基于云計算的數(shù)據(jù)中心建設(shè)及反思云計算技術(shù)目前已成為包治百病的靈丹妙藥，無論何種解決方案最終一定會歸結(jié)為云計算。在云計算的浪潮下，高校數(shù)據(jù)中心是否應(yīng)該部署云計算?如何才能使云計算切實的落地，真正發(fā)揮效益，而不僅是一個概念，也是一個值得深思的問題。
虛擬化技術(shù)在數(shù)據(jù)中心的實踐
大連理工大學(xué)校從2003年開始對校內(nèi)各個部門對外信息發(fā)布的服務(wù)器進(jìn)行統(tǒng)一管理，開始建立集中的數(shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)中心的建設(shè)經(jīng)過了兩個階段：第一階段采用獨立的1U物理服務(wù)器來提供服務(wù)，最多的時有200多臺物理服務(wù)器。在這種模式下，應(yīng)用的備份管理、物理服務(wù)器的故障處理，機房面積、供電、制冷的消耗等問題都集中爆發(fā)出來。從2006年開始，學(xué)校開始進(jìn)行服務(wù)器虛擬化技術(shù)的相關(guān)測試，并在2007年建設(shè)了高校第一個大規(guī)模VMware虛擬化服務(wù)器群;從第二個階段開始，把原有物理服務(wù)器上的應(yīng)用逐步遷移到虛擬化服務(wù)器上，現(xiàn)在已有280余臺虛擬機在運行。2009年對虛擬化服務(wù)器群進(jìn)一步擴容，2010年對第一批虛擬化服務(wù)器進(jìn)行了內(nèi)存和萬兆網(wǎng)卡升級,并部署了數(shù)據(jù)中心交換機CiscoNexus7018。目前數(shù)據(jù)中心已經(jīng)部署了16臺54CPU虛擬化服務(wù)器群，所有物理服務(wù)器采用雙10GbE網(wǎng)卡、雙4GbFCHBA上聯(lián)，物理服務(wù)器群保持了合理的負(fù)載。
在服務(wù)器虛擬化實施的過程中，發(fā)現(xiàn)物理服務(wù)器的內(nèi)存消耗速度要遠(yuǎn)高于CPU消耗速度，因此在服務(wù)器群擴容時，新增服務(wù)器內(nèi)存提升到了144GB，原有服務(wù)器內(nèi)存也擴充到了64GB。另一個影響服務(wù)器虛擬化效率的重要因素是存儲系統(tǒng)的性能。為進(jìn)一步提高存儲系統(tǒng)性能，在2011年，我們對現(xiàn)有存儲系統(tǒng)EMCCX4-960進(jìn)行了FastCache技術(shù)升級，采用多塊100GB固態(tài)盤對整個系統(tǒng)進(jìn)行讀寫緩存，使存儲讀寫延時得到了顯著改善。
在虛擬化平臺安全方面，設(shè)計了嚴(yán)格權(quán)限管理和備份制度。例如，資源管理部門只擁有在自己資源池內(nèi)分配虛擬機及配置指定網(wǎng)絡(luò)的權(quán)利;備份由后臺統(tǒng)一進(jìn)行，資源管理部門無法刪除備份等。在備份體系上，采用EMCAvamar進(jìn)行統(tǒng)一的全局減重備份，可以提供任何一臺虛擬機在半年內(nèi)任意一周的備份。對于關(guān)鍵服務(wù)器，同時使用VMwareDataRecovery進(jìn)行日備份;對于關(guān)鍵應(yīng)用再使用磁帶庫進(jìn)行應(yīng)用級備份。通過嚴(yán)格的管理措施和多級自動化備份機制，有效的保證了數(shù)據(jù)中心的安全。
配合內(nèi)部機構(gòu)設(shè)置規(guī)劃了合理的管理結(jié)構(gòu)，將廣義的基礎(chǔ)設(shè)施(包括網(wǎng)絡(luò)、存儲、虛擬化平臺、備份、機房環(huán)境等)整合統(tǒng)一到一個部門管理，其他部門變成該部門的用戶。實踐證明，這種模式有效的提高了資源的利用率，提高了管理效率，初步形成了部門內(nèi)部基礎(chǔ)設(shè)施云服務(wù)提供。
在虛擬化平臺實施的過程中，數(shù)據(jù)中心的運行和管理成本大大降低，數(shù)據(jù)中心的物理服務(wù)器已經(jīng)從200余臺減少了近一半。管理部門進(jìn)行應(yīng)用升級、遷移成本顯著下降。通過模版、快照等機制，管理部門可以輕松的部署應(yīng)用，在應(yīng)用升級失敗時可以進(jìn)行完整的回退。
如何讓云計算在數(shù)據(jù)中心落地
在數(shù)據(jù)中心虛擬化的實施過程中，充分證明了服務(wù)器虛擬化在高校數(shù)據(jù)中心的可行性和必要性，并也實現(xiàn)了實際的效益。那么云計算和虛擬化又是什么關(guān)系?可以將高校云計算和虛擬化的關(guān)系簡單總結(jié)為以下幾點：云計算的目標(biāo)是實現(xiàn)應(yīng)用的按需使用，虛擬化只提供了資源池化的一種手段。只能夠自動化，提供大量虛擬機不是云計算。云計算的核心問題不是資源的池化，而是應(yīng)用是否能夠真正無縫地按需擴展。
因此，我們認(rèn)為影響高校數(shù)據(jù)中心云計算實施的關(guān)鍵因素是信息化相關(guān)應(yīng)用是否真正的面向云計算開發(fā)，能夠真正的以云計算模式提供服務(wù)。服務(wù)器虛擬化或基礎(chǔ)設(shè)置虛擬化只是向云計算演進(jìn)的第一步。高校云計算部署應(yīng)該是一個漸進(jìn)的過程，隨著對云計算的認(rèn)識和應(yīng)用的開發(fā)，逐步演變?yōu)樵朴嬎?。大連理工大學(xué)的云計算演進(jìn)過程定位如下：
