【正文】 用戶在簡(jiǎn)單地部署自己的應(yīng)用或數(shù)據(jù)后，應(yīng)用系統(tǒng)即可投入使用。在云計(jì)算中心，運(yùn)維人員無(wú)需過(guò)分關(guān)心上層應(yīng)用的情況，只需基于虛擬應(yīng)用平臺(tái)對(duì)物理資源的使用分析，進(jìn)行資源優(yōu)化調(diào)整，保證云計(jì)算中心的穩(wěn)定高效即可。為了提高易用性和可維護(hù)性，各種資源構(gòu)成之間的關(guān)系復(fù)雜。這些要求已經(jīng)不是依靠運(yùn)維人員的能力所能滿足的，需要采用更加智能化的自適應(yīng)運(yùn)維管理。n 多維度的資源管理云計(jì)算中心的資源具有多種視圖，例如物理資源視圖、虛擬資源視圖、虛擬組織視圖，因此，云管理也應(yīng)該是多維的。主要包括以下幾個(gè)方面：n 服務(wù)器設(shè)備：經(jīng)過(guò)性能和穩(wěn)定性衡量之后，可以用來(lái)做對(duì)性能要求較低的前置機(jī)或者在云計(jì)算分區(qū)中添加一個(gè)利舊服務(wù)器組成的云區(qū)域，承擔(dān)重要性稍差的業(yè)務(wù)系統(tǒng)；n 存儲(chǔ)設(shè)備：可以用來(lái)做容災(zāi)，以充實(shí)存儲(chǔ)空間；n 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備：經(jīng)過(guò)性能和穩(wěn)定性衡量之后，可以用來(lái)和新購(gòu)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備一起組成云計(jì)算中心的網(wǎng)絡(luò)體系。傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方案中，通常采用三層方案。通常情況下，核心與匯聚之間通過(guò)路由技術(shù)進(jìn)行流量的控制，匯聚層設(shè)備可以部署安全模塊作為業(yè)務(wù)分區(qū)的邊界網(wǎng)關(guān)，匯聚層以下普遍采用二層接入，運(yùn)行STP/MSTP等協(xié)議來(lái)降低二層環(huán)路帶來(lái)的隱患。三層結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)在于：n 組網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要部署MSTP和VRRP等冗余協(xié)議；n 在匯聚層收斂比較大，性能容易出現(xiàn)瓶頸；n 三層結(jié)構(gòu)在部署時(shí)，網(wǎng)關(guān)部署在匯聚層，匯聚層以上采用路由協(xié)議進(jìn)行流量控制，而路由收斂較慢，路由路徑及節(jié)點(diǎn)增多，管理難度加大；匯聚層以下使用二層，仍然存在出現(xiàn)環(huán)路的風(fēng)險(xiǎn)；從整體規(guī)劃上，三層結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。在核心與匯聚接入層設(shè)備之間運(yùn)行二層交換，vlan配置靈活，并可通過(guò)新一代交換機(jī)虛擬化功能替代傳統(tǒng)的STP/MSTP，通過(guò)vlan映射業(yè)務(wù)分區(qū)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、清晰。根據(jù)云計(jì)算服務(wù)器數(shù)量多、擴(kuò)展速度快、可靠性要求較低、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)獨(dú)立的幾個(gè)特點(diǎn)，將服務(wù)器群接入網(wǎng)絡(luò)物理采用二層網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，在邏輯上虛擬成一層考慮。圖組網(wǎng)邏輯架構(gòu)拓?fù)?