云計算原理-課件 第7章　數(shù)據(jù)中心

《云計算原理》數(shù)據(jù)中心簡介數(shù)據(jù)中心是一個專門設計用于存儲、管理和處理大量數(shù)據(jù)以及信息的設施，通常包含了計算機服務器、存儲系統(tǒng)、網(wǎng)絡設備以及其他支持這些設備正常運行的基礎設施。數(shù)據(jù)中心硬件：包括高性能服務器、數(shù)據(jù)存儲設備和網(wǎng)絡設備。軟件：操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和虛擬化平臺，支持資源管理和數(shù)據(jù)處理?；A設施：電源系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和安全監(jiān)控設施，確保數(shù)據(jù)中心的穩(wěn)定運行。數(shù)據(jù)中心主要組成部分企業(yè)數(shù)據(jù)中心：為特定企業(yè)提供服務，通常在公司內(nèi)部。云數(shù)據(jù)中心：提供按需訪問的云計算資源，支持多租戶環(huán)境。邊緣數(shù)據(jù)中心：靠近數(shù)據(jù)源的微型數(shù)據(jù)中心，減少延遲。超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心：由大科技公司運營，支持大規(guī)模的云計算和數(shù)據(jù)存儲。數(shù)據(jù)中心的類型空間布局：采用熱通道和冷通道設計優(yōu)化機柜排列，提升散熱效率。冷卻系統(tǒng)：使用空調(diào)系統(tǒng)和液體冷卻技術(shù)，控制溫度和濕度。電力系統(tǒng)：設計冗余電源，使用不間斷電源和發(fā)電機確保持續(xù)供電。安全性：包括物理安全和網(wǎng)絡安全。數(shù)據(jù)中心設計與布局數(shù)據(jù)中心的運營管理監(jiān)控與維護：實時監(jiān)控系統(tǒng)，定期維護以確保設備正常運行。數(shù)據(jù)安全管理：定期備份數(shù)據(jù)，制定訪問控制和應急響應計劃。能源管理：優(yōu)化能源效率，跟蹤能耗，識別節(jié)能機會。合規(guī)與審計：確保遵循行業(yè)標準和法規(guī)，定期進行審計。水資源管理：冷卻系統(tǒng)需要大量水資源，采用循環(huán)水冷卻技術(shù)以減少水消耗和浪費。綠色數(shù)據(jù)中心的興起：采用可再生能源來降低碳足跡，推動可持續(xù)發(fā)展。能源效率的提高：數(shù)據(jù)中心正致力于提升能源使用效率，通過優(yōu)化設備配置和冷卻系統(tǒng)，降低整體能耗。可持續(xù)數(shù)據(jù)中心《云計算原理》王

鵬倉儲級計算機數(shù)據(jù)中心的未來倉儲級計算機（Warehouse-ScaleComputersm,WSC）是現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心的核心，處理和存儲大規(guī)模數(shù)據(jù)。WSC在提高計算效率和數(shù)據(jù)管理中扮演關(guān)鍵角色。是機器學習和大數(shù)據(jù)分析的中心，推動了計算架構(gòu)的發(fā)展。集群技術(shù)與WSC集群技術(shù)使得WSC能夠?qū)碗s問題簡化，通過分組提高WSC的計算效率。監(jiān)督學習在WSC中用于訓練模型，無監(jiān)督學習用于發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中的模式。WSC的物理特性WSC的物理規(guī)模巨大，需要專門的設施來維持其運行。冷卻系統(tǒng)和能源管理是WSC設計中的關(guān)鍵，以保持系統(tǒng)的穩(wěn)定和效率。WSC的成本與基礎設施WSC的建設成本包括電力、冷卻和服務器，這些都是長期投資。基礎設施的建設需要考慮到WSC的擴展性和維護成本。WSC的網(wǎng)絡需求WSC需要高速網(wǎng)絡來支持數(shù)據(jù)的快速傳輸和處理。網(wǎng)絡架構(gòu)的設計直接影響WSC的性能和可靠性。WSC的服務提供WSC為云服務提供支持，存儲和處理來自全球用戶的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)中心的服務能力決定了其能夠支持的用戶數(shù)量和服務質(zhì)量。WSC的硬件與軟件WSC的硬件和軟件需要高度同質(zhì)化，以便于管理和優(yōu)化。硬件的標準化和軟件的自動化管理是WSC高效運行的關(guān)鍵。WSC的未來趨勢未來WSC將面臨新的技術(shù)挑戰(zhàn)，如量子計算和邊緣計算的崛起。WSC的發(fā)展將推動數(shù)據(jù)中心技術(shù)的進步，影響未來的計算架構(gòu)?！对朴嬎阍怼吠?/p>

