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《云数据中心构建实战:核心技术、运维管理、安全与高可用》——1.2 数据中心的发展历程与未来趋势

简介:

本节书摘来自华章计算机《云数据中心构建实战:核心技术、运维管理、安全与高可用》一书中的第1章,第1.2节,作者:杨 欢 更多章节内容可以访问云栖社区“华章计算机”公众号查看。

1.2 数据中心的发展历程与未来趋势

英特尔(Intel)创始人之一戈登•摩尔(Gordon Moore)提出的“摩尔定律”在业界有着深远的影响,定律指出:当价格不变时,集成电路上可容纳的晶体管数目,约每隔18个月便会增加一倍,性能也将提升一倍。试想一下,20年前服务器拥有4GB内存绝对是恐怖的概念,而如今4GB内存也只是家用电脑的标配。
数据中心也是在这样的概念指引下不断地前行,核心设备的升级必然会带来数据中心改变,甚至变革。纵观数据中心发展历程,数据中心经历了四个大的阶段:大型机时代、小型机时代、互联网时代和云时代。
1.2.1 数据中心的发展历程
20世纪40年代,美国生产了第一台全自动电子数字计算机“埃尼阿克”(Electronic Numerical Integrator and Calculator,ENIAC,电子数字积分器和计算器),从此开始了数据中心时代,图1-1展示了数据中心的发展历程。


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  • 大型机时代(1945年~1971年):计算机的主要器件还是由电子管、晶体管组成,它们的体积庞大、耗电量高、成本昂贵,多用于国防军事、科学研究等领域。由于涉及的数据非常敏感,当时价格昂贵的UPS和精密空调也成为必备选项,这时的数据机房倾向于大型机的数据计算,因此也称为数据计算机房。
  • 小型机时代(1971年~1995年):大规模集成电路飞速发展的年代,大型机和巨型机还是主要支撑,但是另一股力量同时开启了小型机和微型机的发展。技术的改进、性能的提升、成本的大幅下降使得小型机领域发展迅猛,中小型数据机房也呈现爆炸式增长。这时也是操作系统飞速发展的阶段,美国AT&T公司在PDP-11上运行的UNIX操作系统和微软公司的Windows也为小型机的发展推波助澜。
  • 互联网时代(1995年~2005年):1995年以前,很多小型的、大型的数据中心基本上算是单兵作战,即便有一些数据传输也只是小范围、低速率的领域。随着互联网的出现,分散在各地的数据资源被有效地整合到一起,并通过互联网这个大的平台分散给人类社会。为了满足数据增长的需求,IDC(Internet Data Center,互联网数据中心)应运而生,它集中收集和处理数据,可以提供主机托管、资源出租、系统维护、流量分析、负载均衡、入侵检测等服务。这十年不仅是互联网高速发展的十年,也是IDC高速发展的十年。
  • 云时代(2005年~至今):TB(1TB=1024 GB)级的数据IDC尚能应付,但是随着PB(1PB=1024 TB)级,乃至EB(1EB=1024 PB)级的数据相继出现,IDC的承载压力可想而知。1U或者数U的机架式服务器、刀片式服务器成为硬件先行者,虚拟化、海量数据存储作为技术保障,分布式、模块化数据中心正逐渐接管市场……

大型机时代和小型机时代,更多地称为“数据机房”,随着数据的膨胀、技术的变革,数据机房逐渐演变为数据中心,这不仅仅是概念上的变化,在功能性、规范性、规模性都与互联网数据中心和云数据中心有着巨大的差别。
从1945年至今,数据中心高速发展,高端的配置、领先技术不断提出并加以应用,在未来我们熟知的数据中心必然会有翻天覆地的变化。
1.2.2 数据中心的未来发展趋势
数据中心承载着大量的关键数据,业务的连续性是数据中心生存的首要条件,短短几分钟的中断对普通用户来说微不足道,但是对于数据中心、对于企业的关键业务来说那将是致命的打击,未来的数据中心会朝着更加精密、更加集中、更加可靠的方向发展。

  1. 高度虚拟化
    服务器虚拟化在数据中心中已经大行其道,但是仍然有很多数据中心架设着物理服务器,随着时间的推移,物理服务会大跨步向虚拟服务迁移,当所有的服务以虚拟形态出现时,数据中心高度虚拟化的雏形基本成型。

仅仅是服务器虚拟化显然不能算是高度虚拟化的数据中心,存储虚拟化和网络虚拟化成为虚拟化的延伸和高可用性的保障。
一方面,存储虚拟化将毫无关联且相互独立的存储空间完全抽象到一个全局范围的存储区域网络,如SAN,数据集中管理并形成一个巨大的“资源池”,管理平台将这些资源动态地分配给各个系统应用,资源的高利用率立刻可以体现。另一方面,存储虚拟化将底层相对复杂的基础存储技术变得简单,数据管理员看到的不再是冰冷、繁多的存储设备,取而代之的是更加层次化、无缝的资源虚拟视图。而对于用户的体验则更加明显,高速、大容量无疑是对存储最好的诠释。存储虚拟化对管理者和用户无疑是双赢的资源整合模式。
网络虚拟化,是通过智能化的软件将物理网络元素中分离网络流量进行抽象,这些网络元素全部以虚拟的形式出现,它可以将一个企业的物理网络抽象出多个逻辑网络,针对不同的部门、不同的用户进行划分,如VLAN技术;也可以将多个物理网络抽象为一个虚拟网络,合而为一的大型虚拟网络可以满足沉重的网络需求,例如某网站的访问量激增时,将多个物理网络进行整合,进行合而为一的网络应用;网络虚拟化还可以在一个服务器宿主主机内,建立内部网络虚拟交换机,将系统请求的网络任务全部切换到宿主主机内存中,网络数据的传输演变成内存数据的交换,使海量数据传输时间极大地降低。
服务器虚拟化、存储虚拟化、网络虚拟化将数据中心的基础环境进行了集中整合,使得数据中心全局可用性和安全性得到了大幅提升,接下来在其上层开始部署应用程序虚拟化和桌面虚拟化,在应用层面同样采用虚拟的方式来运营数据中心,高度虚拟化的大幕从此拉开,如图1-2所示。

