云計(jì)算（典藏版）課件 第9章 云計(jì)算數(shù)據(jù)中心

第9章云計(jì)算數(shù)據(jù)中心9.1云數(shù)據(jù)中心的特征9.2云數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)部署9.3綠色節(jié)能技術(shù)9.4自動(dòng)化管理of3119.5容災(zāi)備份高級(jí)人工智能人才培養(yǎng)叢書習(xí)題9.1云數(shù)據(jù)中心的特征第9章云計(jì)算數(shù)據(jù)中心of312Facebook、谷歌、亞馬遜等在多地建立了自己的大規(guī)模數(shù)據(jù)中心9.1云數(shù)據(jù)中心的特征of313高設(shè)備利用率綠色節(jié)能高可用性自動(dòng)化管理1234采用虛擬化和容器化技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)和數(shù)據(jù)中心整合，優(yōu)化資源利用率；通過(guò)先進(jìn)的供電和散熱技術(shù)，降低數(shù)據(jù)中心的能耗；系統(tǒng)中各部分的冗余、容錯(cuò)以至容災(zāi)設(shè)計(jì)，保證應(yīng)用服務(wù)的不間斷性；7×24小時(shí)無(wú)人值守并可通過(guò)Internet實(shí)現(xiàn)可視化遠(yuǎn)程管理。云數(shù)據(jù)中心將云計(jì)算與數(shù)據(jù)中心有效結(jié)合實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，具備以下幾個(gè)特征：第9章云計(jì)算數(shù)據(jù)中心第9章云計(jì)算數(shù)據(jù)中心9.2云數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)部署9.1云數(shù)據(jù)中心的特征9.3綠色節(jié)能技術(shù)9.4自動(dòng)化管理of3149.5容災(zāi)備份高級(jí)人工智能人才培養(yǎng)叢書習(xí)題9.2云數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)部署of315數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心內(nèi)部通過(guò)高速鏈路和交換機(jī)連接大量服務(wù)器構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟?guī)模帶寬容錯(cuò)性擴(kuò)展性布線

復(fù)雜性成本兼容性配置開(kāi)銷流量隔離靈活性FatTree中中中中較高較高高較高無(wú)低VL2大大中中較高較高中較高無(wú)中OSA小大差中較低較高低中無(wú)高WDCN小大較好中較低中中中無(wú)高DCell大較大較好較好高較高中較高無(wú)較高FiConn大較大較好較好較高中中較高無(wú)較高BCube小大好較好高較高中較高無(wú)較高M(jìn)DCube大大較好較好高高中較高無(wú)較高第9章云計(jì)算數(shù)據(jù)中心9.2云數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)部署of316FatTree網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用三層級(jí)聯(lián)的交換機(jī)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，有k個(gè)Pod，每個(gè)Pod中包含k個(gè)交換機(jī)，其中k/2個(gè)是接入交換機(jī)，k/2個(gè)是匯聚交換機(jī)。每個(gè)接入交換機(jī)有k個(gè)端口，其中k/2個(gè)連接到主機(jī)端，k/2個(gè)連接到匯聚交換機(jī)。同樣每個(gè)匯聚交換機(jī)的k/2個(gè)端口連接到接入交換機(jī)，另外k/2個(gè)連接到核心交換機(jī)。第9章云計(jì)算數(shù)據(jù)中心9.2.1改進(jìn)型樹(shù)結(jié)構(gòu)9.2云數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)部署of317FatTree網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)相比，F(xiàn)atTree結(jié)構(gòu)有如下特點(diǎn)：消除了樹(shù)形結(jié)構(gòu)上層鏈路對(duì)吞吐量的限制為內(nèi)部節(jié)點(diǎn)間通信提供多條并行鏈路橫向擴(kuò)展的嘗試降低了構(gòu)建數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的成本與現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)使用的以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)和IP配置的服務(wù)器兼容FatTree的擴(kuò)展性受限于核心交換機(jī)端口數(shù)量，目前比較常用的是48端口10G核心交換機(jī)，在3層樹(shù)結(jié)構(gòu)中能夠支持27648臺(tái)主機(jī)。