李晶晶，徐 丹，張永超

（中國(guó)交通通信信息中心，北京 100011）

基于云計(jì)算的行業(yè)化數(shù)據(jù)中心架構(gòu)分析

李晶晶，徐 丹，張永超

（中國(guó)交通通信信息中心，北京 100011）

隨著云計(jì)算的發(fā)展，私有云和公有云相結(jié)合的技術(shù)對(duì)支撐和推動(dòng)行業(yè)信息化的發(fā)展具有重要作用。本文通過分析行業(yè)化數(shù)據(jù)中心的必要性和需求，總結(jié)出建設(shè)行業(yè)化數(shù)據(jù)中心的意義和架構(gòu)設(shè)計(jì)，提出了一個(gè)介于企業(yè)級(jí)和互聯(lián)網(wǎng)之間的行業(yè)化數(shù)據(jù)中心的模式，既滿足不同地域的信息資源集約化需求，又滿足行業(yè)特點(diǎn)的專業(yè)化業(yè)務(wù)需求。通過對(duì)基于云計(jì)算的行業(yè)數(shù)據(jù)中心發(fā)展進(jìn)行分析，總結(jié)出其建設(shè)的意義和初步架構(gòu)，旨在為行業(yè)信息化發(fā)展邁向新臺(tái)階，提供一個(gè)可供參考的建設(shè)方案。

云計(jì)算；數(shù)據(jù)中心；行業(yè)化；架構(gòu)

1 行業(yè)化數(shù)據(jù)中心建設(shè)的必要性

1.1 數(shù)據(jù)中心現(xiàn)狀分析

早期的數(shù)據(jù)中心主要作為大型計(jì)算的計(jì)算機(jī)房，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、電力要求高、運(yùn)行環(huán)境苛刻，需要專業(yè)的運(yùn)維人員進(jìn)行維護(hù)。隨著微型計(jì)算機(jī)的普及和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，C/S（Client/Server）計(jì)算架構(gòu)的出現(xiàn)，數(shù)據(jù)中心則主要承載服務(wù)器運(yùn)行和計(jì)算的職責(zé)，運(yùn)維人員可以通過客戶端的微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)維工作。

互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，基于互聯(lián)網(wǎng)為企業(yè)提供服務(wù)器等計(jì)算機(jī)設(shè)備的托放服務(wù)，為用戶提供場(chǎng)地、電源、通信帶寬，系統(tǒng)硬件的購(gòu)置、系統(tǒng)軟件的安裝、系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)。隨著客戶需求的不斷提高，虛擬化技術(shù)的發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)帶寬的加大，IDC則又提供了計(jì)算和存儲(chǔ)資源的出租、網(wǎng)絡(luò)管理、安全管理、系統(tǒng)運(yùn)維和數(shù)據(jù)備份等相應(yīng)的服務(wù)，在提升企業(yè)IT運(yùn)維的專業(yè)化的同時(shí)，又大大減少了IT運(yùn)維的成本。

未來(lái)新一代數(shù)據(jù)中心則較傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心具備如下特征：虛擬化、整合、綠色節(jié)能、安全、自動(dòng)化、性能優(yōu)化。其中，虛擬化是新一代數(shù)據(jù)中心最重要的特征，它將打破IT用戶和IT資源之間的束縛，讓復(fù)雜的系統(tǒng)簡(jiǎn)化。虛擬化是影響新一代數(shù)據(jù)中心發(fā)展的重要技術(shù)之一，其優(yōu)勢(shì)在于有效地提高了數(shù)據(jù)中心的利用效率，降低了投資成本，整合、優(yōu)化了現(xiàn)有服務(wù)器的資源和性能，可以靈活、動(dòng)態(tài)地滿足業(yè)務(wù)發(fā)展的需要。虛擬化讓數(shù)據(jù)中心所承載的基礎(chǔ)設(shè)施資源可以像水、電一樣隨意取用。與虛擬化緊密相連的商業(yè)模式是云計(jì)算，云計(jì)算的核心就是虛擬化資源共享。