計(jì)算資源池建設(shè) 計(jì)算資源池定位 計(jì)算資源池特性由于云計(jì)算中心需要處理前端進(jìn)來(lái)的海量數(shù)據(jù)，因此需要大量的計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)。而云計(jì)算中心，特別是作為物聯(lián)網(wǎng)后端處理中心的物理網(wǎng)云計(jì)算中心需要的是強(qiáng)大的“處理能力”，這個(gè)“處理能力”包含了計(jì)算能力、傳輸能力，甚至存儲(chǔ)能力。因此，云計(jì)算中心需要具有高通量特征的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。因此，構(gòu)建云計(jì)算中心的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)就是利用標(biāo)準(zhǔn)化的、性價(jià)比高的通用部件或者產(chǎn)品。再次，云計(jì)算平臺(tái)的重要特征之一是實(shí)現(xiàn)資源的抽象和封裝、構(gòu)建動(dòng)態(tài)化、彈性化的計(jì)算資源池，而虛擬化技術(shù)和分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析技術(shù)是實(shí)現(xiàn)達(dá)到這一目標(biāo)的重要手段。最后，除了具有通用性、標(biāo)準(zhǔn)化、資源池化等特征之外，計(jì)算子系統(tǒng)還應(yīng)該具有易管理、低能耗的特征，從而大大降低云計(jì)算中心的能耗、降低運(yùn)維成本。計(jì)算虛擬化是一個(gè)抽象層，是對(duì)上層應(yīng)用屏蔽底層計(jì)算設(shè)備的資源封裝手段，將構(gòu)成計(jì)算資源的眾多物理設(shè)備組合成一個(gè)整體，形成計(jì)算資源池，提供給上層應(yīng)用軟件，從而提供更高的IT資源利用率和靈活性。n 聚合封裝是將多個(gè)物理實(shí)體通過(guò)技術(shù)手段封裝為單一虛擬映像/實(shí)例，可用于完成某個(gè)業(yè)務(wù)。n 切分封裝是將單個(gè)物理實(shí)體通過(guò)技術(shù)手段封裝為多個(gè)虛擬映像/實(shí)例，可用于執(zhí)行不同業(yè)務(wù)。無(wú)論是計(jì)算集群（Cluster）、負(fù)載均衡集群（Load Balance），還是主機(jī)虛擬化，都屬于計(jì)算資源虛擬化技術(shù)，多種虛擬化技術(shù)也可以組合使用，使得計(jì)算資源池的使用更加靈活?；赬86平臺(tái)的服務(wù)器使用Intel Xeon或者AMD Opteron作為處理器，也就是通常所說(shuō)的PC服務(wù)器。近年來(lái)，Intel Xeon和AMD Opteron的性能獲得巨大的提高，大量的先進(jìn)技術(shù)和工藝先后被Intel/AMD引人其處理器的設(shè)計(jì)和制造中，比如，64位計(jì)算、直連結(jié)構(gòu)、內(nèi)嵌內(nèi)存控制器、多核（目前，Intel Xeon最多可以做到10核；AMD Opteron可以做到16核）、硬件輔助虛擬化技術(shù)（Intel VT、AMDV）、32nm制程等等。從性能角度，4顆 Intel Xeon 7560的tpmC值就可達(dá)到24顆POWER 7的23%。從可靠性的角度，在云計(jì)算環(huán)境下，通常大量采用虛擬化、分布式、并行計(jì)算等模式，有力的保證了計(jì)算系統(tǒng)的可靠性。3) 并行計(jì)算技術(shù)高性能并行處理技術(shù)主要包括基于共享內(nèi)存的OpenMP和多線程以及基于分布式消息傳遞的MPI，其中MPI技術(shù)可擴(kuò)展性強(qiáng)、計(jì)算效率高，是目前業(yè)界最流行的高性能并行處理技術(shù)。