  1. 绿色、环保、低碳
    虚拟化的高度应用已经开始颠覆“数据中心是企业成本中心”的概念,当500台服务器整合成为50台甚至更少的服务器时,数据中心的成本结构必然发生了质的改变。随着设备的大幅减少,支撑其运行的UPS系统也会呈现大幅度缩减的态势,每年仅电费的支出就会为企业节省60%以上,绿色数据中心的概念会随着设备的精简体现得更加完美。

在基础环境领域,设备本身也同样经历着低碳概念的洗涤。主板应用RoHS认证材料,并采用全固态电容,材质本身非常绿色环保、稳定性高,且电源转换高效;八核甚至更多核心的CPU在服务器的整体战略角度上说,提供着高效的性能;电源系统配备监控微处理管理芯片,实时管理电源的工作状态,为整体节能降耗、滤波降噪、自动超频降频提供着帮助,这只是服务器应用环节的一个缩影,存储设备、网络设备的自身环境的变化也在为降低数据中心整体TCO(Total Cost of Ownership,总体拥有成本)作出贡献。
在整体环境中,中央冷却系统这样的耗电大户随着设备的减少也发生变迁,无线热传感系统向管理平台发送着实时的数据,方便管理者进行最适宜的热调整;冷热通道封装采用围栏技术,将冷空气流和热空气流通过乙烯基塑料隔板材质分离,将冷热空气快速导流,保持空气温度长期均衡。另外,精密空调变速系统、自然冷却系统,以及节能照明灯都在体现绿色数据中心低碳环保的态势。
在日趋紧张的资金环境,在保证所有系统正常运转的情况下,“省钱就是硬道理”!

  1. 集装箱与模块化
    当我们走进微软芝加哥数据中心时(见图1-3),会产生这样的错觉:难道我们进入一个无人值守的巨型仓库了吗?如果不是经过相当严格的身份验证,相信很多初入芝加哥数据中心的人都会有此感觉,其实这正是集装箱式、模块化数据中心的体现。


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大型集装箱的密度非常高,内部通常放置了大量的机架式设备,从占地面积上讲,一般相当于同级别的传统数据中心的1/5左右。这种集装箱式数据中心多采用水冷技术,并通过冷热通道将气流疏导,加之全封闭的模式使得数据中心的PUE(Power Usage Effectiveness,数据中心能源效率)非常低,符合绿色、低碳、经济的要求。
同时集装箱内还具备柴油发电机、UPS、配电柜等电力系统,指纹识别或者IC智能卡片等门禁系统、远程网络监控系统,以及感烟感温火灾预警系统、早期火灾预警系统和气体灭火系统,每一个集装箱都是一个独立的模块,等同于一个传统的数据中心,将多个集装箱叠加在一起,它的部署速度、协作能力、自动化部署、安全保障大幅增加。
为了应对目前快速增长的网游和电子商务市场,急需扩展数据中心规模来应付日益增长的业务需求,这种集装箱、模块化的数据中心可以起到推波助澜的作用,它要比传统模式部署简单,HP、SUN等大型数据中心供应商可做到“美国6周,全球12周”交货。相信集装箱和模块化将是未来数据中心发展方向。

  1. 云数据中心
    公有云的诞生早于私有云,但是云的真正发展更多的是由私有云带动起来的。

高度虚拟化在迅速地改变当前IT运营模式,它使得云数据中心内的虚拟化更加复杂,“一虚多”的模式(一台物理服务器抽象出多个虚拟系统)得到了扩展、“多虚一”(多个虚拟系统同时处理单项任务)和“多虚多”(多项业务在多个虚拟系统中运行)正在成为云数据中心主要环节。
可以试想一下,电子商务、视频播放、在线交友等网站,日均网页访问量会达到数亿次,支撑业务的平台恐怕需要数万台服务器、多个数据中心以及海量的存储。传统数据中心难以满足,云数据中心将这些抽象出来的资源全部整合到一起,以“资源池”的方式管理,按需处理复杂的业务请求。
面对如此庞杂的资源池,人工管理显然非常不现实,所有人都会希望自动化管理,业务的迁移、故障集群转移与检查排除、流程的跟踪与审核都需要自动化的管理技术来实现。
传统的数据中心向“云”的模式过渡是大势所趋,中小企业的灵活性更加倾向于公有云,而大型企业由于关键业务和敏感数据相信会以私有云为主,并随着公有云技术的发展会将业务进行迁移,“私主公辅”的混合云模式也将占据一定比例。

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