但是不難看出，數(shù)據(jù)中心的概念仍然被人們限定在支撐IT的運(yùn)行環(huán)境和基礎(chǔ)設(shè)施的層面上，很難向上提升到信息服務(wù)和業(yè)務(wù)應(yīng)用層面。即便新一代數(shù)據(jù)中心，也難滿足客戶對(duì)自身行業(yè)特性的數(shù)據(jù)中心需求。當(dāng)然，廣義上的數(shù)據(jù)中心的概念不可能解決所有各行各業(yè)的實(shí)際需求，也不具備解決實(shí)際需求的專業(yè)性，因此，在廣義上的數(shù)據(jù)中心概念上，結(jié)合具體行業(yè)需求抽象出一種細(xì)分行業(yè)的“行業(yè)化數(shù)據(jù)中心”概念，從而論證其解決行業(yè)信息化方面的可行性。

1.2 行業(yè)化數(shù)據(jù)中心建設(shè)的必要性

（1）支撐和促進(jìn)“智慧行業(yè)”建設(shè)的迫切要求。目前，在橫向各區(qū)域或大型企業(yè)內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)了許多諸如“智慧城市（企業(yè)）”的信息化系統(tǒng)，能夠?qū)⒐蚕頂?shù)據(jù)的集中管理與共享交換，有效支撐了區(qū)域性的智慧化建設(shè)。但在縱向各行業(yè)體系中，數(shù)據(jù)中心體系建立的少之又少，差距非常明顯。為此，亟需建立以行業(yè)數(shù)據(jù)中心為引領(lǐng)、國(guó)家屬地兩級(jí)數(shù)據(jù)中心聯(lián)動(dòng)的行業(yè)數(shù)據(jù)中心體系，全面提升行業(yè)信息資源交換共享水平，為“智慧行業(yè)”建設(shè)提供必要的信息資源保障。

（2）推動(dòng)行業(yè)數(shù)據(jù)資源高效集約交換共享的迫切需要。從業(yè)單位和企業(yè)投入大量的IT成本已建成的信息系統(tǒng)和數(shù)據(jù)中心，需要在行業(yè)內(nèi)進(jìn)行共享交換才能盤活數(shù)據(jù)資源。建立行業(yè)數(shù)據(jù)中心將提供集約、高效、安全的技術(shù)支撐和機(jī)制保障，避免基礎(chǔ)共享數(shù)據(jù)的重復(fù)采集，大幅減少對(duì)數(shù)據(jù)交換軟件的重復(fù)購(gòu)置，提升行業(yè)信息化建設(shè)實(shí)施的整體能力和水平。

（3）支撐行業(yè)管理、宏觀決策和公共信息服務(wù)的迫切需要。從行業(yè)政府主管部門來(lái)說(shuō)，為履行好行政審批、現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)法、誠(chéng)信評(píng)價(jià)等涉及對(duì)跨區(qū)域流動(dòng)對(duì)象的管理職能，各級(jí)主管部門普遍需要便捷、準(zhǔn)確地獲取管理對(duì)象的基礎(chǔ)信息。行業(yè)宏觀決策也迫切需要有涵蓋全行業(yè)、綜合各領(lǐng)域的權(quán)威數(shù)據(jù)作為支撐。為此，啟動(dòng)部級(jí)行業(yè)數(shù)據(jù)中心建設(shè)，建立形成“全面、及時(shí)、準(zhǔn)確”的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)和主題數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)一數(shù)一源、一數(shù)多用，滿足管理部門和社會(huì)公眾綜合查詢需求，并為行業(yè)宏觀決策分析應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支撐。

（4）提高基礎(chǔ)支撐環(huán)境利用效能的迫切需要。云計(jì)算成為信息技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，迫切需要結(jié)合現(xiàn)有行業(yè)信息化系統(tǒng)，采用虛擬化、硬件模塊化等新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)和計(jì)算資源的統(tǒng)一分配和調(diào)度管理，提升系統(tǒng)建設(shè)開發(fā)效率，降低整體能耗水平，提高基礎(chǔ)支撐環(huán)境利用效能。

綜上所述，在各行業(yè)內(nèi)推廣行業(yè)化數(shù)據(jù)中心的建設(shè)，符合政府、從業(yè)單位在產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的要求，因此，有必要進(jìn)一步探索行業(yè)化數(shù)據(jù)中心的建設(shè)。

