傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的典型特征是每個應(yīng)用獨(dú)立部署一套硬件，而硬件從購買到部署上線，時間開銷較大，難以做到快速部署;

·無伸縮性：傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心將每個應(yīng)用與具體的硬件綁定，硬件的處理能力制約著應(yīng)用的發(fā)展，需要提升處理能力的應(yīng)用無法獲取額外的資源;

·資源利用率低：傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心往往配置大量的

·硬件資源，大量的硬件資源意味著高投入、機(jī)房空間的高需求、能源的高消耗等，但是調(diào)查顯示，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心中多數(shù)服務(wù)器負(fù)載往往不超過1O%，資源利用率極低;

·管理難度大：傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心應(yīng)用與硬件綁定，每套硬件需要獨(dú)立的運(yùn)維策略，帶來大量的運(yùn)維工作和運(yùn)營管理問題;

·保障措施局限性：傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心通常只能采用硬件雙機(jī)或集群來保證業(yè)務(wù)持續(xù)性，而這種保障措施是在增值應(yīng)用并不明確的前提下實施的，往往帶來無謂的投入。

總之，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的建設(shè)模式已經(jīng)不能滿足應(yīng)用密集的部署要求，必須進(jìn)行改變。

3.云計算數(shù)據(jù)中心的特點分析

云計算的出現(xiàn)，推動數(shù)據(jù)中心進(jìn)入一個新的時代一云計算數(shù)據(jù)中心，用戶可以在任何時間通過多種接入方式獲取數(shù)據(jù)中心的服務(wù)，包括計算服務(wù)、存儲服務(wù)、平臺服務(wù)和應(yīng)用服務(wù)。

·資源虛擬化：云計算數(shù)據(jù)中心中服務(wù)器、存儲、網(wǎng)絡(luò)等資源將以資源池形態(tài)出現(xiàn)，應(yīng)用按需從資源池中提取或釋放，資源利用率高，可實現(xiàn)快速高效彈性擴(kuò)展;

·模塊化建設(shè)：云計算數(shù)據(jù)中心采用模塊化建設(shè)模式，預(yù)裝融合的服務(wù)器、存儲、網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用軟件、服務(wù)管理等，可大大減少數(shù)據(jù)中心的建設(shè)周期;

·智能化管理：云計算數(shù)據(jù)管理平臺采用統(tǒng)一的管理界面，實現(xiàn)業(yè)務(wù)自動部署和IT系統(tǒng)主動管控，提供更多的用戶自助功能、趨勢和業(yè)務(wù)智能分析、基于知識庫的專家建議等;

·安全可信：云計算數(shù)據(jù)中心中的虛擬化通過隔離、數(shù)據(jù)加密等手段為應(yīng)用提供較好的安全特性，同時提供身份可信、服務(wù)可信、數(shù)據(jù)傳輸可信等。因此，云計算數(shù)據(jù)中心提高了IDc的資源利用率，降低數(shù)據(jù)中心能耗，可以靈活應(yīng)對業(yè)務(wù)高峰及低谷，提供快速的自助服務(wù)和按需付費(fèi)服務(wù)。

4.云計算數(shù)據(jù)中心實現(xiàn)思路

從現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心到云計算數(shù)據(jù)中心，需要進(jìn)行大量的技術(shù)更新，服務(wù)流程更新和組織架構(gòu)調(diào)整，其中涉及到的關(guān)鍵點包括：計算資源整合、現(xiàn)有應(yīng)用梳理、資源虛擬化實施、IT服務(wù)流程梳理、自動化供應(yīng)建設(shè)、管理組織架構(gòu)變更、服務(wù)質(zhì)量控制、服務(wù)目錄建設(shè)、云安全建設(shè)、高可用容災(zāi)建設(shè)等。這個過程可以劃分為三個階段：物理數(shù)據(jù)中心、虛擬化數(shù)據(jù)中心(ⅥrnJal DataCenter)、云計算數(shù)據(jù)中心。

