云计算课程第2讲

上海交通大学计算机科学与工程系2016年秋授课人:李超特别副研究员云计算概论IntroductiontoCloudComputing二、云数据中心2•云计算的概念？哪些情况不是云？•云计算的演进？有哪些关键里程碑？•云计算的一些共有特征？•云计算部署模型？•云计算服务模型？上节回顾3摘要•数据中心相关概念•数据中心机房建设•数据中心设计优化•国内外案例分析•硬件开发与重构4摘要•数据中心相关概念•数据中心机房建设•数据中心效能优化•国内外案例分析•硬件开发与重构5数据中心解剖•服务器高度单位1U，1U=4.445厘米•一般机架服务器宽19英寸；标准机柜高42U6数据中心是什么？•承载大量计算机服务器•包含许多辅助电气机械设备•依赖网络通讯设施连接到互联网•是云计算时代最重要的ICT基础设施•曾被称为：ServerFarms(服务器农场)•现在多被称为：仓库规模的大型计算机–Warehouse-ScaleComputers(WSC)7数据中心三大主要功能云数据中心存储通信计算8HPC数据中心和IDC数据中心•高性能计算数据中心（HPC）–High-PerformanceComputingDataCenter•互联网数据中心（IDC）–InternetDataCenter–例如：百度数据中心，阿里数据中心，谷歌数据中心TIANHE217.6MWTITAN8.2MWSequoia7.8MWTheK6MWMIRA3.6MW9互联网数据中心使用模式•Single-OwnerDedicatedDataCenter(专有数据中心)–Owned,operatedandcontrolledbythebusiness•PublicCloudDataCenter(公有云)–Sendalldatatoapubliccloudplatform•WholesaleLease(机房的批发整租)–Toleasefloorspaceinafacility(overhundredsKWscapacity)•RetailColocation(多租户托管式)–RentanumberofracksofITequipment10多租户托管式数据中心•Acolocationcentre(alsospelledco-location,orcolo)isatypeofdatacentrewhereequipment,space,andbandwidthareavailableforrentaltoretailcustomers.•多租户托管式数据中心的优势：–Reducedtimetodeployment–Simplifiedcapacityplanning–Easeofnewtechnologyadoption–Consistentandefficientoperation11多租户托管式数据中心调查(a)EstimatedelectricityusagebyU.S.datacentersin2011(excludingsmallserverclosetsandrooms)(b)Colocationrevenuebyverticalmarket12例：Cisco多租户数据中心架构VMDC•VirtualizedMulti-TenantDataCenter2.0–Standardizeddatacenterarchitectureemployingpre-integratedcomputestacks–Focusoninfrastructurecomponentsandautomation(includingserviceorchestration)–Twostandardizeddesignsbasedondatacentersize(compactandlarge)PoD:PointofDelivery(Predefinedlogicalunits)ICS:IntegratedComputeStack(Pre-validatedphysicalunits)VMDC的两个基本模块化资源供给模型紧凑型PoD(CompactPoD)大型PoD(CompactPoD)13数据中心建设质量分级Tier-3Tier-2Tier-4Tier-1政府企业级，99.995%在线，年宕机小于0.4小时，96小时断电保护，2N+1冗余结构大型商业用户，99.982%在线，年宕机小于1.6小时，72小时断电保护，N+1冗余结构中型商业用户，99.749%在线，年宕机时间或达22小时，部分供电设备采取冗余小型商业用户，99.671%在线，年宕机时间或达29小时，无冗余设计数据中心机房建设质量分级目前数据中心机房根据UptimeInstitute提出的标准分四个等级14数据中心建设认证情况对比PCCWPowerbaseMCX10DataCenterHongKong,TierIII建造与设计CenturyLinkDigitalSavvis–HKDataCenter,#130HongKongTierIII建造与设计DigitalRealtyDigitalSavvis–HKDataCenter,#130HongKongTierIII建造与设计CenturyLinkDigitalSavvis–HKDataCenter,#220&230HongKongTierIII建造与设计DigitalRealtyDigitalSavvis–HKDataCenter,#220&230HongKongTierIII建造与设计NTTCommunicationsNTTCommunicationsHongKongFDCHongKongTierIV设计国泰君安GuotaiJunanSecuritiesDataCenterShanghaiTierIV设计苏州国科数据中心SuzhouInternationalScience-ParkDataCenterSuzhouTierIV设计鄂尔多斯国际绿色信息港Tower