第9章云計(jì)算數(shù)據(jù)中心9.2.1改進(jìn)型樹(shù)結(jié)構(gòu)9.2云數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)部署of318VL2架構(gòu)VL2的核心思想是使用CLOS拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)建立扁平的第二層網(wǎng)絡(luò)。VL2仍然采用三層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行交換機(jī)級(jí)聯(lián)。但不同的是，VL2中的各級(jí)交換機(jī)之間都采用10Gbps端口以減小布線開(kāi)銷。VL2依賴于中心化的基礎(chǔ)設(shè)施來(lái)實(shí)現(xiàn)2層語(yǔ)義和資源整合，面臨單點(diǎn)失效和擴(kuò)展性問(wèn)題。具有以下特點(diǎn)：第9章云計(jì)算數(shù)據(jù)中心9.2.1改進(jìn)型樹(shù)結(jié)構(gòu)扁平尋址，這可以允許服務(wù)實(shí)例被放置到網(wǎng)絡(luò)覆蓋的任何地方；負(fù)載均衡將流量統(tǒng)一的分配到網(wǎng)絡(luò)路徑；終端系統(tǒng)的地址解析拓展到巨大的服務(wù)器池，并不需要將網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度傳遞給網(wǎng)絡(luò)控制平臺(tái)。9.2云數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)部署of319遞歸層次結(jié)構(gòu)：主要是設(shè)計(jì)好最小遞歸單元的結(jié)構(gòu)和確定好遞歸規(guī)律DCell拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)低層網(wǎng)絡(luò)是基本的構(gòu)建單元，n個(gè)服務(wù)器連接一個(gè)具有n個(gè)端口的交換機(jī)第9章云計(jì)算數(shù)據(jù)中心9.2.2遞歸層次結(jié)構(gòu)構(gòu)建高層次網(wǎng)絡(luò)時(shí)，需要的低層網(wǎng)絡(luò)的個(gè)數(shù)等于每個(gè)低層網(wǎng)絡(luò)中的服務(wù)器個(gè)數(shù)加1DCell拓?fù)涞膬?yōu)勢(shì)是網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展性好，但其拓?fù)涞膶訑?shù)受限于服務(wù)器的端口數(shù)。9.2云數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)部署of3110FiConn拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)低層網(wǎng)絡(luò)是基本的構(gòu)建單元，n個(gè)服務(wù)器連接一個(gè)具有n個(gè)端口的交換機(jī)與DCell類似，如果將FiConn看成一個(gè)虛擬服務(wù)器，那么高層次的FiConn網(wǎng)絡(luò)是由若干個(gè)低層次的FiConn網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的一個(gè)完全圖。第9章云計(jì)算數(shù)據(jù)中心9.2.2遞歸層次結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：不需要對(duì)服務(wù)器和交換機(jī)的硬件做任何修改缺點(diǎn)：每個(gè)FiConn對(duì)外連接的鏈路仍然有限，F(xiàn)iConn的容錯(cuò)性較弱，且其路徑長(zhǎng)度較大，路由效率不高9.2云數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)部署of3111BCube拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)BCube主要為集裝箱規(guī)模的數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)第9章云計(jì)算數(shù)據(jù)中心9.2.2遞歸層次結(jié)構(gòu)第0層就是將n個(gè)服務(wù)器連接到一個(gè)n端口的交換機(jī)；BCubek由n個(gè)BCubek?1和nk個(gè)n端口交換機(jī)組成；優(yōu)勢(shì)：鏈路資源非常豐富，提供了負(fù)載均衡；不足：探測(cè)過(guò)程會(huì)造成較大的通信和計(jì)算開(kāi)銷。9.2云數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)部署of3112Helios拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)混合電/光結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，兩層的多根樹(shù)結(jié)構(gòu)，適用于集裝箱數(shù)據(jù)中心將所有的服務(wù)器劃分為若干集群，每個(gè)集群中的服務(wù)器連接到接入交換機(jī)，每個(gè)接入交換機(jī)與一個(gè)2層或3層電交換網(wǎng)絡(luò)和一個(gè)光網(wǎng)絡(luò)連接。