物理數(shù)據(jù)中心實現(xiàn)了計算資源(包括服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、存儲等)的物理集中，以及集中的以太網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和存儲網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。

從物理的數(shù)據(jù)中心向云邁進(jìn)的第一步就是進(jìn)行虛擬化數(shù)據(jù)中心的建設(shè)。在虛擬化數(shù)據(jù)中心階段，用戶完成數(shù)據(jù)中心計算資源的全面虛擬化工作，形成計算、網(wǎng)絡(luò)、存儲等IT基礎(chǔ)架構(gòu)資源池，應(yīng)用被部署在邏輯的IT資源上。

虛擬化數(shù)據(jù)中心建設(shè)完成之后，用戶將可以快速的進(jìn)行云的搭建。通過標(biāo)準(zhǔn)化服務(wù)的定義，將數(shù)據(jù)中心的各種計算資源分別定義為不同基礎(chǔ)架構(gòu)服務(wù)(Iaas)，平臺服務(wù)(PaaS)和應(yīng)用服務(wù)(SaaS)，業(yè)務(wù)用戶可以通過自助化服務(wù)模式進(jìn)行計算資源的請求和獲得。

5.云計算平臺的總體架構(gòu)

云計算平臺中，網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、存儲和應(yīng)用負(fù)載均衡設(shè)備等基礎(chǔ)設(shè)施虛擬化作為基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)來為應(yīng)用提供計算資源、存儲資源和網(wǎng)絡(luò)資源，滿足應(yīng)用對基礎(chǔ)設(shè)施方面的要求。為了提高管理效率和服務(wù)質(zhì)量，需要部署云計算平臺管理系統(tǒng)來滿足業(yè)務(wù)部署和管理的要求。同時，安全策略貫穿于各個層面。云計算總體邏輯拓?fù)淙鐖D1所示。

5.1云計算數(shù)據(jù)中心管理系統(tǒng)設(shè)計

云計算數(shù)據(jù)中心管理系統(tǒng)主要由統(tǒng)一門戶、運(yùn)維、服務(wù)管理、資源部署調(diào)度、資源管理等幾個模塊組成，其功能架構(gòu)如圖2所示。

·統(tǒng)一門戶分為運(yùn)維門戶、管理員門戶和用戶門戶，系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)不同的權(quán)限要求和功能要求定制不同的展現(xiàn)頁面;

·運(yùn)維模塊包括安全管理、統(tǒng)計分析、運(yùn)維監(jiān)控和日志管理等相關(guān)的子模塊，主要用于支撐整個虛擬化平臺系統(tǒng)的運(yùn)維功能;

·服務(wù)模塊包括計費(fèi)管理、用戶管理、權(quán)限管理、業(yè)務(wù)管理、產(chǎn)品管理、訂購管理和工單管理等模塊，該模塊主要用于支撐虛擬化平臺系統(tǒng)的運(yùn)營;

·資源部署調(diào)度管理負(fù)責(zé)底層資源的調(diào)度，根據(jù)近資源的等級、用戶的優(yōu)先級以及網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載等因素，自動的制定資源調(diào)度策略，達(dá)到資源的最優(yōu)化配置，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的智能化。

·資源管理負(fù)責(zé)軟件資源和硬件資源的管理，硬件資源主要包括底層的計算資源、網(wǎng)絡(luò)資源和存儲資源，軟件資源包括鏡像，模板，虛擬機(jī)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞�，是虛擬化平臺整個系統(tǒng)平臺的基礎(chǔ)模塊。