1AofUniCloudOrdosDCOrdosTierIII设计陕西联通ChinaUnicomXi'anIDCBase#2Xi'anTierIII设计深圳证交所SZSEDataCenterShenzhenTierIII设计华为K3CloudContainerDataCenterShenzhenTierIII设计北京BEATelehouseBeijingBDADataCenterBeijingTierIII设计海南eKing技术HNAGroupNorthernDataCenterHaikouTierIII设计华晨通信VastCloudDataCentreShenzhenTierII设计中国获得Uptime认证的15个数据中心15商用数据中心的建设成本第一级第二级第三级第四级建设时间3个月3至6个月15至20个月15至20个月初次建成1965年1970年1985年1995年购置成本$5000每平米$6500每平米$9500每平米$12000每平米•TCO:TotalCostofOwnership–一般等于CapEX+OpEX–CapEx:CapitalExpenditure（购置／建设成本）–OpEx:OperationalExpenditure(运营／维护成本)16商用数据中心内部TCO分析BreakdownofTCOcostcomponentsforatypicalrackinahighavailability2Ndatacenter17摘要•数据中心相关概念•数据中心机房建设•数据中心设计优化•国内外案例分析•硬件开发与重构18数据中心基础设施组成数据中心基础设施空调制冷电力供配网络电信ICT设备19服务器机柜电源分配单元精准空调能源存储设备发电机开关电板数据中心机房基础设施–电力供配系统电力线缆20数据中心机房基础设施–电力供配系统一般Tier-2等级数据中心的电力供配架构21数据中心机房基础设施–电力供配系统一般数据中心电力供配架构中各层级的大致容量22数据中心机房基础设施–空调制冷系统•CRAC：Computerroomairconditioning•COP系数（CoefficientofPerformance）–服务器每消耗１Ｗ功率，所散发的热需要多少瓦特的致冷和散热系统目前数据中心COP的一般取值范围是多少?A.0.5–1.0B.1.0–1.5C.5–10D.10–15美国采暖，制冷与空调工程师学会23数据中心机房基础设施–空调制冷系统空调热空气冷空气服务器机架通气式地板24数据中心机房基础设施–空调制冷系统•采取升降式地板的开放制冷–运维成本高–制冷不均，散热效率低–风扇消耗能源较大25数据中心机房基础设施–网络电信设备入口房间（承载设备和分界）办公室操作中心电信间设备分布区域（机架/机柜）水平分布区域（LAN/SAN/KVM）主要分布区域（路由，主干LAN/SAN，PBX，M13多路复用器）区域分布区域设备分布区域（机架/机柜）设备分布区域（机架/机柜）水平分布区域（LAN/SAN/KVM）水平分布区域（LAN/SAN/KVM）接运营商接运营商主干线缆水平线缆…………机房区域26数据中心机房基础设施–网络电信设备110100100010000HoursperTB•Datavolumeandvelocitymaybeyondthecapabilityoftoday’scommoditymachines–40G/100GEthernetisonlylimitedtocorebackbonenetworks–AdatarateofseveralTBperhourcanbeadisaster…Source:CiscoSystemsInc.WearehereNet5years27数据中心机房结构化布局俯视图入口房间主要分布区水平分布区水平线缆设备分布区设备分布区设备分布区设备分布区1.电力线缆,网络线缆,送风通道贯穿机房。2.层次化的供电，网络，制冷设备分布于机柜间。3.大型供电设备和制冷机组一般都在机房外配有额外空间。28局部设施规范化建设不容忽视机柜内横向走线管理机柜内纵向走线管理机柜间横纵顶部走线标签命名便于识别利用颜色标定功能美国电信产业协会标准TIA-568,TIA-942；国际ISO/IEC1180129全方位监测和数据采集实现可管理性智能配电监测单元智能环境检测单元电力切换监控器网络通信检测电池检测模块温度水液气流湿度电压安防门禁功率烟火网络30摘要•数据中心相关概念•数据中心机房建设•数据中心效能优化•国内外案例分析•硬件开发与重构31Efficiencyvs.Performance•Therateofcomputationalincrease(Moore’sLaw)isgreaterthantherateofincreaseofpowerefficiency32能效将长期是一个重要问题33数据中心服务器各组成部分功耗34数据中心内部各设施的能耗开销35负载影响能效，比如以供电模块PSU为例•Theefficiencyofpowersupplyunittypicallychangeswiththeload–ServerPSUsareoftenover90%efficientattheiroptimaloperatingpoint(usuallynear75%load),36•铭牌功率（NameplatePower）–机器铭牌上标定的额定功率。–往往指的是服务器的最大功率。对于100个铭牌功率为100瓦的服务器组成的集群，有必要安装10KW的电源吗？铭牌功率问题37两种供给模式•超额供给（Over-provisioning）–为了保证数据中心在任何情况下都保证性能而采取全负荷的超出需要的计算能力和电力供给–一般按照服务器数目乘以铭牌功率进行供电•超额认购（Over-subscribing）–为了提升数据中心负载利用率而在不升级供电设施容量的基础上超额安装服务器。–该情况下数据中心服务器无法全