鵬數(shù)據(jù)中心的供電設施最佳供電設置缺點四級數(shù)據(jù)中心的最佳目標是有兩個來自于不同設施或至少兩個主要變電站，這將提供兩個完全冗余的電源鏈。在經(jīng)濟成本上這種設計不可行。流行方法目前最受歡迎的選擇是備用公用電源供電系統(tǒng)，配備柴油發(fā)電機。在數(shù)據(jù)中心中，公用電源和發(fā)電機電源上安裝了一系列開關(guān)，用于為所有設備提供一定程度的冗余保障。數(shù)據(jù)中心縮略視圖本圖展示了數(shù)據(jù)中心的電力分配系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，包含了主電源、備用發(fā)電機和不間斷電源等關(guān)鍵部件，以確保數(shù)據(jù)中心的設備在各種情況下都能夠持續(xù)運行。市電供電市電通過公用配電變電站提供，電壓范圍可以從2千伏到30千伏以上，配備可以降低電壓至480伏的變壓器。交流開關(guān)設備變壓器將電力傳輸?shù)阶詣忧袚Q開關(guān)。該開關(guān)的作用是檢測當由于電壓降低、停電或短期電力波動等原因?qū)е聛碜允须姷碾娏Σ辉俪渥銜r的情況。如果市電波動，轉(zhuǎn)換器會中斷傳輸并向備用發(fā)電機發(fā)出啟動信號。UPS有一個稱為備用電源的不間斷電源（UPS）。UPS可以是電池或飛輪系統(tǒng)。兩個系統(tǒng)都存儲指定量的能量，以在市電斷電和發(fā)電機啟動之間提供電力。飛輪UPS通常能維持幾分鐘，而電池系統(tǒng)通常為15分鐘或更長時間。供電區(qū)別較久的數(shù)據(jù)中心通常采用208V供電新的數(shù)據(jù)中心采用400V電壓供電《云計算原理》王

鵬數(shù)據(jù)中心的制冷設施服務器在處理和存儲數(shù)據(jù)時消耗大量電力，這些能量轉(zhuǎn)化為熱量。制冷設施是防止電路板過熱、確保設備正常工作的關(guān)鍵。有效的制冷設施能夠降低能耗，提高整體能源使用效率。隨著數(shù)據(jù)處理需求增加，制冷設施要能夠滿足高密度計算環(huán)境的冷卻需求，才能額保障系統(tǒng)性能。制冷設施的重要性

空氣冷卻機架依靠空氣流動來移除服務器產(chǎn)生的熱量。冷空氣從機架前面進入，經(jīng)過服務器時吸收熱量，然后通過機架后面的排氣口排出熱空氣。機架設計有多個風扇，配備空氣過濾器，減少灰塵和雜質(zhì)對設備的影響。適用于低到中等熱負荷的環(huán)境。Air-CooledRacks液冷機架利用液體直接冷卻服務器。冷卻液通過管道系統(tǒng)流經(jīng)機架中的熱交換器或冷卻板，從而帶走熱量。液體具有較高的熱容量，相比空氣，液體能夠更有效地傳導和散熱，在高密度計算環(huán)境中表現(xiàn)尤為優(yōu)越。液冷機架能夠減少對大功率空調(diào)系統(tǒng)的依賴，降低整體能耗，提升數(shù)據(jù)中心的能源使用效率。Liquid-CooledRacks升高地板在地板與基礎之間創(chuàng)建了一個空氣通道，冷空氣可以從地板下方流入機架。通過合理利用地面空間，提高設備的密度和布置效率，使得數(shù)據(jù)中心的空間得到最大化利用。通過促進冷空氣流動，減少設備周圍的熱積聚，從而降低過熱風險，提升整體系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。RaisedFloors通過封閉機架前面的冷通道，確保冷空氣從空調(diào)系統(tǒng)直接流向服務器機架。冷空氣從冷通道的下方進入，經(jīng)過機架的前面吸入服務器，帶走熱量，然后將熱空氣從機架后面排出。通過減少冷空氣和熱空氣的混合，增強了空氣流動的有效性，減少空調(diào)系統(tǒng)的負荷，從而降低能源成本。ColdAisleContainment通過封閉機架后面的熱通道，將熱空氣集中引導至空調(diào)系統(tǒng)服務器將熱空氣從機架后面排出，該熱空氣通過通道引導至專門的冷卻設備，防止熱空氣回流到冷通道。通過有效控制熱空氣流動，增強冷卻設備的工作效率。HotAisleContainmentCRAC是專為數(shù)據(jù)中心和計算機房設計的空調(diào)設備，其主要功能是提供精確的溫度和濕度控制。通過風扇將冷空氣送入機架前面，冷空氣經(jīng)過服務器時吸收熱量后，從機架后面排出CRAC單元能夠根據(jù)數(shù)據(jù)中心的需求精確調(diào)節(jié)溫度和濕度，采用高效的熱交換技術(shù)，快速移除設備產(chǎn)生的熱量。機房空調(diào)單元CRAC《云計算原理》王