5.2資源池子系統(tǒng)設(shè)計

云平臺資源池子系統(tǒng)通過對服務(wù)器、存儲、網(wǎng)絡(luò)的池化和有效管理，為整個云平臺提供按需獲得以及即時可取的計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)、操作系統(tǒng)和基礎(chǔ)應(yīng)用軟件等資源，實現(xiàn)云平臺內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)資源的綜合監(jiān)控與管理，實現(xiàn)對外提供虛擬主機(jī)資源和存儲資源，提高服務(wù)器存儲利用率、運(yùn)行維護(hù)效率和業(yè)務(wù)系統(tǒng)可靠性，降低整體建設(shè)與整合成本。

我們可以將應(yīng)用根據(jù)其不同的服務(wù)需求等級放入不同的資源池內(nèi)，將虛擬資源池根據(jù)政務(wù)云、行業(yè)云、應(yīng)用云等不同的服務(wù)需求等級分級，根據(jù)對應(yīng)用的服務(wù)需求進(jìn)行評估，將不同等級的應(yīng)用放置在相應(yīng)的資源池內(nèi)，不同等級的資源池內(nèi)的虛擬機(jī)不能超出資源池的范圍獲得資源。

5.3資源虛擬化設(shè)計

5.3.1網(wǎng)絡(luò)虛擬化

網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)相對來說已經(jīng)比較成熟，如虛擬LAN(VLAN)技術(shù)可在一臺以太網(wǎng)交換機(jī)或跨多臺交換機(jī)上建立安全、獨(dú)立的LAN網(wǎng)段。在云計算環(huán)境下，網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)與服務(wù)器虛擬化技術(shù)結(jié)合使用。物理服務(wù)器虛擬化之后，一臺物理機(jī)上運(yùn)行著多個不同VLAN的虛擬機(jī)，虛擬機(jī)之間通過虛擬交換機(jī)與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。通過虛擬化軟件，在虛擬交換機(jī)上部署虛擬防火墻，快速建立新的安全網(wǎng)絡(luò)。

虛擬化網(wǎng)絡(luò)可以提供快速配置和可擴(kuò)展性方面的極大靈活性。部署新業(yè)務(wù)不必再像傳統(tǒng)服務(wù)器聯(lián)網(wǎng)需要連接電纜并進(jìn)行配置等工作，可以節(jié)省大量的時間。這種業(yè)務(wù)模式下網(wǎng)絡(luò)電纜極大地減少。減少了交換機(jī)的數(shù)量，節(jié)約了成本。

5.3.2服務(wù)器虛擬化

服務(wù)器虛擬化技術(shù)是指將服務(wù)器物理資源抽象成邏輯資源，CPU、內(nèi)存、磁盤、I/O等硬件均變成可以動態(tài)管理的“資源池”，一臺服務(wù)器變成多臺甚至上百臺相互隔離的虛擬服務(wù)器，提高資源的利用率，簡化系統(tǒng)管理，實現(xiàn)服務(wù)器資源池化的整合，提升計算資源對業(yè)務(wù)變化的適應(yīng)力。

隨著虛擬化技術(shù)的完善，只需數(shù)分鐘即可將物理機(jī)轉(zhuǎn)換為虛擬機(jī)，可實現(xiàn)對原物理機(jī)上的應(yīng)用系統(tǒng)在線遷移到虛擬機(jī)。每個虛擬機(jī)代表一個具有處理器、內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)、存儲器和BIOS的完整系統(tǒng)，通過虛擬化技術(shù)，運(yùn)行多個工作負(fù)載，可以將服務(wù)器硬件的利用率從10.15%提高到80%。

5.3.3存儲虛擬化

存儲虛擬化技術(shù)是將底層存儲設(shè)備進(jìn)行抽象化統(tǒng)一管理，向服務(wù)器層屏蔽存儲設(shè)備硬件的特殊性，只保留其統(tǒng)一的邏輯特性，從而實現(xiàn)存儲系統(tǒng)的集中、統(tǒng)一、方便的管理。

與傳統(tǒng)存儲相比，虛擬化存儲的優(yōu)點主要體現(xiàn)在：①高利用率，磁盤利用率由傳統(tǒng)的30

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