前言
基礎設施即服務（IaaS）是當前階段國內電信運營商發展云計算的主要切入點。借助IaaS架構下虛擬化、自動化的優勢，可以充分整合資源，提高基礎設施資源的利用率，降低運營成本。在云計算數據中心的建設過程中，需要針對云計算的特點，在硬件選型、技術選擇、網絡搭建等方面進行針對性的選擇和優化，才能更好地體現云計算的優勢和價值，本文將針對這幾方面對云計算數據中心的設計進行探討。
1 IaaS云計算的特點
IaaS云計算主要有如下特點。
a）規模大，密度高。云計算數據中心必須具備一定規模才能體現出資源共享的優勢，因此云計算數據中心通常會有數千臺服務器。大規模的服務器集中會給數據中心空間、散熱、電力等帶來較大需求，因此需考慮采用高密度設備來減少對機房資源的占用。
b）通用性強。云計算中應用與硬件解耦，數據中心提供的虛擬機必須具有通用性，應用可以根據需要在不同硬件上遷移。這就要求服務器采用相同的類型，CPU類型相同、處理能力相當。
c）硬件可靠性低。x86服務器相對于Unix小型機、大型機來說硬件可靠性較低，因此需要考慮采用軟件層面的遷移、負載分擔、容錯等技術實現整體服務的高可靠性。
d）擴展性高。云計算的一個重要特征是具有靈活、快速的擴展能力，這就要求網絡設計時要考慮高可擴展性，構建大二層網絡，滿足資源池不斷擴充的需要。同時，在資源分配時也可以考慮采用超量供應、瘦供給等技術，實現彈性、動態的資源分配。
e）安全性要求高。云計算平臺上各個業務共享相同的硬件資源和網絡，存在更多的應用間數據泄露的風險，因此需要采用VLAN隔離、ACL等技術實現應用間的訪問控制。
2 服務器選型分析
2.1 服務器類型選擇
目前運營商IT系統中常用的服務器類型主要有Unix小型機和x86服務器兩類。Unix小型機采用RISC指令集，具有高可靠性，通常用于高密度商用計算領域。Unix小型機本身已經具備邏輯分區技術，從原理上看和x86服務器的虛擬化技術是相同的，也可以通過統一的管理平臺進行資源的調度和管理。因此在對性能、可靠性要求較高的場景下，可以構建Unix小型機資源池。但是由于其和x86服務器CPU指令集不同，因此不能納入統一的資源池，不能實現跨資源池的應用遷移。
x86服務器是云計算應用最多的硬件設備，x86服務器采用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用場景對其CPU指令集進行了優化，增加了用于提升虛擬化性能的Intel VT/AMD-T技術，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核心數也逐年增多，目前AMD已經推出了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，達到更好的資源共享的效果。
在搭建x86資源池時，同一資源池應盡可能采用同一廠家CPU的服務器，因為虛擬化軟件在不同CPU的服務器之間遷移時會出現兼容性問題。
2.2 服務器形式選擇
x86服務器在形式上主要分為塔式、機架式和刀片式。數據中心機房主要采用機架式和刀片式。機架式服務器可以實現更好的單機擴展性，常用的x86服務器只有2路和4路CPU 2種類型，近期有廠家推出了8路以上CPU的機架式服務器，可以提供更好的縱向擴展性。機架式服務器對機房空間、電力、散熱條件的要求適中，因此適合對服務器擴展性要求較高或者機房條件不適合安裝刀片服務器的數據中心。
刀片服務器是未來服務器發展的趨勢，刀片服務器將多臺服務器的電源、風扇、管理模塊等公用模塊和以太網交換機、光纖交換機等網絡模塊集成在1個刀箱里，可以實現更高的設備密度，減少對機房空間的消耗，簡化設備布線和管理。但由于刀片服務器較高的功耗和熱量、重量密度，會對機房電力、空調、承重等提出較高的要求，因此在選擇時需要根據機房的基礎設施配套情況考慮是否滿足刀片服務器的要求。
2.3 服務器配置模型
服務器配置需考慮現網業務運行的硬件設備、負荷、虛擬化后帶來的彈性以及虛擬化過程中產生的性能損耗等方面因素。下面提出一種模型，用來評估現網環境的業務遷移到云計算環境所需的服務器配置（見表1和表2）。
表1 現網服務器配置示例
表2 配置測算參數模型
假設按以上模型需將3個業務遷移到1套云計算平臺上承擔，物理服務器計劃采用4C6核（24核）機架式服務器，則所需的服務器數量=Σ（各業務CPU核心數×CPU 占用率）/K1/K2×K3/24=110/90%/70%×80%/24=6臺。再考慮2臺服務器作為冗余，共配置8臺物理機即可。
現網內存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存空間，按照4考慮，則每臺服務需要配置96G內存。
服務器本地硬盤主要存儲虛擬化引擎軟件，業務數據和備份數據均存儲在SAN中，因此本地硬盤配置300G SAS硬盤即可。
服務器網卡應配置6塊，分為3組，分別對應業務網卡、遷移網卡和管理網卡，以保證業務數據流和管理數據流、遷移數據流互不影響。
3 存儲網絡設計
目前業界主流的幾種存儲技術如表3所示。
表3 主流存儲技術比較
在云計算數據中心存儲網絡設計時需根據實際應用對存儲IO、延遲、吞吐量、大小等方面的需求特點綜合考慮，必要時可采用多種存儲技術搭建多重存儲網絡。此外，為了實現存儲的池化，需要利用存儲虛擬化技術。它可以將異構的存儲聚合為單一的大存儲，根據業務需要動態分配存儲空間，同時可以十分方便地實現存儲遷移、快照、克隆、瘦供給、災備等功能。
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，應用服務器只與分配給它們的邏輯卷（或稱虛卷）打交道，而不用關心其數據是在哪個物理存儲實體上。
云計算平臺的存儲設備通常包含多個廠家的設備，服務器訪問某一廠家的設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行維護管理。當一個存儲資源不足需要遷移到其他存儲設備上時，需要停機做數據遷移和拷貝。這些問題嚴重影響了存儲資源的共享，引入存儲虛擬化技術可以有效地解決這些問題。
存儲虛擬化解決方案有多種，目前應用較多較成熟的是基于SAN的存儲虛擬化解決方案，主流產品有IBM SVC、華為VIS等設備。以IBM SVC為例，SVC直接連接到光纖交換機上，通過一定的配置操作，SVC能夠檢測到各種存儲子系統中的存儲單元，并且把這些存儲單元一一映射成一個個MDisk。每個SVC 的節點都看到統一的MDisk集合。SVC 使用這些MDisk創建MDG（MDisk Group），并從MDG 中劃分VDisk（Vir?tual Disk）空間給主機使用。通過光纖交換機的Zone劃分，主機只能識別到SVC上的VDisk。因此，SVC屏蔽了各種存儲子系統的差別，對于應用服務器來說，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存儲及數據存儲的需求。為了對應用提供一致的性能，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務，建議啟用瘦供給機制，以保證在業務發展初期閑置的存儲空間能被其他業務共享使用。
4 數據網絡設計
4.1 采用高性能網絡設備
虛擬化技術可以實現服務器物理資源到邏輯資源的轉變，讓一臺物理服務器變成幾臺甚至幾十臺相互隔離的VM，而每臺VM產生的流量都通過物理服務器的網卡匯聚并輸出給網絡設備，因此云計算給數據中心網絡設備帶來了性能的挑戰。
圖1 SVC存儲虛擬化示意圖
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本文標題：IaaS云計算數據中心設計探討(上)
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