第9章云計(jì)算數(shù)據(jù)中心9.2.3光交換網(wǎng)絡(luò)該拓?fù)浔ＷC了服務(wù)器之間的通信可使用分組鏈路，也可使用光纖鏈路。9.2云數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)部署of3113OSA體系結(jié)構(gòu)OSA(OpticalSwitchingArchitecture)是基于光交換的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)；主要引入光交換矩陣和波長(zhǎng)選擇交換機(jī)作為技術(shù)基礎(chǔ)，光交換模塊是雙向N×N矩陣，任意輸入端口可以連接到任意的輸出端口，波長(zhǎng)選擇交換機(jī)WSS是一個(gè)1×N交換機(jī)，由一個(gè)通用和N個(gè)波長(zhǎng)端口組成第9章云計(jì)算數(shù)據(jù)中心9.2.3光交換網(wǎng)絡(luò)優(yōu)點(diǎn)：光交換具有潛在的更高的傳輸速率、更靈活的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并且其制冷成本更低；不足：面向連接的網(wǎng)絡(luò)，將不可避免引入時(shí)延。9.2云數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)部署of3114WDCN體系結(jié)構(gòu)2009年美國(guó)微軟的Kandula指出可以增加新的“飛路”（Flyways）來(lái)緩解部分熱節(jié)點(diǎn)的擁塞狀況，2011年Cui等人提出了一個(gè)異構(gòu)的以太網(wǎng)/無(wú)線體系結(jié)構(gòu)WDCN；第9章云計(jì)算數(shù)據(jù)中心9.2.4無(wú)線數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)優(yōu)點(diǎn)：可靈活調(diào)整網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，不必進(jìn)行重新布線；不足：傳輸距離是有限的，限制大規(guī)模數(shù)據(jù)中心部署。9.2云數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)部署of3115SDN架構(gòu)SDN是一種新型的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它將網(wǎng)絡(luò)的控制平面與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)平面進(jìn)行分離，數(shù)據(jù)流的接入、路由等都由一個(gè)集中控制器來(lái)控制，而交換機(jī)只是按控制器所設(shè)定的規(guī)則進(jìn)行數(shù)據(jù)分組的轉(zhuǎn)發(fā)第9章云計(jì)算數(shù)據(jù)中心9.2.5軟件定義網(wǎng)絡(luò)SDN架構(gòu)主要分為基礎(chǔ)設(shè)施層、控制層和應(yīng)用層：基礎(chǔ)設(shè)施層由經(jīng)過(guò)資源抽象的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成；控制層是整個(gè)SDN架構(gòu)的核心,負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的控制和管理；應(yīng)用層包含組織使用的典型網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用或功能。9.2云數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)部署of3116OpenFlowOpenFlow是第一個(gè)針對(duì)SDN實(shí)現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)接口，包括數(shù)據(jù)層與控制層之間的傳輸協(xié)議、控制器上的API等。OpenFlow主要由OpenFlow交換機(jī)、控制器兩部分組成。OpenFlow交換機(jī)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能，技術(shù)細(xì)節(jié)由三部分組成：流表、安全信道和OpenFlow協(xié)議。控制器中的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制邏輯功能，NOX控制器維護(hù)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)視圖。第9章云計(jì)算數(shù)據(jù)中心9.2.5軟件定義網(wǎng)絡(luò)9.2云數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)部署of3117B4SDN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)谷歌將自己的SDN網(wǎng)絡(luò)命名為為B4，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分為三層：物理設(shè)備層（SwitchHardware）、局部網(wǎng)絡(luò)控制層（SiteControllers）和全局控制層（Global）。