2 基于云計(jì)算技術(shù)的行業(yè)化數(shù)據(jù)中心總體框架

在我們明確了行業(yè)化數(shù)據(jù)中心的建設(shè)意義后，下面探討下行業(yè)化數(shù)據(jù)中心建設(shè)的路徑和總體框架。

2.1 行業(yè)化數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)機(jī)構(gòu)的選擇

既然是行業(yè)化數(shù)據(jù)中心就應(yīng)該在行業(yè)內(nèi)選擇數(shù)據(jù)中心承建機(jī)構(gòu)。選擇的機(jī)構(gòu)建議具備如下特點(diǎn)：

（1）行業(yè)內(nèi)具有全局代表性的從業(yè)機(jī)構(gòu)。所謂行業(yè)數(shù)據(jù)中心，應(yīng)站在全行業(yè)的高度，能與行業(yè)各產(chǎn)業(yè)角色有接觸切面，運(yùn)營(yíng)機(jī)構(gòu)應(yīng)該在行業(yè)內(nèi)具有代表性。如國(guó)家行業(yè)主管部門直屬的機(jī)構(gòu)或行業(yè)相關(guān)協(xié)會(huì)為最宜。在交通運(yùn)輸行業(yè)，我們選擇的是“國(guó)際移動(dòng)衛(wèi)星地面站”作為行業(yè)數(shù)據(jù)中心的運(yùn)營(yíng)機(jī)構(gòu)，其作為交通運(yùn)輸部的直屬事業(yè)單位，同時(shí)肩負(fù)著全行業(yè)的衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)，以及地面網(wǎng)絡(luò)的接續(xù)業(yè)務(wù)，所以具有行業(yè)全局代表性。

（2）行業(yè)內(nèi)具有資質(zhì)的運(yùn)營(yíng)機(jī)構(gòu)。擁有全網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心（IDC）運(yùn)營(yíng)牌照，擁有優(yōu)越的地理位置、電信級(jí)的機(jī)房環(huán)境、完備的安全防護(hù)系統(tǒng)、豐富的網(wǎng)絡(luò)資源、專業(yè)的工程師隊(duì)伍、完善的管理制度、豐富的信息通信系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，面向全國(guó)行業(yè)內(nèi)提供機(jī)房租賃、機(jī)架出租、系統(tǒng)租用、系統(tǒng)代維等信息通信系統(tǒng)托管代維服務(wù)。

（3）物理與數(shù)字化資源相對(duì)豐富。針對(duì)全國(guó)性行業(yè)內(nèi)數(shù)據(jù)中心在未來(lái)發(fā)展過程中，未來(lái)滿足新的機(jī)構(gòu)介入，節(jié)點(diǎn)不斷增加，擴(kuò)大容量，建立災(zāi)備中心等擴(kuò)展需求。需要運(yùn)營(yíng)機(jī)構(gòu)具備豐富的物理空間、電力保障和網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用資源。

圖1 基于云計(jì)算的數(shù)據(jù)中心總體框架

2.2 基于“行業(yè)云”的數(shù)據(jù)中心總體框架

作者認(rèn)為基于云計(jì)算的行業(yè)數(shù)據(jù)中心總體框架大致劃分為三層，第一層也是最底層是基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)層（IaaS）層，主要解決服務(wù)器等計(jì)算資源、網(wǎng)絡(luò)資源、存儲(chǔ)資源的虛擬化。第二層是平臺(tái)即服務(wù)PaaS層，主要是構(gòu)建操作系統(tǒng)之上的各類應(yīng)用系統(tǒng)的平臺(tái)或中間件運(yùn)行環(huán)境，方便各類應(yīng)用可以快速開發(fā)和部署。第三層是最頂層的應(yīng)用即服務(wù)SaaS層，它主要解決各類應(yīng)用系統(tǒng)以SaaS模式進(jìn)行軟件共享租用服務(wù)需求。整體框架如圖1所示。

2.2.1 云計(jì)算的基本特點(diǎn)

云計(jì)算是一種商業(yè)計(jì)算模型。它將計(jì)算任務(wù)分布在大量計(jì)算機(jī)構(gòu)成的資源池上，使各種應(yīng)用系統(tǒng)能夠根據(jù)需要獲取計(jì)算力、存儲(chǔ)空間和各種軟件服務(wù)。