圖：并行計(jì)算思想：分而治之4) Map/Reduce分布式計(jì)算Hadoop系統(tǒng)是Apache開源組織的一個(gè)分布式計(jì)算開源框架，在很多大型網(wǎng)站上都已經(jīng)得到了應(yīng)用，如亞馬遜、Facebook和Yahoo等等。其主要部分是模擬Google的GFS和Map/Reduce框架完成的，下圖顯示了Hadoop的體系結(jié)構(gòu)，存儲(chǔ)系統(tǒng)是用HDFS實(shí)現(xiàn)的，而分析系統(tǒng)使用Map/Reduce實(shí)現(xiàn)。圖：Hadoop的體系結(jié)構(gòu)5) 可重構(gòu)計(jì)算技術(shù)根據(jù)摩爾定律，CPU處理能力每18個(gè)月翻一倍，過(guò)去30年都是按照這個(gè)速度在不斷提高。然而根據(jù)吉爾德定律，在未來(lái)25年，主干網(wǎng)的帶寬每6個(gè)月增長(zhǎng)一倍，換句話說(shuō)，也可以理解為需要處理的內(nèi)容的增長(zhǎng)速度是CPU處理能力的3倍，也就是說(shuō)在信息處理系統(tǒng)的建設(shè)中，系統(tǒng)規(guī)模將會(huì)呈現(xiàn)持續(xù)上升，而不會(huì)因?yàn)镃PU的發(fā)展而有所緩解。云計(jì)算技術(shù)在提供傳統(tǒng)計(jì)算手段之外，還應(yīng)該針對(duì)具體應(yīng)用需求，提供眾核協(xié)處理器、GPU計(jì)算和FPGA三種可重構(gòu)計(jì)算模式，適應(yīng)不同類型應(yīng)用的需求。6) 主機(jī)虛擬化技術(shù)主機(jī)虛擬化技術(shù)是實(shí)現(xiàn)資源池化的重要手段之一。作為第一個(gè)（1998年）將主機(jī)虛擬化技術(shù)引入X86平臺(tái)的廠商，VMware目前在X86平臺(tái)的虛擬化市場(chǎng)上處于領(lǐng)先地位。Xen是劍橋大學(xué)于2005年發(fā)布的一個(gè)開源的Hypervisor，已被吸收到Redhat、SuSE、Oracle VM中。目前，而Citrix 。 X86虛擬化實(shí)現(xiàn)虛擬化層允許多個(gè)操作系統(tǒng)實(shí)例同時(shí)運(yùn)行在一臺(tái)物理服務(wù)器上，動(dòng)態(tài)分區(qū)和共享所有可用的物理資源，包括：CPU、內(nèi)存、存儲(chǔ)和I/O設(shè)備。虛擬架構(gòu)已經(jīng)可以將操作系統(tǒng)和應(yīng)用從硬件上分離出來(lái)，打包成獨(dú)立的、可移動(dòng)的虛擬機(jī)，從來(lái)帶來(lái)極大的靈活性。對(duì)于X86虛擬化，有兩種常見(jiàn)的架構(gòu)：寄居架構(gòu)和裸金屬架構(gòu)。n 裸金屬架構(gòu)：直接將虛擬化層運(yùn)行在X86的硬件系統(tǒng)上，可以直接訪問(wèn)硬件資源，無(wú)需通過(guò)操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)硬件訪問(wèn)，因此效率更高。如下圖所示，虛擬化層就是Hypervisor（管理程序）直接運(yùn)行在硬件上，因此，Hypervisor的功能極大地取決于虛擬化架構(gòu)和實(shí)現(xiàn)。每個(gè)VMM必須進(jìn)行分區(qū)和CPU、內(nèi)存和I/O設(shè)備的共享，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的虛擬化。如下圖所示，X86架構(gòu)提供了四種特權(quán)級(jí)別Ring 0、2和3，通過(guò)這四種級(jí)別來(lái)控制和管理對(duì)硬件的訪問(wèn)。為了虛擬X86架構(gòu)，需要在操作系統(tǒng)下面運(yùn)行虛擬化層，由虛擬化層來(lái)創(chuàng)建和管理虛擬機(jī)，進(jìn)行共享資源分配。如何在運(yùn)行時(shí)捕獲和翻譯這些敏感指令成為X86虛擬化的一大挑戰(zhàn)，使得X86架構(gòu)虛擬化最初難以實(shí)現(xiàn)。 