云计算与数据中心的基本概念_云计算数据中心的描述

目录

云计算基本概念

云计算的三种服务模式

云计算的三类部署模式

公有云（Public）

私有云（Private）

混合云（Hybrid）

数据中心介绍

数据中心的组成部分

云数据中心

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云计算基本概念

什么是云计算

为什么提出云计算

传统网络存在的问题

单机可靠性低；系统容易出现蓝屏等故障，回复时间长

设备利用率低；传统服务器CPU利用率不高于60%，内存不高于50%，网络不高于40%

设备功耗高，但是能效较低；一般一台服务器安装一种应用，多种应用的话就需要多台服务器，导致每小时耗电量高，但是能效低

管理麻烦，安全性低；所有系统有各自的管理界面，管理麻烦

运维成本高，业务上线慢

云计算的优势

快速弹性，资源共享，提高设备利用率，节能减排

提高部署效率，降低了企业的运营成本（包括硬件、运维、电力等成本）

通过虚拟化屏蔽了底层的硬件差异，使得整个平台的兼容性提升

云计算将数据统一存放，统一管理，增强了数据的安全性

云计算的基本概念

云计算（Cloud Computing）是一种通过Internet以服务的方式提供动态可伸缩的虚拟化资源的计算模式；通过按需付费提供可用、便携的、按需的网络访问，通过可配置的资源共享池（资源包括网络、服务器、存储、应用软件等）提供资源服务

云计算是多种技术整合的产物，这些技术主要包含虚拟化技术、集群管理、容器、分布式计算、并行分析计算技术（用于大数据分析）等计算机技术

云计算的本质

云计算的本质就是云加端（云就是云上资源，端就是终端）

云加端就是将云上资源和服务（通过技术将IT物理资源进行资源池化和服务化），通过互联互联网提供给用户（针对用户来说其购买方式由产品转变为服务—购买服务来获得和产品一样的功能）

其中云上资源和服务对应的实体就是数据中心，数据中心中有大量的计算、存储、网络资源；即数据中心是云这个抽象概念的一个实际的物理载体

云计算的特征

按需自助服务（On-demand Self-service）

根据自己的需求选择特定的资源

可计量服务（按需付费 Measured Service）

根据使用的资源服务进行计费

无处不在的网络接入（Broad Network Access）

通过可以和云服务器互通的任意网络都可以接入到云服务器中

资源池化（与位置无关的资源池 Resource Pooling）

CPU、内存、存储、网络等资源划分到资源池中，需要多少资源直接从资源池中划分出来就可以了

快速弹性伸缩（易扩容 Rapid Elasticity）

当资源不够或者资源过剩时，可以直接对资源在线扩容和缩减

云计算发展历程

IT历程

大型机时代→PC时代→云计算时代

云计算时代的高性能计算历程

并行计算→分布式计算→网格计算→云计算

并行计算

同时使用多种计算资源解决计算问题，提高了计算速度和处理能力

并行计算的计算系统可以是专门设计的含有多个处理器的超级计算机，也可以是通过网络等互联的若干台独立计算机构成的集群

并行计算可以分为时间并行和空间并行

时间并行：采用流水线工作，同一时间启动两个或两个以上的操作

例如：理发的需要经历 洗头→剪头发→吹头发三步，使用流水线的话就是指同时来为3个人理发，以此提高计算性能

空间并行：使用多个处理机同时计算同一个任务的不同部分（目前主要研究方向）

例如：1个人吃1斤饭需要30s，同时让3个人来吃就只要10s，依次提高计算的速度

特点：

空间并行计算投入更多的机器，数据大小不变，计算速度更快

也是将一个任务划分为多个子任务进行计算的，只不过每个子任务之间都是有联系的，结果互相影响

并行计算要求时间同步

分布式计算

将整个计算任务划分为多个子任务，将这些子任务分配到多台设备进行计算；然后将计算结果进行综合，进行下一部分的计算，直到最终得到最终的计算结果

例如：使用成千上万志愿者计算机的闲置计算能力通过网络进行数据传输来计算某个问题

特点：

分布式计算投入更多的机器，能够处理更大的数据

分布式计算对任务的实时性要求不高，允许存在一定的计算错误

不同子任务独享自己的一套单独的计算系统，具有独立性，一个子任务的运行结果不会影响其他的子任务

中间交互过程太多，需要手动去分配

需要用户的计算机参与

网格计算

网格计算可以看做是一种特殊的分布式计算；也是将大任务划分为多个子任务进行处理，区别在于分布式的各个计算节点无偿奉献自己的算力，无法使用其它的计算节点为自己做点什么，而网络计算的各个节点可以在贡献自己算力的同时，通过平台调用其它的计算节点供自己使用，并且其它结算节点不知道自己在调用它