云計(jì)算是并行計(jì)算（Parallel Computing）、分布式計(jì)算（Distributed Computing）和網(wǎng)格計(jì)算（Grid Computing）的發(fā)展，或者說(shuō)是這些計(jì)算機(jī)科學(xué)概念的商業(yè)實(shí)現(xiàn)。云計(jì)算是虛擬化（Virtualization）、效用計(jì)算（Utility Computing）、IaaS（基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)）、PaaS（平臺(tái)即服務(wù)）、SaaS（軟件即服務(wù)）等概念混合演進(jìn)并躍升的結(jié)果。

云計(jì)算擁有明顯的特點(diǎn)：一是低成本；二是虛擬機(jī)的支持，使得在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的一些原來(lái)比較難做的事情現(xiàn)在比較容易處理；三是鏡象部署的執(zhí)行，這樣就能夠使得過去很難處理的異構(gòu)程序執(zhí)行互操作變得比較容易處理；四是強(qiáng)調(diào)服務(wù)化，服務(wù)化有一些新的機(jī)制，特別是更適合商業(yè)運(yùn)行的機(jī)制。

云計(jì)算的體系結(jié)構(gòu)由5部分組成，分別為應(yīng)用層、平臺(tái)層、資源層、用戶訪問層和管理層，云計(jì)算的本質(zhì)是通過網(wǎng)絡(luò)提供服務(wù)，所以其體系結(jié)構(gòu)以服務(wù)為核心。

圖2 云計(jì)算體系結(jié)構(gòu)

2.2.2 構(gòu)建數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（IaaS）環(huán)境

如今，有許多企業(yè)級(jí)數(shù)據(jù)中心都在采用服務(wù)器虛擬化技術(shù)。這對(duì)企業(yè)有很大影響，特別是在如今困難的經(jīng)濟(jì)狀況下，服務(wù)器虛擬化可以給企業(yè)在服務(wù)器硬件、機(jī)架空間、能源消耗以及冷卻等方面節(jié)省很大的開支。如果他們?cè)龠M(jìn)行虛擬機(jī)的部署，那就要比物理服務(wù)器整合帶來(lái)更大的效果。

服務(wù)器的虛擬化一般分為“一虛多”和“多虛一”兩種模式，適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)景。其中，國(guó)內(nèi)服務(wù)器虛擬化目前多以“一虛多”模式為主，是將一臺(tái)物理服務(wù)器虛擬成多個(gè)邏輯主機(jī)擁有獨(dú)立的操作系統(tǒng)，提供多主機(jī)的服務(wù)。最主要目的是為了提高效率，力爭(zhēng)讓所有的CPU都跑到100%，力爭(zhēng)讓所有的內(nèi)存和帶寬都占滿。那么“多虛一”的模式則恰恰相反，是因?yàn)轷r有能夠滿足一項(xiàng)大型高性能計(jì)算任務(wù)的主機(jī)，而將多臺(tái)低性能的主機(jī)虛擬成一個(gè)Super Computer，完成高性能計(jì)算，此場(chǎng)景多以Google等互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用在分布式計(jì)算方面應(yīng)用居多。

那么針對(duì)常見的“一虛多”的服務(wù)器虛擬化模式來(lái)說(shuō)，業(yè)界有多種成熟的虛擬化軟件可選，包括VMware和Hyper-V，以及國(guó)產(chǎn)的浪潮等基于開源虛擬化軟件重構(gòu)的平臺(tái)等。如何使用虛擬化軟件在此文中不做詳細(xì)闡述，但無(wú)論使用什么虛擬化架構(gòu)，都有以下原則需要引起注意。

⊙ 使盡可能多的主機(jī)服務(wù)器符合標(biāo)準(zhǔn)。選擇那些可以滿足虛擬機(jī)資源需求的服務(wù)器，隨著虛擬機(jī)需求的增長(zhǎng)，這些服務(wù)器的性能也要提高。

⊙ 對(duì)虛擬工作負(fù)載進(jìn)行辨別和分類，明確每一種工作負(fù)載需要哪些資源。

⊙ 在主機(jī)服務(wù)器上創(chuàng)建多個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)適配器，既可以滿足性能冗余，又能將虛擬機(jī)隔離開來(lái)。

⊙ 制定相應(yīng)的原則來(lái)對(duì)虛擬機(jī)進(jìn)行管理，為產(chǎn)品虛擬機(jī)提供任何其需要的資源，如有必要，從非產(chǎn)品環(huán)境中調(diào)用相應(yīng)的資源。