第9章云計(jì)算數(shù)據(jù)中心9.2.5軟件定義網(wǎng)絡(luò)鏈路帶寬利用率提高了3倍以上，鏈路成本大大降低，而且網(wǎng)絡(luò)更穩(wěn)定，對(duì)路徑失效的反應(yīng)更快，大大簡(jiǎn)化了管理，也不再需要交換機(jī)使用大的包緩存，降低了對(duì)交換機(jī)的要求。第9章云計(jì)算數(shù)據(jù)中心9.3綠色節(jié)能技術(shù)9.1云數(shù)據(jù)中心的特征9.2云數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)部署9.4自動(dòng)化管理of31189.5容災(zāi)備份高級(jí)人工智能人才培養(yǎng)叢書習(xí)題9.3綠色節(jié)能技術(shù)of3119第9章云計(jì)算數(shù)據(jù)中心Google公司云數(shù)據(jù)中心解決云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的高能耗問(wèn)題已經(jīng)成為一個(gè)環(huán)境問(wèn)題，構(gòu)建綠色節(jié)能的云計(jì)算數(shù)據(jù)中心也成為一個(gè)重要的研究熱點(diǎn)。云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的耗能越來(lái)越大9.3綠色節(jié)能技術(shù)of3120UPS不間斷供電系統(tǒng)UPS系統(tǒng)自身的效率和服務(wù)器自身的電源模塊效率，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)的效率一般低于77%。轉(zhuǎn)換級(jí)數(shù)過(guò)多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。供電架構(gòu)復(fù)雜且難以維護(hù)。云計(jì)算數(shù)據(jù)中心如何改善配電系統(tǒng)的效率成為一個(gè)重要的問(wèn)題，目前常見(jiàn)的兩個(gè)方案是高壓直流配電和市電直供配電。第9章云計(jì)算數(shù)據(jù)中心9.3.1配電系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心UPSUn-interruptiblePowerSupply電池系統(tǒng)過(guò)渡油機(jī)發(fā)電系統(tǒng)9.3綠色節(jié)能技術(shù)of3121高壓直流配電技術(shù)機(jī)架式電源將傳統(tǒng)的集中供電分散到每個(gè)機(jī)架，可靠性較傳統(tǒng)UPS有很大提高，能夠更好地適應(yīng)云計(jì)算業(yè)務(wù)場(chǎng)景。高壓直流供電+機(jī)架式PSU：去除了服務(wù)器節(jié)點(diǎn)的交流電源系統(tǒng)，在效率方面有了更大的提升，這種配電系統(tǒng)的實(shí)際測(cè)試效率可以提高到85.5%左右。第9章云計(jì)算數(shù)據(jù)中心9.3.1配電系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)9.3綠色節(jié)能技術(shù)of3122市電直供配電技術(shù)市電直供電源保留了機(jī)架式電源支持熱插拔的模塊化設(shè)計(jì)，也采用機(jī)架分散供電的方式，其最大的特點(diǎn)在于最大化減少配電系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，整個(gè)配電系統(tǒng)的綜合效率能夠達(dá)到92%左右第9章云計(jì)算數(shù)據(jù)中心9.3.1配電系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)9.3綠色節(jié)能技術(shù)of3123在數(shù)據(jù)中心運(yùn)行過(guò)程中，服務(wù)器節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、辦公環(huán)境等時(shí)刻產(chǎn)生著熱量，如果不能及時(shí)散發(fā)熱量，數(shù)據(jù)中心將無(wú)法運(yùn)行。