完全虛擬化完全虛擬化技術(shù)翻譯核心指令來(lái)代替那些不能虛擬化的指令，通過(guò)翻譯后的指令直接訪問(wèn)虛擬硬件。每個(gè)VMM為每個(gè)虛擬機(jī)提供完整的硬件支持服務(wù)，包括虛擬BIOS、虛擬設(shè)備和虛擬內(nèi)存管理。完全虛擬化是迄今為止唯一不需硬件或操作系統(tǒng)協(xié)助來(lái)進(jìn)行敏感和特權(quán)指令虛擬化的技術(shù)，Hypervisor（管理程序）可以翻譯所有的操作系統(tǒng)特權(quán)指令，并保存在緩存里備用，而用戶級(jí)指令完全可以全速直接執(zhí)行。 半虛擬化半虛擬化需要修改操作系統(tǒng)內(nèi)核，替換掉不能虛擬化的指令，通過(guò)超級(jí)調(diào)用（Hypercall）直接和底層的虛擬化層Hypervisor來(lái)通訊，Hypervisor同時(shí)也提供了超級(jí)調(diào)用接口來(lái)滿足其他關(guān)鍵內(nèi)核操作，比如內(nèi)存管理、中斷和時(shí)間保持，如下圖所示：半虛擬化的價(jià)值在于降低了虛擬化的損耗，基于Xen的虛擬化是半虛擬化的代表，可通過(guò)修改Linux的內(nèi)核來(lái)實(shí)現(xiàn)CPU和內(nèi)存的虛擬化，通過(guò)定制的操作系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)I/O的虛擬化。第一代的虛擬化增強(qiáng)包括Intel VirtualizationTechnology(VTx)和AMD的AMDV，這兩種技術(shù)都為CPU增加了新的執(zhí)行模式root模式，可以讓VMM運(yùn)行在root模式下，而root模式位于Ring 0的下面?？蛻舨僮飨到y(tǒng)的狀態(tài)保存在VTx（Virtual Machine Control Structure，虛擬機(jī)控制結(jié)構(gòu)）中或AMDv(Virtual Machine Control Block，虛擬機(jī)控制塊)。虛擬機(jī)的內(nèi)存虛擬化很像現(xiàn)在的操作系統(tǒng)支持的虛擬內(nèi)存方式，應(yīng)用程序看到鄰近的內(nèi)存地址空間，這個(gè)地址空間無(wú)需和下面的物理機(jī)器內(nèi)存直接對(duì)應(yīng)，操作系統(tǒng)保持著虛擬頁(yè)到物理頁(yè)的映射。圖：內(nèi)存虛擬化為了在一臺(tái)機(jī)器上運(yùn)行多個(gè)虛擬機(jī)，需要增加一個(gè)新的內(nèi)存虛擬化層，也就是說(shuō)，必須虛擬MMU來(lái)支持客戶操作系統(tǒng)。VMM負(fù)責(zé)映射客戶物理內(nèi)存到實(shí)際機(jī)器內(nèi)存，它通過(guò)影子頁(yè)表來(lái)加速映射。當(dāng)客戶操作系統(tǒng)更改了虛擬內(nèi)存到物理內(nèi)存的映射表，VMM也會(huì)更新影子頁(yè)表來(lái)啟動(dòng)直接查詢。 設(shè)備和I/O虛擬化最后一個(gè)模塊是設(shè)備和I/O虛擬化，也就是如何管理和路由物理設(shè)備和虛擬設(shè)備之間的I/O請(qǐng)求。就拿網(wǎng)絡(luò)為例，通過(guò)虛擬網(wǎng)卡和交換機(jī)可以在一臺(tái)物理機(jī)上不同虛擬機(jī)之間建立虛擬網(wǎng)絡(luò)，而這不會(huì)在物理網(wǎng)絡(luò)上產(chǎn)生任何的流量；允許多個(gè)物理網(wǎng)卡綁定成一個(gè)虛擬機(jī)網(wǎng)卡，提供了很好的容錯(cuò)能力，同時(shí)保持了同一MAC地址。Hypervisor虛擬化物理硬件，為每臺(tái)虛擬機(jī)提供一套標(biāo)準(zhǔn)的虛擬設(shè)備，如上圖所示。該硬件標(biāo)準(zhǔn)化的過(guò)程也讓虛擬機(jī)標(biāo)準(zhǔn)化，讓虛擬機(jī)更容易在各種平臺(tái)上自由移動(dòng)，而無(wú)需關(guān)心下面實(shí)際的物理硬件類型。