⊙ 基于各種原則來(lái)分配虛擬機(jī)的部署任務(wù)。

⊙ 針對(duì)具有大量I/O讀寫需求，以及特殊板卡需求的服務(wù)器，需要慎重選擇虛擬化，建議采用物理機(jī)以服務(wù)的而形式發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)里，提供給調(diào)用的主機(jī)使用，避免特殊硬件和板卡的部署限制。

⊙ 留有空閑服務(wù)器來(lái)支持業(yè)務(wù)高峰時(shí)的總做負(fù)載，制定相應(yīng)的虛擬機(jī)遷移規(guī)則，使其只支持產(chǎn)品虛擬機(jī)的運(yùn)行。

以上會(huì)使數(shù)據(jù)中心主機(jī)服務(wù)器上的虛擬機(jī)密度實(shí)現(xiàn)最大化，同時(shí)也可以提高物理服務(wù)器整合比率。

2.2.3 構(gòu)建數(shù)據(jù)中心平臺(tái)即服務(wù)（PaaS）環(huán)境

PaaS層實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)軟硬件資源的快速虛擬化封裝并按照用戶的需求在不同的層次上進(jìn)行動(dòng)態(tài)提供，在多用戶、多應(yīng)用和多資源混合的云計(jì)算平臺(tái)中，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)、自適應(yīng)和高效的資源與應(yīng)用管理、調(diào)度和優(yōu)化。

PaaS層將現(xiàn)有各種業(yè)務(wù)能力進(jìn)行整合，可以歸類為應(yīng)用服務(wù)器、業(yè)務(wù)能力接入、業(yè)務(wù)引擎、業(yè)務(wù)開放平臺(tái)，向下根據(jù)業(yè)務(wù)能力需要，測(cè)算基礎(chǔ)服務(wù)能力，通過IaaS提供的API，調(diào)用硬件資源，向上提供業(yè)務(wù)調(diào)度中心服務(wù)，實(shí)時(shí)監(jiān)控平臺(tái)的各種資源，并將這些資源通過API開放給SaaS用戶。三層架構(gòu)中，PaaS是業(yè)務(wù)核心能力的直接體現(xiàn)。

我們可以為數(shù)據(jù)中心PaaS層選擇一些常用的軟件平臺(tái)和常用的中間件系統(tǒng)作為基礎(chǔ)運(yùn)行環(huán)境，包括J2EE和.Net運(yùn)行環(huán)境、數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行環(huán)境，以及一些數(shù)據(jù)交換中間件等環(huán)境。

2.2.4 構(gòu)建數(shù)據(jù)中心的軟件即服務(wù)（SaaS）模式和環(huán)境

SaaS（軟件即服務(wù)）也稱為軟件運(yùn)營(yíng)服務(wù)，是用戶獲取軟件服務(wù)的一種新形式。它不需要用戶將軟件產(chǎn)品部署在用戶本地服務(wù)器上或網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，而是按某種服務(wù)水平協(xié)議（Service Level Agreement），直接通過網(wǎng)絡(luò)向?qū)ｉT的提供商獲取自己所需要的、帶有相應(yīng)軟件功能的服務(wù)。軟件運(yùn)營(yíng)服務(wù)通?？梢苑譃閮纱箢?，即工具型軟件運(yùn)營(yíng)服務(wù)與管理型軟件運(yùn)營(yíng)服務(wù)。SaaS模式采用了按需租用的模式，通過應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)托管的方式，有效地降低了用戶的建設(shè)、維護(hù)成本，提供了更低的應(yīng)用門檻。SaaS模式完全顛覆了傳統(tǒng)的軟件許可證購(gòu)買的方式，以全新的按需付費(fèi)的方式為SaaS用戶帶來(lái)了更有競(jìng)爭(zhēng)力的消費(fèi)模式。

那么對(duì)于行業(yè)數(shù)據(jù)中心來(lái)說(shuō)，主要聚焦行業(yè)內(nèi)信息化托管，因此可以抽象出一些具有共性、通用的應(yīng)用系統(tǒng)以SaaS模式提供服務(wù)構(gòu)件行業(yè)內(nèi)的SaaS平臺(tái)要實(shí)施以下步驟。