在建設(shè)面向云計算的數(shù)據(jù)中心過程中，中國高校剛剛邁出了第一步。
傳統(tǒng)的應(yīng)用架構(gòu)并沒有考慮動態(tài)擴展的問題。例如在選課的高峰期間，我們希望將一臺選課應(yīng)用服務(wù)器自動動態(tài)擴展至適應(yīng)請求數(shù)的數(shù)量，并在高峰期過后自動降回通常的數(shù)量?，F(xiàn)在我們通過采用服務(wù)器虛擬化和應(yīng)用服務(wù)器集群，可以部分解決這個問題，但目前這個過程并不是自動化的，仍然需要人工配置和干預(yù)。在應(yīng)用壓力進(jìn)一步提升后，傳統(tǒng)的應(yīng)用服務(wù)器、中間件、數(shù)據(jù)庫架構(gòu)，并不能保證真正的動態(tài)擴展。
在PaaS階段，我們希望能夠探索新的應(yīng)用架構(gòu)，在消息通訊機制、數(shù)據(jù)訪問機制、自動擴展機制等方面，實現(xiàn)真正面向云計算的開發(fā)平臺。在這個基礎(chǔ)上，校內(nèi)新開發(fā)的應(yīng)用逐步遷移到云計算平臺，實現(xiàn)應(yīng)用的按需使用。
在云計算背景下，我們認(rèn)為除了適應(yīng)云計算的應(yīng)用架構(gòu)模式外，數(shù)據(jù)中心當(dāng)前的關(guān)鍵技術(shù)還包括：
1.支持?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和通信網(wǎng)絡(luò)融合的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備
當(dāng)前萬兆端口的成本大幅下降，板載萬兆(LOM)會逐步取代板載千兆。主流板載LOM已經(jīng)開始同時支持FCoE、iSCSI卸載和IP傳輸。主流存儲廠商已經(jīng)開始在中高端存儲上直接支持FCoE。高端數(shù)據(jù)中心交換機已經(jīng)開始支持DCB(DataCenterBridge)等規(guī)范，可以提供二層多鏈路、無丟包以太網(wǎng)等關(guān)鍵特性。因此，全面實施數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)、通信網(wǎng)絡(luò)融合的時機已經(jīng)成熟。
2.支持FCoE、分層存儲的集中存儲設(shè)備
從我們目前運行和測試經(jīng)驗看，F(xiàn)C協(xié)議仍然是高可靠的數(shù)據(jù)中心存儲局域網(wǎng)的唯一選擇。支持FCoE的交換機、CAN接口卡已經(jīng)非常成熟，存儲設(shè)備也已經(jīng)直接支持FCoE接口。用FCoE替代傳統(tǒng)FC的技術(shù)風(fēng)險相對較小,仍然可以延用傳統(tǒng)FC的運維經(jīng)驗，在技術(shù)上保持連續(xù)性。大規(guī)模的虛擬化實施中必然存在熱點數(shù)據(jù)和非活動數(shù)據(jù)。固態(tài)盤價格相對較高，完全采用固態(tài)盤在成本上難以接受。存儲設(shè)備需能夠動態(tài)區(qū)分熱點數(shù)據(jù)，將熱點數(shù)據(jù)自動遷移到固態(tài)盤或者較高性能盤，將非活動數(shù)據(jù)遷移至低成本硬盤，從而能夠用合理的成本提供高性能服務(wù)。
3.網(wǎng)絡(luò)、安全設(shè)備的軟件化、虛擬化
在大規(guī)模的虛擬化部署中，傳統(tǒng)的物理網(wǎng)絡(luò)、安全設(shè)備已經(jīng)不適用。傳統(tǒng)的安全設(shè)備無法部署在虛擬機之間進(jìn)行安全控制。我們認(rèn)為基于軟件的虛擬設(shè)備將取代部分物理安全設(shè)備。例如，在Host和VM之間的防病毒網(wǎng)關(guān)、控制VM之間安全策略的分布式軟件交換機、純軟件的Web應(yīng)用防護(hù)設(shè)備、純軟件的防火墻設(shè)備。
4.通信網(wǎng)絡(luò)和虛擬化基礎(chǔ)設(shè)施的融合
傳統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)控制是基于三層路由控制或者二層的接入端口控制，在虛擬化基礎(chǔ)設(shè)施中已經(jīng)不適用,虛擬機會在二層端口上遷移,同宿主機上的虛擬機之間的訪問不經(jīng)過物理交換機。在虛擬化環(huán)境下，物理交換機應(yīng)能感知到虛擬機的遷移，并動態(tài)調(diào)整控制策略。物理交換機應(yīng)能同虛擬化交換機一體化管理，將虛擬交換機作為物理交換機的延伸。
綜上所述，高校數(shù)據(jù)中心部署云計算技術(shù)的背景已經(jīng)成熟，通過云計算技術(shù)的部署能夠有效降低數(shù)據(jù)中心運行管理成本。但是如何能夠使云計算技術(shù)真正全面地落地，仍然是一個需要研究的課題。我們希望能夠通過面向云計算的應(yīng)用開發(fā)平臺的研究和部署，作為信息化應(yīng)用全面云化的一個契機。建設(shè)面向云計算的數(shù)據(jù)中心還存在一些關(guān)鍵的技術(shù)問題，我們將在未來的數(shù)據(jù)中心建設(shè)中，將這些關(guān)鍵技術(shù)作為重點考慮對象