深度解析：如何從動態(tài)數(shù)據(jù)中心到云計算

hedzr 發(fā)布于2019-04-25 16:48 / 2210人閱讀

摘要：資源利用率低數(shù)據(jù)中心中各種資源利用率低是目前普遍存在的一個問題。隨著計算需求持續(xù)增加，數(shù)據(jù)中心的規(guī)模也在不斷增長。我們可以看到數(shù)據(jù)中心的計算方式從之前的分散方式又逐漸回歸到了集中方式。

企業(yè)IT的價值要讓它的客戶也就是業(yè)務(wù)部門認(rèn)同不是一件容易的事情。業(yè)務(wù)部門對企業(yè)IT往往有一些自己的看法，比如：IT提供有限的價值，是企業(yè)的成本中心;相對于IT服務(wù)的價值，IT的投資成本較高;無論是計算還是存儲，經(jīng)常遇到容量不足的問題;不能及時響應(yīng)業(yè)務(wù)的變化;不能持續(xù)提供一致的服務(wù)水平，尤其是在可用性和彈性方面;在運行復(fù)雜IT環(huán)境時缺乏足夠的能力;服務(wù)設(shè)計單調(diào)一致，缺乏個性化能力等。

這些認(rèn)知中的大部分可以歸結(jié)為成本、靈活性或服務(wù)水平的問題。當(dāng)企業(yè)把內(nèi)部傳統(tǒng)IT的運行方式和效率與通過云計算服務(wù)提供的方式進(jìn)行比較時，這些問題顯得更為突出。于是，如何讓企業(yè)IT以最少費用并增加服務(wù)靈活性和一致性就成為焦點。

公有云服務(wù)中的一些特點對企業(yè)的確非常具有吸引力，比如只需要根據(jù)資源使用量付費，通過快速部署來獲得靈活性，彈性的容量擴(kuò)展，以及一致的服務(wù)水平等。但是在許多企業(yè)場景中將應(yīng)用和數(shù)據(jù)的控制權(quán)完全給第三方服務(wù)供應(yīng)商是不現(xiàn)實的，比如銀行、政府等機(jī)構(gòu)的應(yīng)用就有數(shù)據(jù)安全等方面的因素。這就帶來了私有云的概念，企業(yè)需要按照類似公有云的一些技術(shù)和服務(wù)方式來提供企業(yè)內(nèi)部IT服務(wù)，也就是說企業(yè)需要自己構(gòu)建和運維數(shù)據(jù)中心。當(dāng)然，企業(yè)自己的這些IT服務(wù)并不影響自身在適當(dāng)?shù)膽?yīng)用場景采用第三方的云計算服務(wù)。企業(yè)可以自己運維關(guān)鍵業(yè)務(wù)系統(tǒng)，但是同時也可以把一些標(biāo)準(zhǔn)的IT服務(wù)(比如電子郵件)采用第三方的云服務(wù)，比如微軟的Exchange Online服務(wù)。

剖析傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心

當(dāng)前大部分?jǐn)?shù)據(jù)中心的IT系統(tǒng)都是采用傳統(tǒng)方式構(gòu)建的。企業(yè)在構(gòu)建這些數(shù)據(jù)中心的時候一般都把主要精力放在了保障應(yīng)用能夠穩(wěn)定、安全和可靠地運行上，而在資源利用率、綠色環(huán)保等方面的要求相對考慮比較少。這類數(shù)據(jù)中心普遍存在以下情況。

1. 資源利用率低

數(shù)據(jù)中心中各種資源利用率低是目前普遍存在的一個問題。多家第三方機(jī)構(gòu)的調(diào)研表明企業(yè)數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器平均利用率一般低于15%。造成服務(wù)器資源利用率低的主要原因是，各個業(yè)務(wù)部門在提出業(yè)務(wù)應(yīng)用需求時都在多帶帶規(guī)劃、設(shè)計其業(yè)務(wù)應(yīng)用的運行環(huán)境，并且是按照較大業(yè)務(wù)規(guī)模的要求進(jìn)行系統(tǒng)容量的規(guī)劃和設(shè)計。比如，一個企業(yè)的財務(wù)應(yīng)用一般在月末或季末的時候使用量比較大，而其他時間的使用量則比較小，但是為了保證系統(tǒng)能夠一直穩(wěn)定運行，這個財務(wù)應(yīng)用的資源配置方式就是按照其較高峰使用量來設(shè)計。