（1）分析提煉共性應(yīng)用系統(tǒng)的需求。由于SaaS模式為不同用戶提供的是一個(gè)統(tǒng)一的平臺(tái)，像一個(gè)大容器一樣，所以用戶租用平臺(tái)的私有軟件功能。因此，這個(gè)平臺(tái)需要業(yè)務(wù)邏輯、技術(shù)架構(gòu)具有一定的共性。對(duì)于行業(yè)化的專業(yè)共性需求來(lái)說(shuō)，這一點(diǎn)是互聯(lián)網(wǎng)IDC所不具備的條件。作者建議兩類應(yīng)用適合進(jìn)行SaaS模式搭建。一是各機(jī)構(gòu)的管理和辦公通信類應(yīng)用，因?yàn)楦鳈C(jī)構(gòu)對(duì)辦公的需求和互聯(lián)通信的需求基本相似，具有業(yè)務(wù)無(wú)關(guān)性。諸如：OA系統(tǒng)、郵件系統(tǒng)、視頻會(huì)議和即時(shí)通信等應(yīng)用需求。二是行業(yè)共性專業(yè)應(yīng)用。此類應(yīng)用一般站在整個(gè)行業(yè)的高度，服務(wù)全行業(yè)，各機(jī)構(gòu)對(duì)其需求具有共性，所以此類應(yīng)用多以行業(yè)主管政府和協(xié)會(huì)業(yè)務(wù)相關(guān)性較大。以交通運(yùn)輸行業(yè)為例，交通運(yùn)輸部與海事局或行業(yè)協(xié)會(huì)主導(dǎo)的行業(yè)數(shù)據(jù)查詢包括資質(zhì)核驗(yàn)、地理空間信息、從業(yè)人員管理、運(yùn)輸設(shè)備與廠商查詢等，以及網(wǎng)上行政辦事大廳等應(yīng)用都具有共性。北京國(guó)際移動(dòng)衛(wèi)星地面站作為交通運(yùn)輸行業(yè)的數(shù)據(jù)中心，則自主運(yùn)營(yíng)著諸如“船岸通信”和郵件相關(guān)系統(tǒng)，同時(shí)也為海事用戶提供船位報(bào)等地理位置服務(wù)。

（2）選擇或研制可支撐SaaS模式的“容器”平臺(tái)。數(shù)據(jù)中心需要選擇相應(yīng)的軟件平臺(tái)具有一定的成熟度，同時(shí)具有可伸縮性，隨著租賃用戶的不斷增大能夠支持分級(jí)分層縱向擴(kuò)展，也支持新用戶的不斷加入的橫向擴(kuò)展。

（3）定制各類用戶的私有軟件空間。平臺(tái)應(yīng)具備不同用戶使用起來(lái)像是企業(yè)自身的專用軟件一樣，從UI表現(xiàn)到數(shù)據(jù)管理，從權(quán)限分配到報(bào)表視圖等都具有一定的“私密性”，保證用戶的數(shù)據(jù)安全和個(gè)性化需求。

（4）系統(tǒng)運(yùn)維。SaaS平臺(tái)軟件具有統(tǒng)一運(yùn)維、分級(jí)運(yùn)維的功能，可以針對(duì)整個(gè)平臺(tái)進(jìn)行全局運(yùn)維，也可以對(duì)某個(gè)租賃用戶的軟件部分進(jìn)行針對(duì)性的運(yùn)維，保證不對(duì)其他用戶產(chǎn)生影響。

2.2.5 構(gòu)建“大數(shù)據(jù)”的計(jì)算服務(wù)環(huán)境

隨著行業(yè)數(shù)據(jù)中心應(yīng)用的增多，移動(dòng)互聯(lián)數(shù)據(jù)的積累，以及行業(yè)用戶對(duì)數(shù)據(jù)消費(fèi)的時(shí)效性要求增高，海量的數(shù)據(jù)計(jì)算將成為行業(yè)數(shù)據(jù)中心的一項(xiàng)重要服務(wù)。

圖3 基于GFS的NoSQL存儲(chǔ)架構(gòu)