第9章云計(jì)算數(shù)據(jù)中心9.3.2空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)數(shù)據(jù)中心IT設(shè)備散熱環(huán)節(jié)9.3綠色節(jié)能技術(shù)of3124云計(jì)算數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)的核心理念：注重IT設(shè)備的溫濕度要求，高效解決區(qū)域化的制冷，是機(jī)架級(jí)別甚至是IT設(shè)備級(jí)別的制冷解決方案，而非著眼機(jī)房環(huán)境溫濕度控制；云計(jì)算數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能措施如下：高溫回風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)根據(jù)不同出水溫度下的制冷和能耗，對(duì)應(yīng)的出水溫度（即空調(diào)回風(fēng)溫度）提高1℃，空調(diào)系統(tǒng)約節(jié)能3%；低能耗加濕系統(tǒng)將純凈的水直接噴灑在多孔介質(zhì)或者空氣中，形成顆粒極小的水霧，由送風(fēng)氣流送；自然冷空調(diào)系統(tǒng)使用室外自然冷風(fēng)直接帶走機(jī)房的IT設(shè)備的散熱，減少了機(jī)械制冷系統(tǒng)中最大的壓縮耗能環(huán)節(jié)，壓縮機(jī)制冷系統(tǒng)的EER由2～3.5提高到10～15，節(jié)能空間巨大。第9章云計(jì)算數(shù)據(jù)中心9.3.2空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)9.3綠色節(jié)能技術(shù)of3125能效利用系數(shù)PUE（PowerUsageEffectiveness，PUE=1+（配電損耗+空調(diào)功耗+其他損耗）/IT功耗）核算第9章云計(jì)算數(shù)據(jù)中心9.3.2空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)FACEBOOK新風(fēng)自然冷空調(diào)系統(tǒng)（PUE=1.07,空調(diào)EER約為15）（1）低溫和降溫風(fēng)系統(tǒng)（2）新風(fēng)過(guò)濾系統(tǒng)（3）氣流組織（4）智能控制9.3綠色節(jié)能技術(shù)of3126集裝箱式數(shù)據(jù)中心，就是將數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、空調(diào)設(shè)備、供電設(shè)備等高密度地裝入固定尺寸的集裝箱中，使其成為數(shù)據(jù)中心的標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建模塊，進(jìn)而通過(guò)若干集裝箱模塊網(wǎng)絡(luò)和電力的互連互通構(gòu)建完整的數(shù)據(jù)中心第9章云計(jì)算數(shù)據(jù)中心9.3.3集裝箱數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)9.3綠色節(jié)能技術(shù)of3127集裝箱數(shù)據(jù)中心的主要特點(diǎn)：第9章云計(jì)算數(shù)據(jù)中心9.3.3集裝箱數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)1高密度集裝箱數(shù)據(jù)中心模塊可容納高密度計(jì)算設(shè)備，相同空間內(nèi)可容納六倍于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的機(jī)柜數(shù)量。2模塊化建立一個(gè)最優(yōu)的數(shù)據(jù)中心生態(tài)系統(tǒng)，具有恰如所需的供電、冷卻和計(jì)算能力等。3按需快速部署集裝箱數(shù)據(jù)中心不需要企業(yè)再經(jīng)過(guò)空間租用、土地申請(qǐng)、機(jī)房建設(shè)、硬件部署等周期，可大大縮短部署周期。4移動(dòng)便攜集裝箱數(shù)據(jù)中心的安裝非常容易，只需要提供電源連接、水源連接（用于冷卻）和數(shù)據(jù)連接即可。9.3綠色節(jié)能技術(shù)of3128從綠色節(jié)能的角度看，集裝箱數(shù)據(jù)中心也采用了諸多良好的設(shè)計(jì)提高數(shù)據(jù)中心的能效比。第9章云計(jì)算數(shù)據(jù)中心9.3.3集裝箱數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)12345縮短送風(fēng)距離提高冷通道溫度冷/熱通道完全隔離隔熱保溫材料FreeCooling功能9.3綠色節(jié)能技術(shù)of3129海底數(shù)據(jù)中心（UnderwaterDataCenter,UDC）是將服務(wù)器等IT設(shè)施安裝在水下密封壓力容器中的數(shù)據(jù)中心；UDC的解決方案主要由岸站、海底高壓復(fù)合纜、海底分電站及海底數(shù)據(jù)艙四部分組成；相較于傳統(tǒng)IDC，UDC通過(guò)與海水進(jìn)行熱交換進(jìn)行冷卻，無(wú)需額外部署制冷系統(tǒng)，營(yíng)運(yùn)成本具有明顯優(yōu)勢(shì)；UDC已實(shí)現(xiàn)模塊化建設(shè)，施工周期短，通過(guò)部署在沿海發(fā)達(dá)地區(qū)，可以有效降低數(shù)據(jù)傳輸?shù)难舆t。第9章云計(jì)算數(shù)據(jù)中心9.3.4海底數(shù)據(jù)中心9.3綠色節(jié)能技術(shù)of3130海底數(shù)據(jù)中心的特點(diǎn)：高功率密度、低PUE，同時(shí)兼顧安全性搭載海水冷卻系統(tǒng)，使用壽命長(zhǎng)支持規(guī)?；渴鸬?