2. 資源孤島

根據(jù)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的各自要求建設(shè)響應(yīng)的IT設(shè)施并進(jìn)行相應(yīng)的部署實施。各應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)相對獨立的"孤島"，因此很難從IT基礎(chǔ)架構(gòu)整體的角度來考慮資源分配及使用的合理性。在以前進(jìn)行SOA建設(shè)的時候，我們通過企業(yè)服務(wù)總線(ESB，Enterprise Service Bus)的方式，在應(yīng)用層面來避免各個應(yīng)用系統(tǒng)成為一個個獨立的"煙囪"。但是從基礎(chǔ)設(shè)施的角度看這些應(yīng)用系統(tǒng)，它們還是一個個獨立的"煙囪"。

這些資源一旦分配給某個應(yīng)用系統(tǒng)，就相對固化了。不論業(yè)務(wù)系統(tǒng)真正投入生產(chǎn)后的具體使用情況如何，資源都很難再進(jìn)行調(diào)配。因此，從整體上看資源利用率也普遍很低。

3. 自動化程度很低

傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心資源配置和部署過程多采用人工方式，沒有相應(yīng)的平臺支持，沒有自服務(wù)和自動部署的能力，使大量人力資源耗費在了繁重的重復(fù)性工作上。因此，對業(yè)務(wù)部門的需求往往無法做到即時相應(yīng)和準(zhǔn)確有效。數(shù)據(jù)中心的自動化發(fā)展就像20世紀(jì)初福特T型車開創(chuàng)高效的汽車自動化生產(chǎn)線一樣無可避免。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心對虛擬化技術(shù)的采用比較少，因此計算資源與底層物理設(shè)備的綁定使得資源的動態(tài)分配非常困難。由于企業(yè)中的不同應(yīng)用系統(tǒng)是在不同時期由不同的項目團(tuán)隊建設(shè)的，因此相互之間的技術(shù)架構(gòu)和平臺差別比較大。數(shù)據(jù)中心里服務(wù)器和各種設(shè)備的數(shù)量和類型較多，不利于IT部門進(jìn)行統(tǒng)一管理與維護(hù)。由于自動化程度較低，傳統(tǒng)企業(yè)數(shù)據(jù)中心中管理人員與服務(wù)器數(shù)量的比例一般是一比幾十，而現(xiàn)今的數(shù)據(jù)中心這個比例可以達(dá)到一比幾千。

根據(jù)麥肯錫公司的估計，全球數(shù)據(jù)中心在基礎(chǔ)設(shè)施和服務(wù)方面的開支每年超過3500億美元，其中一半是在產(chǎn)品上的資本開支，一般是在人工和服務(wù)上的運營開銷。目前IT的所有成本中大約有70%或更多是用于維護(hù)現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施的，只有30%或更少用在新技術(shù)和新應(yīng)用的開發(fā)上。因此，數(shù)據(jù)中心的改造對企業(yè)來說意義重大。

數(shù)據(jù)中心架構(gòu)正在發(fā)生的變化

"話說天下大勢，合久必分，分久必合"。我們可以看到一個很有意思的事情是數(shù)據(jù)中心架構(gòu)的演變也有著類似的發(fā)展規(guī)律。在計算機(jī)剛出現(xiàn)不久的年代，數(shù)據(jù)中心最開始采用的是以主機(jī)為核心的計算方式。這是一張完全集中的方式。由于計算機(jī)的能力和計算需求都相對有限，能夠擁有計算機(jī)的企業(yè)只需要部署一套主機(jī)系統(tǒng)就可以滿足所有業(yè)務(wù)需要。主機(jī)的主要特點就是資源集中在一臺大型計算機(jī)系統(tǒng)中，通過硬件的冗余設(shè)計提高整個計算機(jī)的可靠性。主機(jī)操作系統(tǒng)上的不同應(yīng)用通過分時的方式共享這些計算資源。