以Google為例，作為全球最大的全文檢索搜索引擎，存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量和每天管理的數(shù)據(jù)量達(dá)到了PB級(jí)。因此，Google在內(nèi)部采用了有別于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理技術(shù)Hadoop。Hadoop是一個(gè)分布式系統(tǒng)基礎(chǔ)架構(gòu)，由Apache基金會(huì)開發(fā)。用戶可以在不了解分布式底層細(xì)節(jié)的情況下，開發(fā)分布式程序，充分利用集群的威力高速運(yùn)算和存儲(chǔ)，Hadoop實(shí)現(xiàn)了一個(gè)分布式文件系統(tǒng)HDFS。HDFS有著高容錯(cuò)性的特點(diǎn)，并且設(shè)計(jì)用來(lái)部署在低廉的硬件上，而且它提供高傳輸率來(lái)訪問應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)，適合那些有著超大數(shù)據(jù)集的應(yīng)用程序。HDFS放寬了POSIX的要求，這樣可以流的形式訪問文件系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)。Google使用了HDFS，MapReduce，BigTable三項(xiàng)核心技術(shù)來(lái)解決數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理。其中，MapReduce是基于文件系統(tǒng)之上的并行編程模型，BigTable是Google開發(fā)的大規(guī)模非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)（NoSQL）。那么，以HyperTable為例，我們了解下基于分布式文件系統(tǒng)之上的NoSQL架構(gòu)是如何工作的，如圖3所示。

分布式存儲(chǔ)和NoSQL架構(gòu)一般包括三層節(jié)點(diǎn)：

（1）NoSQL空間節(jié)點(diǎn)。NoSQL提供高可用粗粒度的鎖管理服務(wù)以及存儲(chǔ)小量meta數(shù)據(jù)。在客戶端創(chuàng)建文件或目錄時(shí)，可以通過它來(lái)獲得互斥鎖或共享鎖，在不同的服務(wù)器上分布式運(yùn)行副本來(lái)實(shí)現(xiàn)服務(wù)的高可用，通過分布式一致協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)一致性。

（2）Master節(jié)點(diǎn)。Master負(fù)責(zé)所有的meta操作，比如創(chuàng)建表、刪除表；監(jiān)測(cè)RangeServer的失效，并在失效后為客戶端重新分配服務(wù)的RangeServer；負(fù)責(zé)各Rangeserver之間的負(fù)載均衡。雖然是單Master提供上述服務(wù)，但是通過Standby的方式實(shí)現(xiàn)高可用。

（3）RangeServer。RangeServer負(fù)責(zé)表數(shù)據(jù)片段的管理，處理對(duì)表數(shù)據(jù)的讀寫請(qǐng)求。它能夠處理成千上萬(wàn)的表數(shù)據(jù)片段。在Master的管理下，進(jìn)行數(shù)據(jù)片段在Rangeserver之間遷移（比如：在新增RangeServer后，將部分?jǐn)?shù)據(jù)片段遷移到新server上，實(shí)現(xiàn)服務(wù)的伸縮性擴(kuò)展）。

以上的一個(gè)分布式存儲(chǔ)和計(jì)算的架構(gòu)是否適合所有大數(shù)據(jù)量的應(yīng)用呢？作者認(rèn)為基于Google的大數(shù)據(jù)處理架構(gòu)是有一定適合場(chǎng)景的，它適合數(shù)據(jù)量級(jí)大，但每個(gè)數(shù)據(jù)元素結(jié)構(gòu)和處理邏輯相對(duì)簡(jiǎn)單，才可以適合以Key Value的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)表達(dá)，同時(shí)，便于用MapReduce進(jìn)行切片式分段并行計(jì)算處理。以交通運(yùn)輸行業(yè)數(shù)據(jù)中心為例，運(yùn)輸工具的實(shí)時(shí)經(jīng)緯度位置數(shù)據(jù)，通信回話數(shù)據(jù)都具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但數(shù)據(jù)海量的特點(diǎn)，對(duì)齊進(jìn)行分析和計(jì)算需要耗費(fèi)巨大的系統(tǒng)資源，因此，我們建議此類數(shù)據(jù)的服務(wù)應(yīng)該采用Linux系統(tǒng)搭建基于Hadoop的分布式存儲(chǔ)和運(yùn)算集群環(huán)境，以供各行業(yè)用戶有次需求時(shí)，可以隨時(shí)遷移至該平臺(tái)上，滿足海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)于計(jì)算服務(wù)。