鵬數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡架構(gòu)與演變網(wǎng)絡架構(gòu)在數(shù)據(jù)中心的重要性提供高帶寬和低延遲的數(shù)據(jù)傳輸，支持大量數(shù)據(jù)的快速流動。確保各類設備（如服務器、存儲和網(wǎng)絡設備）之間的可靠連接。實現(xiàn)流量負載均衡和動態(tài)資源分配，優(yōu)化數(shù)據(jù)中心性能。支持虛擬化技術(shù)，使多種應用和服務在同一基礎設施上高效運行。傳統(tǒng)網(wǎng)絡架構(gòu)概述三層架構(gòu)接入層：連接終端設備（如服務器和工作站），負責設備的接入和初步數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。匯聚層：匯總來自接入層的數(shù)據(jù)流，執(zhí)行策略和負載均衡，優(yōu)化數(shù)據(jù)流向核心層。核心層：提供高速、低延遲的骨干連接，負責將數(shù)據(jù)傳送至外部網(wǎng)絡或不同的數(shù)據(jù)中心。傳統(tǒng)多層架構(gòu)的優(yōu)缺點優(yōu)點：清晰的層次結(jié)構(gòu)良好的可擴展性高性能缺點：性能瓶頸復雜的配置高成本單點故障風險現(xiàn)代網(wǎng)絡架構(gòu)的需求動態(tài)資源調(diào)配高可用性海量數(shù)據(jù)處理能力低延遲特性靈活擴展性內(nèi)置安全機制

Clos網(wǎng)絡架構(gòu)Clos網(wǎng)絡是一種分層交換網(wǎng)絡架構(gòu)，由CharlesClos提出。高性能連接：Clos網(wǎng)絡適用于大規(guī)模連接，提供高帶寬和低延遲的通信。模塊化結(jié)構(gòu)：通過接入階段、中間階段和出口階段的分層設計，簡化網(wǎng)絡管理。無阻塞特性：在高流量條件下保持高效性能，避免數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖枞los網(wǎng)絡架構(gòu)的三個階段接入階段(IngressStage)：每個接入層交換機連接到所有中間層交換機，確保數(shù)據(jù)能夠快速進入網(wǎng)絡。中間階段(MiddleStage)：由多個中間層交換機構(gòu)成，提供高帶寬和低延遲的連接，為接入層和出口層之間的數(shù)據(jù)傳輸提供支持。出口階段(EgressStage)：。出口層交換機同樣連接到所有中間層交換機，確保高效的數(shù)據(jù)輸出，支持負載均衡和冗余。電子與光學技術(shù)結(jié)合的網(wǎng)絡架構(gòu)定義：利用電子設備進行數(shù)據(jù)處理，同時利用光學技術(shù)進行高速數(shù)據(jù)傳輸，以實現(xiàn)更高的帶寬和更低的延遲。高帶寬：光學傳輸可以支持更高的數(shù)據(jù)速率低延遲：光纖傳輸相比傳統(tǒng)電纜具有更低的信號延遲能效：相較于電信號，光學技術(shù)在長距離傳輸時能耗更低。網(wǎng)絡架構(gòu)的未來趨勢軟件定義網(wǎng)絡(SDN)：SDN允許動態(tài)調(diào)整網(wǎng)絡資源，以適應變化的流量需求。網(wǎng)絡功能虛擬化(NFV)：將網(wǎng)絡服務（如路由、負載均衡等）從專用硬件中解耦，部署為虛擬化的服務，提高網(wǎng)絡的靈活性和可擴展性。光學網(wǎng)絡技術(shù)的應用：未來網(wǎng)絡將更多地采用光纖技術(shù)，以提供更高帶寬和更低延遲的連接?！对朴嬎阍怼吠?/p>

鵬數(shù)據(jù)中心的服務器服務器類型通用服務器：用于運行各種應用程序和服務。存儲服務器：專門用于存儲大量數(shù)據(jù)的服務器。高性能計算服務器：用于處理大規(guī)模計算任務和科學計算。GPU服務器：配備GPU的服務器，用于深度學習、人工智能等需要大量并行計算的應用。網(wǎng)絡服務器：用于網(wǎng)絡流量管理、負載均衡等網(wǎng)絡相關(guān)任務的服務器。聯(lián)想數(shù)據(jù)中心服務器ThinkSystem系列：主打服務器系列，包括塔式服務器、機架式服務器和刀片服務器。ThinkAgile系列：結(jié)合了計算、存儲和虛擬化功能，提供簡化的IT基礎設施管理和部署。ThinkServer系列：適用于中小型企業(yè)和辦公環(huán)境的服務