2) 高性能為了滿足高并發(fā)、高吞吐率的訪問(wèn)，云計(jì)算中心的基礎(chǔ)平臺(tái)必須有足夠的處理能力。4) 可擴(kuò)展必須保證計(jì)算子系統(tǒng)具有高可擴(kuò)展的能力，從而保護(hù)投資，作為分期建設(shè)。6) 節(jié)能降耗大型數(shù)據(jù)中心需要大量的電力，計(jì)算子系統(tǒng)作為電力消耗的大頭，需要有切實(shí)的措施保證節(jié)能。如下圖所示：圖：計(jì)算資源池示意圖如上圖，本項(xiàng)目建設(shè)的計(jì)算資源池同樣包括兩部分區(qū)域的計(jì)算資源池，一部分是GNC區(qū)計(jì)算資源池，另一部分是CEGN區(qū)計(jì)算資源池。根據(jù)基礎(chǔ)平臺(tái)總體架構(gòu)以及網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)中對(duì)功能區(qū)的劃分原則，將計(jì)算設(shè)備按照需要實(shí)現(xiàn)的功能劃分為多個(gè)功能分區(qū)，支撐不同的上層業(yè)務(wù)應(yīng)用，同時(shí)也對(duì)應(yīng)不同的安全和管理功能。每個(gè)區(qū)域部署的位置見(jiàn)如上計(jì)算資源池示意圖。數(shù)據(jù)庫(kù)區(qū)因?yàn)閿?shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用對(duì)業(yè)務(wù)并發(fā)量以及安全性等的要求，建議使用X86服務(wù)器集群架構(gòu)進(jìn)行支撐，而且選用8路X86高性能服務(wù)器以支撐。另外的業(yè)務(wù)應(yīng)用邏輯資源區(qū)、Web服務(wù)發(fā)布區(qū)和DMZ區(qū)通過(guò)虛擬化技術(shù)以支撐。業(yè)務(wù)資源邏輯區(qū)、Web服務(wù)發(fā)布區(qū)和DMZ區(qū)基于X86架構(gòu)機(jī)架式服務(wù)器，通過(guò)部署云操作系統(tǒng)的虛擬化管理中心模塊，基于Xen、Vmware等主流虛擬化技術(shù)，提供基本的虛擬機(jī)管理、監(jiān)控、分配和使用功能，提供資源靜態(tài)分配及動(dòng)態(tài)調(diào)度管理功能，如下圖所示：圖：虛擬化管理中心管理區(qū)基于雙路X86服務(wù)器進(jìn)行構(gòu)建，部署具備HA架構(gòu)的云操作系統(tǒng)，基于云管理平臺(tái)的虛擬組織功能，可以根據(jù)計(jì)算資源池上運(yùn)行的應(yīng)用之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，形成虛擬數(shù)據(jù)中心，為大連市交通各委辦局用戶提供更好的使用體驗(yàn)。2) 廣泛網(wǎng)絡(luò)接入云計(jì)算能力可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)獲取，并利用標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)制來(lái)促進(jìn)對(duì)各種胖或瘦的客戶平臺(tái)的使用。3) 資源池本項(xiàng)目建設(shè)的計(jì)算資源池是一個(gè)遵循多租戶模型，為眾多委辦局用戶按需分配和重分配物理的以及虛擬的資源的資源池。4) 快速?gòu)椥垣@取資源在某些情況下，計(jì)算資源可以自動(dòng)地被獲取和釋放，以快速的滿足用戶的需求。5) 服務(wù)可測(cè)量云計(jì)算運(yùn)營(yíng)中心自動(dòng)控制和優(yōu)化資源的使用，其機(jī)制是根據(jù)測(cè)量，并在某些抽象級(jí)別上影響分配給不同類型服務(wù)資源的數(shù)量（如存儲(chǔ)、計(jì)算、帶寬、活動(dòng)用戶數(shù)等）。尤其是從服務(wù)提供者的角度，可以通過(guò)可計(jì)量的服務(wù)，準(zhǔn)確衡量需要的計(jì)算資源量以及未來(lái)的需要量，有利于信息化整體規(guī)劃。