隨著計算需求的增加，一臺主機(jī)逐漸不能滿足用戶的需求了。雖然主機(jī)本身的計算能力和可靠性都比較高，但是價格也非常高。因此，越來越多的企業(yè)開始采用一些市場上相對便宜的機(jī)遇UNIX的小型服務(wù)器。當(dāng)X86服務(wù)器出現(xiàn)之后，企業(yè)也更多地采用了這種標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)器。這個時期的企業(yè)數(shù)據(jù)中心的不同應(yīng)用都運行在自己專有的硬件服務(wù)器上面，相互之間是完全獨立的。這些硬件和之上運行的軟件一般都來自于不同的第三方供應(yīng)商。數(shù)據(jù)中心就這樣從集中演變到了相對分散的階段。

隨著計算需求持續(xù)增加，數(shù)據(jù)中心的規(guī)模也在不斷增長。一個數(shù)據(jù)中心中包含成千上萬臺服務(wù)器的情景變得更為常見。當(dāng)服務(wù)器數(shù)量持續(xù)增加的時候，我們發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的復(fù)雜度和管理成本急劇上升。大型數(shù)據(jù)中心面臨的另外一個問題是可靠性。當(dāng)一臺服務(wù)器的可靠性達(dá)到99.99%，這意味著一年的故障時間約為53分鐘。但是，假設(shè)數(shù)據(jù)中心中有一萬臺這樣的服務(wù)器，那么要維護(hù)高可靠性就會變得非常有挑戰(zhàn)性。雖然可以通過硬件的冗余設(shè)計來提高單臺服務(wù)器的可靠性，但是這種方式的成本比較高，而且隨著服務(wù)器數(shù)量的增加其有效性會隨之降低。因此，大型數(shù)據(jù)中心采取的是通過軟件的方式來提高系統(tǒng)的可靠性，在硬件服務(wù)器上通過一個軟件層來構(gòu)成一臺邏輯上的計算機(jī)。這樣當(dāng)?shù)讓幽骋慌_服務(wù)器出現(xiàn)故障時就可以通過軟件的方式進(jìn)行隔離，由于整個數(shù)據(jù)中心規(guī)模很大，因此對整體計算能力和可靠性不會造成影響。像微軟、Google、Yahoo等公司的數(shù)據(jù)中心，一般都是通過這種方式構(gòu)建。由于底層都采用廉價和標(biāo)準(zhǔn)的通用硬件，因此不同公司的數(shù)據(jù)中心的關(guān)鍵競爭力都在于其上運行的軟件系統(tǒng)。

我們可以看到數(shù)據(jù)中心的計算方式從之前的分散方式又逐漸回歸到了集中方式。雖然這種集中方式是邏輯上的，但是用戶感覺到的卻是一臺巨型計算機(jī)。隨著網(wǎng)絡(luò)帶寬和軟件技術(shù)的提升，在物理上分散在不同數(shù)據(jù)中心的計算機(jī)也可以形成一個統(tǒng)一的計算平臺。

筆者在跟企業(yè)的IT管理人員交流的時候，經(jīng)常跟他們討論一個問題，那就是在做IT系統(tǒng)管理的時候是喜歡集中呢還是分散。絕大多數(shù)人的回答喜歡集中的系統(tǒng)，這樣從管理上更為方便，可以采用更自動化的管理和資源分配方式。我們現(xiàn)在可以看到的趨勢是把數(shù)據(jù)中心當(dāng)成是一臺巨型計算機(jī)。也許，這就是新的主機(jī)系統(tǒng)，只不過它更強(qiáng)大、更穩(wěn)定。

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