3 結(jié)束語(yǔ)

行業(yè)化數(shù)據(jù)中心可以有效彌補(bǔ) “企業(yè)級(jí)數(shù)據(jù)中心”和“互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心IDC”在行業(yè)專業(yè)化服務(wù)的空缺，站在行業(yè)全局的角度可以縱向聚焦各行業(yè)的公共IT和數(shù)據(jù)服務(wù)。它為各級(jí)行業(yè)行政主管部門提供政務(wù)數(shù)據(jù)共享與交換平臺(tái)，構(gòu)建行業(yè)權(quán)威的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，為全行業(yè)提供公共服務(wù)，為行業(yè)各從業(yè)機(jī)構(gòu)提供集約化的信息化托管和運(yùn)維服務(wù)，符合行業(yè)特點(diǎn)的數(shù)據(jù)資源服務(wù)。

采用云計(jì)算技術(shù)構(gòu)建數(shù)據(jù)中心，可以降低數(shù)據(jù)中心用戶對(duì)IT資源的投入成本，最大化地利用行業(yè)共用基礎(chǔ)設(shè)施。采用平臺(tái)和軟件即服務(wù)模式，可以為降低用戶在使用應(yīng)用系統(tǒng)的門檻，提高數(shù)據(jù)中心各系統(tǒng)的“高內(nèi)聚低耦合性”。通過數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的建設(shè)可以規(guī)范行業(yè)數(shù)據(jù)的管理，建立各主題數(shù)據(jù)資源目錄，以及實(shí)現(xiàn)主題間數(shù)據(jù)資源的共享與交換，為數(shù)據(jù)挖掘與分析打下基礎(chǔ)。

建設(shè)行業(yè)化數(shù)據(jù)中心的服務(wù)對(duì)各行各業(yè)信息化的發(fā)展具有巨大的推動(dòng)作用，同時(shí)采用云計(jì)算和數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)技術(shù)構(gòu)建行業(yè)數(shù)據(jù)中心具有科學(xué)和創(chuàng)新性，因此，作者建議各行各業(yè)關(guān)注建設(shè)基于“行業(yè)云”行業(yè)化數(shù)據(jù)中心的建設(shè)，以滿足各行業(yè)自身對(duì)信息化和數(shù)據(jù)資源的整合與共享服務(wù)的需求。

[1] 袁玉宇．云計(jì)算時(shí)代的數(shù)據(jù)中心．北京：電子工業(yè)出版社，2012

[2] 王克照．智慧政府之路（大數(shù)據(jù)云計(jì)算物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)應(yīng)用）．北京：清華大學(xué)出版社，2014

[3] 王星．大數(shù)據(jù)分析：方法與應(yīng)用．北京：清華大學(xué)出版社，2013

[4] （美）黃鎧，（美）?？怂?，（美）唐加拉．云計(jì)算與分布式系統(tǒng)：從并行處理到物聯(lián)網(wǎng)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013

[5] （美）埃爾．云計(jì)算：概念、技術(shù)與架構(gòu)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014

[6] 鄭葉來(lái)，陳世峻．分布式云數(shù)據(jù)中心的建設(shè)與管理．北京：清華大學(xué)出版社，2013

Analysis of Cloud-based Industry Data Center Architecture

Li Jingjing, Xu Dan, Zhang Yongchao
(China Transport Telecommunications & Information Center, Beijing, 100011)

With the development of cloud computing, the combination of private and public clouds plays an important role in supporting and promoting the development of industry informatization. This article, through analyzing the necessity and demand of the data center, sums up the significance of constructing data center and its architectural design, puts forward a model which falls between enterprise-level and Internet-level. It not only satisfies the intensiveness of information resource in different areas, but also meets the special demand of professionalism. The analysis of the development on cloud-based industry data center, sums up the significance of its construction and preliminary architecture, aims at providing a referencable construction scheme for the development of industry informatization.

cloud computing; data center; Architecture

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2015.09.013

TN919

B

1672-7274（2015）09-0053-06

李晶晶，女，1982年生，河北滄州人，工程師，長(zhǎng)安大學(xué)工程碩士，主要研究方向?yàn)樾l(wèi)星通信及網(wǎng)絡(luò)與信息化。