云计算数据中心参考架构及标准分析

    引言

 

 

    云计算模式给数据中心带来新的需求，包括大规模和超大规模、模块化、安全可靠、可移动和高可伸缩，但是随之而来的是高耗能高排放、安全管理和高效自动化运维问题。规模大和能耗高是现在数据中心发展中的两个显着特征，是各国政府和企业面临的挑战。构建大规模低能耗的绿色数据中心是数据中心持续健康发展的方向。

 

 

    2数据中心相关概念

 

 

    数据中心是一整套复杂的设施。它不仅仅包括计算机系统和其他与之配套的设备（例如通信和存储系统），还包含冗余的数据通信连接、环境控制设备、监控设备以及各种安全装置。

 

 

    新一代绿色数据中心（简称绿色数据中心），就是通过自动化、资源整合与管理、虚拟化、安全以及能源管理等新技术的采用，解决目前数据中心普遍存在的成本快速增加、资源管理日益复杂、信息安全，以及能源危机等尖锐的问题，从而打造与行业/企业业务动态发展相适应的新一代企业基础设施。

 

 

    云计算数据中心是支撑云服务要求的数据中心，包括场地、供配电、空调暖通、服务器、存储、网络、管理系统、安全等相关设施，具有高安全性、资源池化、弹性、规模化、模块化、可管理性、高能效、高可用等特征。

 

 

    从云计算数据中心的定义可以看出，云计算数据中心就是在传统数据中心的基础上，体现云计算关键特征的数据中心。从内涵上看，云计算数据中心包含了新一代绿色数据中心。

 

 

    3云计算数据中心参考架构

 

 

    目前国内外已经广泛开展数据中心的建设，但是对云计算数据中心的组成以及各个组成部分总体要求的认识尚需统一。

 

 

    通过对云计算参考架构，传统数据中心参考架构以及新一代数据中心参考架构的梳理和研究，国家标准《云计算数据中心参考架构》（草案）提出如图1所示的云计算数据中心的组成。

 

 

    从图1可以看出，云计算数据中心参考架构主要包括五个部分：

 

 

    图1云计算数据中心参考架构

 

 

    （1）基础设施

 

 

    基础设施是指为保证云计算服务商IT环境和服务正常运行而必须建设的各类设施，如建筑、电气、空调、网络等，基础设施满足模块化、弹性扩展、按需提供和智能化调度。其中，场地设施主要包括数据中心建设和运行所依赖的环境，包括地理位置、房屋结构等；电力设施包括供配电系统、UPS不间断电源系统；制冷设施包括冷源系统、传输系统和精密空调系统。

 

 

    （2）资源池

 

 

    资源池是指云计算数据中心中所涉及到的各种硬件和软件的集合，按其类型可分为计算资源、存储资源和网络资源。其中，计算资源池由执行和管理计算任务的软硬件资源组成，包括了云计算数据中心内的物理主机、管理物理主机硬件资源的系统软件以及协调多物理主机计算行为的中间件等，以池化方式实现虚拟主机的调度与分配。存储资源池包括各类以存储数据为目的提供的资源，提供的形式包括但不限于块存储、文件存储、对象存储等，提供一种实用性的存储服务，为众多用户提供一个通过网络访问的共享存储池；网络资源池由网络软硬件、网络协议和网络接人资源构成，网络资源池主要实现了云计算数据中心各个组件的互联、用户业务的按需部署和服务。

 

 

    （3）能效管理

 

 

    能效管理包括：能耗计量、能耗评定、能效管理机制。其中能效计量实现对云计算数据中心各种组件（包括基础设施、资源池等）的能源和效率进行计量数据采集、监测；能耗评定是指根据一定的规则对能耗给予评分，包括评定的原则、指标、基本要求与方法：能效管理机制是在云计算数据中心运行过程中，为能有效进行能效管理而建立的对应的组织架构、流程和制度。

 

 

    （4）安全管理

 

 

    安全管理包括技术措施和管理措施两部分，主要用于防范云计算数据中心各种来自外部和内部的攻击、破坏和意外情况等安全威胁，保障云计算数据中心不受影响，信息系统可以稳定运行。其中：技术措施保障云计算数据中心基础设施和资源池的安全；管理措施是对数据中心各种角色的活动控制和规定，包括安全方针、安全组织、人力资源安全等。

 

 

    （5）运维管理

 

 

    运维管理包括：运维管理组织、运维管理机制和运维管理工具。运维管理主要实现云计算数据中心在运维管理过程中准确识别相关功能组件，了解该组件的设计能力，定义与该组件技术特点相匹配的监控指标，并通过主动与被动的管理，最大限度地保证数据中心各功能组件的可用性，最终实现数据中心服务与经济上的目标。

 

 

 [page]   4云计算数据中心相关标准研究

 

 

    4.1基础标准

 

 

    ISO/IEC JTC1/SC39（信息技术的可持续发展委员会）开展的国际标准工作包括：

 