分布式计算可以理解为自己和其他人逻辑上组成一台超级处理机供组织使用

网格计算可以理解为将所有网内的其他人的电脑逻辑上组成一台超级处理机供自己使用

云计算

通过网络“云”将巨大的数据计算处理程序分解为无数个小程序，然后通过多个服务器组成的系统进行处理和分析，并将结果返回给用户

特点

不需要用户参与，而是由网络另一端的服务器来完成的

云计算发展阶段

云计算1.0   计算虚拟化

面向数据中心管理员的IT基础设施资源虚拟化阶段

云计算2.0   软件定义与整合

面向基础设施云租户和云用户的资源服务化和管理自动化阶段

云计算3.0   云原生与重构业务

面向企业IT应用开发者以及管理维护者的企业应用架构的分布式微服务化和企业数据架构的互联网化重构以及大数据智能化阶段

应用云化，推动IT敏捷化与易用化的浪潮

云计算的应用

技术方面的应用

虚拟桌面云

通过桌面虚拟化技术，系统管理员同一管理用户在服务端的桌面环境

适用于使用大量桌面系统的企业

开发测试云

通过预先配置好的虚拟镜像快速搭建异构环境；通过快速备份/回复等虚拟化技术实现问题复现；利用云的强大计算能力进行压力测试

适用于需要开发和测试多种应用的组织和企业

云存储

整合网络中多种存储对外提供云存储服务

通过特有的数据管理以及数据备份方式，保证数据不丢失

适用于需要管理和存储海量数据的企业

云杀毒

通过云上病毒库，存储大量特征库；并通过强大的处理能力分析数据是否含有病毒

适用于需要使用杀毒软件来保护电脑安全的用户

IDC云

在原有IDC基础上，加入更多云的基因（例如虚拟化、自动化管理、智能的能源监控技术等）

企业云

通过云承载一些企业服务，简化运维

云游戏

将游戏部署到云中，目前有两种部署模式：基于Web的游戏模式--游戏部署在云上，需要用户本地渲染，适用于休闲游戏；基于专业的游戏模式--全部游戏运行在云上，云上渲染，不需要本地渲染，适用于大型游戏