章云計(jì)算數(shù)據(jù)中心9.3.4海底數(shù)據(jù)中心特征傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心海底數(shù)據(jù)中心建設(shè)周期1-2年90天左右制冷設(shè)施需要不需要營(yíng)運(yùn)成本高（用電量及電價(jià)相對(duì)較高；電費(fèi)0.8元/度）低（用電量及電價(jià)相對(duì)較低；電費(fèi)≤0.4元/度）數(shù)據(jù)傳輸高延遲低延遲9.3綠色節(jié)能技術(shù)of3131目前常見(jiàn)的云計(jì)算數(shù)據(jù)中心節(jié)能策略和算法可以從功率管理和降低能耗兩個(gè)角度進(jìn)行分類：第9章云計(jì)算數(shù)據(jù)中心9.3.5數(shù)據(jù)中心節(jié)能策略和算法研究功率管理降低能耗云計(jì)算數(shù)據(jù)中心節(jié)能動(dòng)態(tài)功率管理靜態(tài)功率管理關(guān)閉/開(kāi)啟技術(shù)動(dòng)態(tài)電壓/頻率調(diào)整技術(shù)虛擬機(jī)技術(shù)降低空閑能耗降低運(yùn)行時(shí)能耗主要前提是數(shù)據(jù)中心所面臨的負(fù)載隨時(shí)間動(dòng)態(tài)變化，它允許根據(jù)負(fù)載對(duì)功率進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整主要利用高效硬件設(shè)備，通過(guò)設(shè)備結(jié)構(gòu)的改變來(lái)降低能耗9.3綠色節(jié)能技術(shù)of3132目前常見(jiàn)的云計(jì)算節(jié)能技術(shù)：第9章云計(jì)算數(shù)據(jù)中心9.3.5數(shù)據(jù)中心節(jié)能策略和算法研究4．其他節(jié)能技術(shù)1．DVFS節(jié)能技術(shù)當(dāng)CPU未被完全利用時(shí)，通過(guò)降低CPU的供電電壓和時(shí)鐘頻率主動(dòng)降低CPU性能，這樣可以帶來(lái)立方數(shù)量級(jí)的動(dòng)態(tài)能耗降低，并且不會(huì)對(duì)性能產(chǎn)生影響。2．基于虛擬化的節(jié)能技術(shù)允許在一個(gè)主機(jī)上創(chuàng)建多個(gè)虛擬機(jī)，因此減少了硬件資源的使用數(shù)量，改進(jìn)了資源利用率。3．基于主機(jī)關(guān)閉/開(kāi)啟的節(jié)能技術(shù)基于主機(jī)關(guān)閉/開(kāi)啟技術(shù)的節(jié)能策略可以分為隨機(jī)式策略、超時(shí)式策略和預(yù)測(cè)式策略三類。9.3綠色節(jié)能技術(shù)of3133新能源一般指在新技術(shù)基礎(chǔ)上加以開(kāi)發(fā)利用的可再生能源，包括太陽(yáng)能、生物質(zhì)能、風(fēng)能等；綠色和平組織（GreenPeace）定義實(shí)現(xiàn)綠色I(xiàn)T的方式是“高能效+新能源”；第9章云計(jì)算數(shù)據(jù)中心9.3.6新能源的應(yīng)用谷歌海上數(shù)據(jù)中心谷歌風(fēng)能數(shù)據(jù)中心Facebook太陽(yáng)能數(shù)據(jù)中心現(xiàn)在，越來(lái)越多的IT企業(yè)和機(jī)構(gòu)正在逐步實(shí)現(xiàn)完全或者部分新能源驅(qū)動(dòng)的數(shù)據(jù)中心9.3綠色節(jié)能技術(shù)of3134綠色網(wǎng)絡(luò)組織GreenGrid采用碳使用效率（CarbonUsageEffectiveness，CUE）表示每千瓦時(shí)用電產(chǎn)生的碳排放密集程序。數(shù)據(jù)中心應(yīng)用新能源策略新能源模型和預(yù)測(cè)機(jī)制：根據(jù)新能源的不同特性進(jìn)行建模，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)建立能量曲線表等方法來(lái)預(yù)測(cè)新能源產(chǎn)量的變化趨勢(shì)；數(shù)據(jù)中心能源配額規(guī)劃：選擇最佳的能源組合來(lái)最小化開(kāi)銷和碳排放量；數(shù)據(jù)中心內(nèi)作業(yè)調(diào)試機(jī)制：根據(jù)新能源可用量，來(lái)分級(jí)調(diào)度交互性和延遲容忍型作業(yè)、調(diào)節(jié)服務(wù)功耗狀態(tài)以最大化利用新能源；數(shù)據(jù)中心間負(fù)載均衡機(jī)制：對(duì)不同地區(qū)數(shù)據(jù)中心的不同新能源可用量和不同碳排放量，負(fù)載均衡器將請(qǐng)求分發(fā)到不用的地區(qū)進(jìn)行執(zhí)行處理，從而最大化新能源的利用，減少能耗開(kāi)銷和碳排放量。第9章云計(jì)算數(shù)據(jù)中心9.3.6新能源的應(yīng)用CUE數(shù)據(jù)中心總的CO2排放量IT設(shè)備能耗9.3綠色節(jié)能技術(shù)of31352006年ChristianBelady提出了數(shù)據(jù)中心能源利用率（PUE）的概念，已發(fā)展成為一個(gè)全球性的數(shù)據(jù)中心能耗標(biāo)準(zhǔn)。PUE的值等于數(shù)據(jù)中心總能耗與IT設(shè)備能耗的比值，基準(zhǔn)是2，比值越接近1，表示數(shù)據(jù)中心的能源利用率越高。