業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)為能承載更多的虛擬機(jī)并保證虛擬機(jī)性能，建議配置4路處理器，每顆處理器核心數(shù)盡可能多、主頻盡可能高，同時(shí)配置大容量?jī)?nèi)存，配置4個(gè)千兆自適應(yīng)網(wǎng)口（電口），用于業(yè)務(wù)與管理。業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)放置在業(yè)務(wù)區(qū)機(jī)柜中。 選型建議天闊A620rG是一款2U雙路路64位機(jī)架式服務(wù)器，該機(jī)型支持AMD Opteron 6200、6300系列處理器。A840rG采用4U機(jī)架式設(shè)計(jì)，優(yōu)良的外觀工藝水平，模塊化設(shè)計(jì)，智能散熱系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)，大大提升了機(jī)器可靠性、易用性。系統(tǒng)還提供多種獨(dú)特功能部件，包括熱插拔大功率高效電源，熱插拔風(fēng)扇冗余模組，智能故障指示系統(tǒng)等。 TC6600 刀片系統(tǒng)目前支持基于 Intel Grantley 平臺(tái)。對(duì)于系統(tǒng)的關(guān)鍵部件和功能模塊，TC6600 采用冗余設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了企業(yè)級(jí)的 RAS 特性，可滿足關(guān)鍵應(yīng)用的需求。OperaFirm是一款采用全新設(shè)計(jì)理念的新一代運(yùn)維堡壘機(jī)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)認(rèn)證身份管理、細(xì)粒度訪問(wèn)控制、全面的操作追蹤、自適應(yīng)的口令托管和完備的合規(guī)報(bào)表等功能，支持UNIX、LINUX、WINDOWS服務(wù)器以及各類網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。曙光XData 大數(shù)據(jù)一體機(jī)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和處理單元分離，通過(guò)構(gòu)架高效的服務(wù)中間件，將底層采用無(wú)共享(sharednothing)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)，聚合成一個(gè)單一的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)映像，達(dá)到較高的數(shù)據(jù)讀寫并發(fā)度,計(jì)算并發(fā)度，以及良好的系統(tǒng)擴(kuò)展性，可靠性和可維護(hù)性。 XData 向用戶提供統(tǒng)一的類 SQL 的客戶端編程接口，向下管理分布在不同存儲(chǔ)模塊上的多種類型的數(shù)據(jù)，并提供簡(jiǎn)易的用戶管理界面。DBstor100 備份存儲(chǔ)系統(tǒng)可以針對(duì)多平臺(tái)的復(fù)雜 IT 環(huán)境提供企業(yè)級(jí)數(shù)據(jù)保護(hù)，幫助你應(yīng)付所有的挑戰(zhàn)。DBstor100 虛擬帶庫(kù)備份存儲(chǔ)系統(tǒng)，支持高速、高效、大容量的虛擬磁帶庫(kù)（VTL）功能；支持 SmartDisk 技術(shù)并與重復(fù)數(shù)據(jù)刪除技術(shù)的有機(jī)結(jié)合；備份策略的自動(dòng)化管理；完善的介質(zhì)控制功能；多應(yīng)用及異構(gòu)操作系統(tǒng)支持；多種數(shù)據(jù)庫(kù)，操作系統(tǒng)，應(yīng)用程序在線備份；容量