大规模数据处理云

利用云计算的计算能力和存储能力对大量的数据进行大规模的处理分析

并且能够可以承载多种应用

物联网

提供不间断的可靠服务、提供强大的算力

人工智能

提供不间断的强大的高精度算力（CPU+GPU，可以无限量扩容）、提供可靠的服务

行业方向的应用

制造云（管理平台、销售平台等上云）

金融云（将产品的信息、服务等上云）

教育云（软硬件上云）、办公云（云主机办公）

医疗云（业务系统上云、医院的大数据平台和云平台融合）

政务云（云上承载政务流量）

云交通、云会议等

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云计算的三种服务模式

从下到上分iaas、paas、saas，越往上越不需要关注硬件配置等信息

云基础设施即服务（iaas）

出租CPU，存储、网络连接等基本计算资源（类似出租虚拟机-相应软件和平台需要自己安装和搭建、网盘）

不需要购买本地计算机硬件，减少建设成本

云平台即服务（paas）

将软件研发的平台作为一种服务提供给客户，加快软件应用的开发和测试速度（例如将微软的Visual Studio开发平台搭建在云上作为服务提供给客户）

客户相当于买了一个代码开发平台，不需要关注其运行在什么系统上

云软件即服务（saas）

通过Internet提供相应的云上软件系统 （例如企业办公系统、对象存储服务 OB）

用户不需要购买软件在本地了（也不需要自己购买服务器来搭建软件系统），只需要向提供商租用云上软件系统，然后通过Web等方式登录软件系统，来管理企业经营活动

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云计算的三类部署模式

公有云（Public）

通过Internet为外部客户提供服务的云，一般由云服务提供商搭建；云服务提供商通过客户购买资源的使用情况（vCPU数、磁盘空间大小、时长等）进行收费

A公司搭建了一个云平台，供所有人/企业租用，提供云服务

典型的公有云有：Amazon EC2、阿里云、腾讯云等

优缺点

优点：客户的应用、服务、数据等存放在公有云提供商处，客户无需硬件投资与建设

缺点：数据没有存放在自己的数据中心，数据安全性存在很大风险；并且公有云的可用性不受使用者的控制

应用场景

互联网初创公司（由于创业初期没有太多资金购买相应的IT硬件和软件）

科研、高性能计算等场景

私有云（Private）

有企业或机构独享使用和掌控的云，仅供自己内部人员或分支机构使用（一般部署在企业或机构的数据中心）

A公司搭建了一个云平台，只有A公司内部可以使用（公司自建自用）

优缺点

优点：数据安全性和系统可用性可控

缺点：投资较大，尤其是一次性的建设投资大

应用场景

企业云化数据中心（一般企业会通过私有云的技术，打造一个面向各部门的IT服务平台）

集团化的企业可以建设企业私有云为子公司提供虚拟化的IT基础设施平台

社区云/行业云——也属于私有云的范畴

范围比私有云要广泛，一般由多个公企搭建的云平台，该云平台一般应用在某个特定的区域或特定行业

像警务云，由公安厅主导，为全省的公安系统提供信息化服务

混合云（Hybrid）

由两种或两种以上的云组成，例如企业采用了私有云技术构建自己的IT服务平台，同时又采购了公有云服务商提供的IT服务（公有云与私有云的混合）

优缺点

优点：对现有的业务进行合理划分，对不可预见的访问规模的业务通过混合云来保障业务的弹性；当私有云的资源不够，调度公有云的资源，具备弹性；在保证可控性的同时兼顾建设成本

缺点：IT页面管理界面不统一，需要管理两套云，运维成本较高

应用场景

企业有大量对外业务可以将其放在公有云上，也有自己的核心和机密数据可以将其放在私有云上

例如：云灾备、潮汐应用、电商大促、游戏公测等场景

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数据中心介绍

数据中心是一个云计算后端基础设施的承载体，云计算依托数据中心提供各种云计算的服务

标准的数据中心包含门禁安防、视频系统、消防系统、综合布线系统、供电系统、制冷系统、网络设备、安全设备、存储设备、服务器设备等

数据中心的组成部分

供电系统

模块介绍

2路市电

接入两路市电（做备份，任意一路市电出现任何故障，对另一路没有任何影响）

油机

油机（柴油发电机），可以在两路市电都失效的情况下，给数据中心机房供电

ATS（Sutomatic Transfer Switch）自动转换开关

用于检测电源电路，并且可以迅速的切换市电或将市电转为油机发电（切换时间非常短，不会影响业务运行）

输入配电柜

将电力分配给不同的用电场所（主要的用电部分为数据中心设备-服务器、存储阵列、网络设备，空调）

UPS（Uninterruptible Power Supply）不间断电源

含有储能装置；当市电输入正常时，UPS将市电稳压后供应给设备使用，此时UPS就是一台交流式电稳压器，同时也向自己的储能装置（电池）中充电；当市电故障时，UPS将电池的直流电通过逆变器向设备继续供应220V交流电