第9章云計(jì)算數(shù)據(jù)中心9.3.7典型的綠色節(jié)能數(shù)據(jù)中心PUE數(shù)據(jù)中心總能耗IT設(shè)備能耗全球最節(jié)能的5個(gè)數(shù)據(jù)中心：1．雅虎“雞窩”式數(shù)據(jù)中心PUE=1.082．Facebook數(shù)據(jù)中心PUE=1.153．谷歌比利時(shí)數(shù)據(jù)中心PUE=1.164．惠普英國(guó)溫耶德數(shù)據(jù)中心PUE=1.165．微軟都柏林?jǐn)?shù)據(jù)中心PUE=1.259.3綠色節(jié)能技術(shù)of3136Facebook數(shù)據(jù)中心為例，具體的節(jié)能措施：整個(gè)冷卻系統(tǒng)都位于二樓，空氣直接吹向服務(wù)器，無(wú)須風(fēng)道，并采用定制的供電設(shè)備第9章云計(jì)算數(shù)據(jù)中心9.3.7典型的綠色節(jié)能數(shù)據(jù)中心混調(diào)室和過(guò)濾室機(jī)架和主板第9章云計(jì)算數(shù)據(jù)中心9.4自動(dòng)化管理9.1云數(shù)據(jù)中心的特征9.2云數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)部署9.3綠色節(jié)能技術(shù)of31379.5容災(zāi)備份高級(jí)人工智能人才培養(yǎng)叢書習(xí)題9.4自動(dòng)化管理of3138數(shù)據(jù)中心自動(dòng)化管理提供實(shí)現(xiàn)所有硬件、軟件和流程協(xié)調(diào)一致工作的組合方法，能跨越技術(shù)領(lǐng)域幫助自動(dòng)完成IT系統(tǒng)管理流程，以提高IT運(yùn)營(yíng)水平；數(shù)據(jù)中心的管理和控制由軟件驅(qū)動(dòng)，通過(guò)數(shù)據(jù)中心統(tǒng)一管理軟件達(dá)到對(duì)數(shù)據(jù)中心設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)、客戶的智能化統(tǒng)一管理；云自動(dòng)化：按需分配和收回服務(wù)器、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用程序。第9章云計(jì)算數(shù)據(jù)中心9.4.1自動(dòng)化管理的特征全面的可視性自動(dòng)的控制執(zhí)行多層次的無(wú)縫集成綜合與實(shí)時(shí)的報(bào)告全生命周期支持9.4自動(dòng)化管理of3139由于資金、效率等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理不可能一蹴而就，自動(dòng)化管理通常須經(jīng)歷三個(gè)階段。第9章云計(jì)算數(shù)據(jù)中心9.4.2自動(dòng)化管理實(shí)現(xiàn)階段數(shù)據(jù)中心自動(dòng)化IT服務(wù)管理第一階段第二階段第三階段IT服務(wù)操作這一階段主要是監(jiān)控和管理IT基礎(chǔ)設(shè)施的廣義集合，如網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、應(yīng)用和相關(guān)的存儲(chǔ)設(shè)備。這一階段會(huì)制定一系列的設(shè)施間的交互和協(xié)作處理，確保IT服務(wù)符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。這一階段的時(shí)間和精力主要是維護(hù)IT環(huán)境，定制、檢查和執(zhí)行服務(wù)層協(xié)議。9.4自動(dòng)化管理of3140數(shù)據(jù)中心自動(dòng)化的最關(guān)鍵成功因素是其基礎(chǔ)服務(wù)和支持流程都已到位。在最低限度上，一個(gè)公司想要采用數(shù)據(jù)中心自動(dòng)化工具必須具備下列條件：第9章云計(jì)算數(shù)據(jù)中心9.4.2自動(dòng)化管理實(shí)現(xiàn)階段管理系統(tǒng)定義過(guò)程認(rèn)知非自動(dòng)化過(guò)程的成本內(nèi)部流程資源支持各類IT管理軟件，能管理、監(jiān)控、探測(cè)、識(shí)別和解決IT設(shè)施的異常行為。一套基本明確定義的流程并能運(yùn)作良好，應(yīng)包括事件管理、變更管理、配置管理和版本管理。為了計(jì)算引入自動(dòng)化的成本節(jié)約，必須知道非自動(dòng)化過(guò)程的成本，避免為了自動(dòng)化而自動(dòng)化。在初始配置時(shí)可使用外部資源，但是在后續(xù)的維護(hù)中，使用內(nèi)部資源是更節(jié)約并有效的。9.4自動(dòng)化管理of3141Facebook在OCP項(xiàng)目硬件管理中對(duì)設(shè)備自動(dòng)化管理給出了具體規(guī)則，硬件管理主要關(guān)注四個(gè)方面的內(nèi)容：固件的生命周期、事件告警和日志、遠(yuǎn)程管理、策略技術(shù)。