《数据中心虚拟化技术权威指南》一第1章 虚拟化的历史和定义1.1 数据中心的基本定义-阿里云开发者社区

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《数据中心虚拟化技术权威指南》一第1章 虚拟化的历史和定义1.1 数据中心的基本定义

简介:
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本节书摘来自异步社区《数据中心虚拟化技术权威指南》一书中的第1章,第1.1节,作者【巴西】Gustavo A. A. Santana,更多章节内容可以访问云栖社区“异步社区”公众号查看

第1章 虚拟化的历史和定义

数据中心虚拟化技术权威指南
坦白地说,虚拟化就是欺骗。

即使我们拒绝相信它,但制假、造假以及伪装正在像创作和创意一样成为我们生活的一部分。事实上,整个艺术和科学专门致力于对感知的操纵。

然而,随着个人计算机的普及,“虚拟化”这个广泛使用的术语已经脱离了其技术本身,成为一种共同语言、流行文化和理念。自20世纪90年代互联网热潮的早期,任何与Web相关的活动均被称为“虚拟”,这已然成为了一种完完全全的老生常谈(或只是懒于写出来)。然而,通过菲利浦•狄克的科幻小说、让•鲍德里亚的后现代主义研究,以及最近的电影(如《黑客帝国》和《盗梦空间》)的影响,模拟现实的概念依然使得我们当前这个谙熟技术的社会为之入迷。

根据牛津英语词典解释,在计算领域范畴内,虚拟是指“物理上并不存在,而是通过软件实现并呈现出来的做法”。因此,相同情况下,可以这样说,一个虚拟元素是某个元素的一种特定的抽象。

抽象或考虑事物独立于其组织或属性的过程,天然就存在于信息技术(Information Technology,IT)之中。实际上,计算机科学中的许多领域都是建立在抽象层之上的。

计算机数据本身就是一个抽象的实体,这是因为它可以代表着任何东西,从家用电器到日常生活。对计算机系统而言,符号和表征是日常操作的原始数据。但作为用户,我们必须添加一个额外的抽象层,来正确解读这些数据的含义。

如果抽象的概念在IT中是如此常见,那又如何解释为什么最近几年人们对虚拟化技术越来越痴迷呢?这种虚拟化趋势在数据中心的硬件核心更是如此。自2005年以来,虚拟化早就深深根植于这些环境的战略发展之中,并且这种痴迷还在持续增长:在2012年国际数据公司(International Data Corporation,IDC)所做的一项调查中,几乎40%的首席信息官(Chief Information Officers,CIO)已经将虚拟化作为他们首要考虑的问题。

因此,这些基础设施都遭到虚拟服务器、虚拟网络、虚拟存储、虚拟设备和其他“虚拟技术”的逆袭,正如这些技术承诺的一样,减少了对现实的束缚。广义而言,这些技术设计为数据中心环境带来了以下好处:

  • 降低成本,提高资产利用率;
  • 更稳定和更高的可用性;
  • 简化操作流程。

考虑到操作运营方面占据了数据中心的绝大部分开支,虚拟化技术被期望能以魔幻的方式工作,在无需对系统以及流程进行全面改造情况下,方便快捷地实现上述好处。

然而,虚拟化可能会带来如下所述的一些问题:

  • 所有的这些技术是否真的能带来这么多好处?
  • 什么是虚拟设备?它近乎是一个设备吗?会实现得更好吗?
  • 所有的虚拟化技术是否都一样?

本书旨在通过对一组统称为“数据中心虚拟化”的技术分析,来回答这些问题。其主要目的是解释如何以及为什么这些技术在数据中心的发展以及架构大变迁中发挥了重大的作用。

1.1 数据中心的基本定义

数据中心虚拟化技术权威指南
数据中心是这样的一个特殊设施,它被设想用来为一个或多个组织安置、管理和支持那些被认为至关重要的计算资源。一个特别复杂的架构、一个典型的数据中心包含:特殊建筑结构、电源备份结构、冷却系统、专用室(例如入口和电信接入)、设备机柜、结构化布线、网络设备、存储系统、服务器、主机、应用软件、物理安全系统、监控中心,以及许多其他支持系统。所有这些资源及其相互关系均由专门人员(本地或远程)管理。

图 1-1 描述了数据中心物理视图和它的一些主要组件。


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图 1-1 描绘了一个单一数据中心机房的情况,而现实世界中的模块数据中心可包括多个类似的跨越不同楼层或建筑物的机房环境。除了大小不同之外,数据中心也可以根据其所支持系统的关键程度,在其基础设施的鲁棒性上发生变化。

为了实现利润的增长,业务对 IT 的依赖越来越强烈,数据中心毫无疑问在过去的十年间已经成为大家关注的焦点。对于公司而言,正如人们预期的一样,所有的数据中心组件正协调工作,以保障以下商业应用具备足够的服务等级协议(Service-Level Agreement,SLA):商业智能(Business Intelligence,BI)、客户关系管理(Customer Relationship Management,CRM)、数据仓库(Data Warehouse,DW)、电子商务、企业资源规划(Enterprise Resource Planning,ERP)、供应链管理(Supply Chain Management,SCM)和其他诸多系统。

不是所有的数据中心都是公司自有的。事实上,数据中心的操作复杂性也促使多家公司已将其系统安置于所指定的运营商数据中心之内。

1.1.1 数据中心的演进

在过去六十年间,我们看见数据中心在特征以及用途上都发生了很大变化,演绎了同一时期计算机系统所经历的变革。然而,重要的是,我们发现这些演进已经不同程度地发生于世界各地的各个行业。