 

    （1） ISO/IEC 30133绿色数据中心最佳实践；

 

 

    （2） ISO/IEC 30131数据中心一分类和成熟度模型。

 

 

    （3） ISO/IEC 30132高能效ICT产品开发指南。

 

 

    我国目前正在开展《云计算数据中心参考架构》和《数据中心资源利用术语》国家标准草案的编制工作。

 

 

    4.2基础设施标准

 

 

    国际方面主要包括美国国家标准协会发布的ANSI/TIA 942-2005《数据中心的通信基础设施》和LEED（Leadership in Energy and Environmental Design）规范。TIA 942描述了对各类数据中心或计算机房的建筑结构、供电系统、环境控制系统和网络布线系统等基础设施的不同可靠性要求和配置。根据数据中心基础设施（供电、空气调节、综合布线及其他系统）的可用性、稳定性和安全性将数据中心分为基本级、部件冗余级、在线维护级、故障容错级等四个等级，可以看出该标准主要是从可靠性出发来指导数据中心的建设。LEED从建筑的角度考虑数据中心的节能和环保。

 

 

    国家标准中涉及机房设计的有GB 50174-2008《电子信息系统机房设计规范》、GB/T 2887-2011《计算机场地通用规范》第3次修订版。这两项标准主要从计算机机房的选址、建设和环境方面进行规范。2012年7月26日，中国计算机行业协会云计算专业委员会正式发布了《中国云计算数据中心基础设施建设指导规范》（草案），该标准是一个关注基础设施建设的计算机行业标准。

 

 

    4.3资源池标准

 

 

    云计算数据中心资源池标准旨在解决计算、存储和网络资源的互操作和可移植。目前，在国际标准方面，主要有《开放虚拟化格式规范》（Open Virtualization Format,   OVF）和（（云据管理接口》（Cloud Data Management Interface,  CDMI）。 OVF描述了一个用来封装和分发运行在虚拟机上的软件的安全、开放、可移植、高效和可扩展的格式。CDMI规范了访问云存储和管理云数据的接口。

 

 

    此外，其他国际标准化组织和协会也纷纷开展此方面的标准研究和编制工作。如开放数据中心联盟（Open Data Center Alliance,ODCA）发布了《虚拟机互操作性修订版1.1：在任意虚拟的VM部署和管理》、《远距离工作负载迁移修订版1.0；SNIA的云基础设施管理接口（CIMI） 。

 

 

    在国家标准方面，已经在弹性计算和云数据存储和管理方面开展相关标准的编制，包括20120568-T-469《基于对象的云存储应用接口》、20120569-T-469《基于Key-Value的云数据管理应用接口》、20120552-T-469《弹性计算应用接口》等。

 

 

    4.4能效管理标准

 

 

    ISO、 IEC、 ITU-T三大国际标准化组织已经开展云计算数据中心能效的标准化研究。其中，ISO/IEC JTC1/SC39开展的国际标准工作包括：

 

 

    （1） ISO/IEC 30134-1数据中心关键性能指标第1部分：概述和总体要求》

 

 

    （2） ISO/IEC 30134-2 +数据中心关键性能指标第2部分：电源使用率》

 

 

    ITU-T/SG5是ITU中从事信息通信技术的电磁环境影响以及与气候变化的关系的标准化工作组。在数据中心能效和环境影响方面，致力于研究能效评价指标、最佳实践和测量方法。目前正在研究《绿色数据中心最佳实践》，主要描述旨在减轻数据中心对气候的负面影响的相关最佳实践，如何建立环境友好的未来数据中心，如基于云计算虚拟化的数据中心。近期将研究关于数据中心度量及监控相关的标准项目。

 

 

    此外，其他国际标准化联盟，如绿色网格（（TheGreen Grid）、开放数据中心联盟（（ODCA），也纷纷开展此方面的研究并取得一系列成果。

 

 

    4.5安全管理及运维管理

 

 

    在安全和运维管理方面的标准主要采用该领域已有的标准规范，如国家标准GB/T 20988-2007《信息系统灾难恢复规范》。

 

 

    5结语

 

 

    随着云计算、物联网和大数据应用的日益普及，云计算数据中心的关键技术及标准化工作的需求也日益明确。一方面，我国非常重视云计算数据中心基础标准的研究工作，已经开展术语和参考架构方面的标准编制工作；另一方面，数据中心的能效管理、安全管理和运维管理方面的标准正日益成为下一步标准化工作的热点。

 

 

    目前，全国信标委云计算标准工作组正在制定的国家标准《云计算数据中心参考架构》已经进入草案编制阶段，该标准主要规范云计算数据中心参考架构以及组成部分的要求，将根据绿色节能、虚拟化、自动化管理、弹性计算等云计算服务的特点为构建云计算数据中心提供参考准则，将为国家和地方积极推动云计算数据中心的应用提供帮助。