即：当两路市电全断之后，先由蓄电池系统接管整个机房的电力（蓄电池能够坚持的时间有限），等到油机启动之后，再把电力系统从蓄电池切换到油机

通过以上这些设备以及措施来保证机房的电力系统是一个高可靠性的电力系统，轻易不会出现故障

空调系统

主要的物理实体就是精密空调（精密空调是数据中心专用的空调设备）；精密空调有完整的闭环系统，精密程度比普通空调高很多

数据中心机房内有相应的传感器检测机房的温度并反馈到精密空调，实现将环境中的温湿度严格控制在特定范围，大大提高了设备的寿命和可靠性

如何实现降温（冷风的流向）

基建完成后，会在距离地面20-30cm左右的位置铺设一层活动地板，网络设备是放在设备层之上的，地板层下面悬空的部分可以用来走冷气

监控系统

主要依赖大量的传感器（温度传感器、湿度传感器、监控系统、门禁系统、告警系统等）来实现监控，将监控的数据直观的显示给管理者

消防系统

有消防传感器来检测是否有火警发生，如果检测到火灾，会自动进行灭火

一般数据中心都使用七氟丙烷来进行灭火，七氟丙烷是一种非常好的针对于电子设备的灭火剂，它不会损害电子设备

不过七氟丙烷对人体来说是有毒的

机柜系统

数据中心中现在很少有传统的一个一个的机柜，现在的机柜基本上都是封闭式的一个机柜组（由多个机柜组成，减少了机柜的搭建时间）

机柜组对外封闭的，通过密码等验证之后才可以进入

布线系统

通过走线架来走线，各种线就放在走线架上边（走线架一般是黄色）

有些规范的数据中心，会使用不同颜色的走线架，将不同类型的线缆放到不同的走线架上（一般建议强弱电使用不同的走线架）

KVM管理系统

KVM（Keyboard Video Mouse）键盘视频鼠标的一个简称

KVM系统可以通过直接连接键盘、鼠标、显示器端口，来实现访问和控制计算机（无需目标服务器修改软件，可以访问目标计算机）

KVM系统通过网络连接到了所有的机柜上，使用一套视频、键盘、鼠标切换到不同的物理服务器上进行管理

帮助运维人员实现同时运维多台物理服务器

通信系统

数据中心的通讯系统一般指的就是数据中心的出口网络（数据中心连接外网的口一般叫做数据中心出口），对于服务器来说通过出口网络可以向外提供服务

一般通过数据中心出口带宽来评价这个通讯系统的性能（如果数据中心的流量主要是内部的，出口带宽就可以小一点；反之出口带宽要大一点）

目前是国内的三大运营商来提供通信系统（一般会每个运营商都拉一条或多条线路，来实现负载备份）

云数据中心

数据中心传统的IT业务的架构（烟囱式架构）

传统的IT业务架构为通过数据中心用的底层设备（存储、网络、服务器、安全等），在其之上部署操作系统，并在操作系统之上部署应用（不同的服务器部署不同的业务和应用）

一般一台服务器就部署一种业务，整个业务是比较僵化的，无法根据业务需求灵活调整资源、资源利用率低、当某台服务器出现故障后，需要人工将其迁移到其它服务器上（自动化程度低）

云数据中心的概念

为了解决传统数据中心架构的问题，随着互联网的发展，很多公司提出了云数据中心的概念

云数据中心采用虚拟化技术将所有的计算、网络、存储等资源虚拟化（这些资源对应的都是物理服务器），并将虚拟化后的资源纳管到相应的资源池中实现统一管理（像计算有计算资源池、存储有存储资源池）

其实云数据中心的本质还是物理的数据中心，只是通过虚拟化等技术将物理数据中心的资源整合到一个统一的资源池中，来为不同业务/租户分配资源

实现云计算的数据中心其实就是云数据中心

云数据中心的云计算管理平台

云计算管理平台的作用

通过云管平台就可以把整个资源池进行统一的管理，为不同的业务分布不同的业务资源，并进行灵活调动；用户也可以通过接入云管理平台来获取所需的计算、存储、网络资源

云管理平台既管理者硬件资源，也管理虚拟化资源

云管理平台的9大基本功能

租户管理：对云管理平台中大量的资源进行一个分层管理

审批管理：不同的租户向云管理平台来申请资源的时候，云管理平台有一个审批系统

虚拟机管理：云管理平台可以管理云资源池中所有的虚拟机，租户可以管理自己租户内的虚拟机（即对于所有的虚拟机，云管理平台有着分层次的管理机制）

虚拟网络服务：云平台可以提供一套虚拟网路服务，使得虚拟机在不同的情况下都可以正常通信

计量系统：云管理平台根据用户使用资源、使用时间进行计费

编排系统：云管理平台中比较高级的业务，给用户提供一个界面，用户把自己的需求输入进入，云管理平台就可以根据用户的需求来编排出来能够实现用户需求的这个虚拟机的业务系统（一般是应用在运营商领域的）

异构虚拟化管理：同样的硬件上使用不同的Hypersion软件，云管理平台也是可以统一纳管的

应用监控服务：所有在云管理平台上运行的虚拟机或者应用，云管理平台都可以进行监控和管理，可以更快的根据故障做出响应

备份容灾服务：最核心的内容，提供各个层级的可靠性（虚拟机可靠性、存储可靠性等多种可靠性服务）

通过以上功能，云管理平台就可以实现对一个数量非常大的资源池进行统一管理，有效提升云数据中心的运维和管理效率

云计算管理平台的为用户服务的流程

一个云数据中心的资源是非常多的，如何有效管理云数据中心资源

通过三层的资源管理架构来比较有逻辑的根据用户的需求来划分云计算资源池中的所有资源

云平台：包含了所有的云资源（虚拟化资源）

租户：在逻辑上划分这些云资源来供租户使用

用户：资源的最终使用者（对于个人而言，租户也就是用户）

公司（租户）从云平台租用资源需要云平台管理员审批，租户将这些资源再分配给公司的员工（用户）使用需要租户管理源审批