第9章云計(jì)算數(shù)據(jù)中心9.4.3Facebook自動(dòng)化管理固件的生命周期事件告警和日志遠(yuǎn)程管理策略技術(shù)提供一個(gè)統(tǒng)一界面獨(dú)立地對(duì)固件的二進(jìn)制文件和配置進(jìn)行部署和更新對(duì)產(chǎn)生的機(jī)器事件和日志消息進(jìn)行格式統(tǒng)一遠(yuǎn)程控制機(jī)器配置和執(zhí)行系統(tǒng)操作，并打開(kāi)一個(gè)遠(yuǎn)程控制臺(tái)遵循和鼓勵(lì)有潛在利益的產(chǎn)品和標(biāo)準(zhǔn)，探索未來(lái)的開(kāi)放計(jì)算規(guī)范9.4自動(dòng)化管理of3142每個(gè)Facebook數(shù)據(jù)中心的運(yùn)維工作人員管理了至少20000臺(tái)服務(wù)器，其中部分員工會(huì)管理數(shù)量高達(dá)26000多個(gè)的系統(tǒng)。一體化管理軟件減少了工程師設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)中心性能優(yōu)化方案的時(shí)間，從過(guò)去的12小時(shí)縮短到半個(gè)小時(shí)。第9章云計(jì)算數(shù)據(jù)中心9.4.3Facebook自動(dòng)化管理9.4自動(dòng)化管理of3143當(dāng)你輸入一個(gè)創(chuàng)建服務(wù)器集群的命令時(shí)，StarCluster會(huì)完成如下工作：第9章云計(jì)算數(shù)據(jù)中心9.4.3Facebook自動(dòng)化管理1234567初始化虛擬機(jī)實(shí)例；配置一個(gè)新的安全組；定義一個(gè)用戶友好的主機(jī)名（如node001）；創(chuàng)建一個(gè)非管理員的用戶賬號(hào)；為密碼登錄配置SSH；定義跨集群的網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)（NFS）文件共享；配置Oracle網(wǎng)格引擎排隊(duì)系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)跨服務(wù)器集群的任務(wù)管理。第9章云計(jì)算數(shù)據(jù)中心9.5容災(zāi)備份9.1云數(shù)據(jù)中心的特征9.2云數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)部署9.3綠色節(jié)能技術(shù)of31449.4自動(dòng)化管理高級(jí)人工智能人才培養(yǎng)叢書習(xí)題9.5容災(zāi)備份of3145容災(zāi)備份是通過(guò)在異地建立和維護(hù)一個(gè)備份存儲(chǔ)系統(tǒng)，利用地理上的分離來(lái)保證系統(tǒng)和數(shù)據(jù)對(duì)災(zāi)難性事件的抵御能力第9章云計(jì)算數(shù)據(jù)中心9.5.1容災(zāi)系統(tǒng)的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)容災(zāi)系統(tǒng)對(duì)災(zāi)難的抵抗程度數(shù)據(jù)級(jí)容災(zāi)應(yīng)用級(jí)容災(zāi)數(shù)據(jù)級(jí)容災(zāi)只保證數(shù)據(jù)的完整性、可靠性和安全性，但提供實(shí)時(shí)服務(wù)的請(qǐng)求在災(zāi)難中會(huì)中斷。應(yīng)用級(jí)容災(zāi)系統(tǒng)能夠提供不間斷的應(yīng)用服務(wù)，讓服務(wù)請(qǐng)求能夠透明地繼續(xù)運(yùn)行，保證數(shù)據(jù)中心提供的服務(wù)完整、可靠、安全。9.5容災(zāi)備份of3146數(shù)據(jù)中心的容災(zāi)備份系統(tǒng)主要用兩個(gè)技術(shù)指標(biāo)：數(shù)據(jù)容災(zāi)原理圖第9章云計(jì)算數(shù)據(jù)中心9.5.1容災(zāi)系統(tǒng)的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)恢復(fù)點(diǎn)目標(biāo)（RecoveryPointObjective，RPO），主要指的是業(yè)務(wù)系統(tǒng)所能容忍的數(shù)據(jù)丟失量恢復(fù)時(shí)間目標(biāo)（RecoveryTimeObjective，RTO），RTO主要指的是所能容忍的業(yè)務(wù)停止服務(wù)的最長(zhǎng)時(shí)間9.5容災(zāi)備份of3147容災(zāi)系統(tǒng)的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)第9章云計(jì)算數(shù)據(jù)中心9.5.1容災(zāi)系統(tǒng)的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)SHARE78GB/T20988—2007Tier-0在異地沒(méi)有備份數(shù)據(jù)第一級(jí)異地有備份數(shù)據(jù)，沒(méi)有備份系統(tǒng)，沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)Tier-1異地有備份數(shù)據(jù)，沒(méi)有備份系統(tǒng)，沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)Tier-2異地有備份數(shù)