图1-2直观地概览了数据中心的演变情况。


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您可以将数据中心 1.0 阶段视为一份“艺术许可协议”,因为这些设施被简单地称为计算机室。自 20 世纪 50 年代以来机房空间均被用来安装大型系统,这些通常是由 IBM 和其他厂商设计的又大、又特殊的装置,需要更多空间来更好地放置它们的中央处理单元(Central Processing Units,CPU)和外围设备(存储设备、终端、打印机,等等)。

基于庞大的软件体系结构,这些集中的系统需要一个 IT 上更严密的控制,并由此获得较高的资源利用率。

20世纪80年代,随着“客户端 - 服务器”应用模型被越来越多地采用,数据中心 2.0 阶段开始形
成。借助个人计算机(Personal Computer,PC)的普及,应用环境开始从大型机向更小的“服务器”平台迁移,并且通过安装在 PC 机上的客户端应用程序来实现访问。

随着 20 世纪 90 年代互联网热潮兴起,计算机资源再次被聚集到互联网数据中心,那时往往需要改造不再使用的大型计算机房。互联网和基于 Web 的应用的发展产生惊涛骇浪,加强了服务器向正确设计的数据中心进一步集中。

就性能预测和软件模块化而言,客户端 - 服务器的模式被纳入到应用协议层之中,在这里每一层都表征了部署专用服务器来执行特定的功能。一个分层应用架构的最有名的例子就是三层模型,其中包括:呈现、应用(或业务逻辑)和数据库服务器。

提示:
三层应用模型将在第4章中进一步细化。
随着这些设施的局限性日益突出,数据中心进入了3.0阶段。在 20 世纪末以及21世纪初,数据中心的空间和功耗不断趋于饱和,而扩容和部署新设施显然是一个昂贵的解决方案。

矛盾的是,当时 IT 部门发现,数据中心的资源利用率低得令人尴尬。举个例子,2005 年思科IT 的一份研究报告指出:当时服务器和网络设备平均利用率只占其能力的 20%。离散的网络、服务器以及存储资源带来的烟囱式的应用是造成这种局面的根本原因。

为了提高资源的利用率以及促进操作简单化,这个阶段所具备的优化特点是对一系列数据中心项目改造。所有这些举措,大多数均由基础设施合并项目所组成,通过合并项目,实现了一个公司内对大量设备组件、流程甚至基础设施的简化和标准化。

同时,基于先进虚拟化技术的项目也开始得到部署总之,它们的目标是:

统一架构下环境隔离;

离散资源聚集形成共享池;

操作程序简化,最好能使用自动化技术。

1.1.2 作业区以及数据中心架构

在一些技术刊物中,只注重纯技术方面的分析,人为因素往往被忽视。虽然这也许是一个可以理解的方法,但是它隐藏了对以下问题的一系列解释:“为什么随着时间的推移,技术 A 替换了技术 B ?”

在我看来,忽视“被称为智人的 IT 组件”智能性,是对数据中心这类极其复杂环境的研究所不能承受的。因此在本书中,您将会看到多次提及人力资源对数据中心设计和部署的影响。即使这有时会受到质疑,但这些决策确实揭露了许多理论和现实之间相当有趣的关联。

数据中心操作人员通过分为高度专业化的技术支持团队,如服务器、存储、网络、应用、布线、 设施,以及其他,等等。随着数据中心的发展,这些团队可以进一步划分,一直到公司的首席执行官(Chief Executive Officer,CEO)可能是两个不同团队的唯一掌管人。

图 1-3 描述了一个真实的数据中心的组织结构,说明了前面提到的的情况。


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注意:
这些架构可以根据组织的个体特性以及每个行业的特点而发生很大变化。
在图 1-3 中,您可以看到数据中心技术是如何在不同的决策领域进行分布的,这里表征为首席信息官(Chief Information Officer,CIO)、首席财务官(Chief Financial Officer,CFO)和首席安全官(Chief Security Officer,CSO)。

然而,数据中心解决方案或许并不像图1-3所示的那样独立工作。事实上,它们是相互依存的。例如:

  • 每机架的服务器数量取决于电源动力分配设计;
  • 网络设计必须依据每个机架安装多少服务器以及共提供多少个接口;
  • 数据中心网络设备的物理位置会影响结构布线设计;
  • 线缆可以布在活动地板下;
  • 活动地板会对冷却系统产生直接影响,而冷却系统通常是消耗电力最高的。

在数据中心“万物互联”的环境中,一个团队的单独决定可能会损害整个设施。因此,在整合数据中心如何演变过程中,强烈推荐站在端到端角度去考虑。

数据中心架构是这样的一套指令,由它驱动着所有数据中心设施的设计。如果一个数据中心是一座城市的话,数据中心的架构师就相当于城市规划师,按照附近的街道容量(网络)以及公共停车位的数量(存储)来统筹部署建筑(服务器)。同样的专业人员还必须能够处理“社区”之间的差异性,就像大型机和低端服务器一样。

为了避免整个设施被多年前的决定所“绑架”,数据中心架构在未来技术的演进上应该有一个清晰的愿景。所以,它必须清晰地看到不同技术的生命周期。虽然每个周期的持续时间的变化在很大程度上取决于多个因素,如行业和地理。下面所列为我在职业生涯中所发现的各技术平均生命周期。

  • 建筑:10 ~ 15年。
  • 布线:7 ~ 10年。
  • 网络:3 ~ 5 年。
  • 存储:1 ~ 2 年。
  • 服务器:6 ~ 18个月。

尽管很少有人羡慕这份工作,但我相信数据中心架构师对于任何组织的 IT 战略而言均是一个关键的职位。考虑到一些数据中心项目可以花费数十亿美元,这种专业职能可以作为一个公司商业目标和 IT 预算之间的主要纽带。

理解数据中心不同技术之间的关系也会影响融合解决方案的发展。因此,一些企业采用数据中心支持图来迎合这些“灰色”领域知识的增长。

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