淺析數(shù)據(jù)中心技術(shù)架構(gòu)演進(jìn)及基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)

張興 公誠管理咨詢有限公司

引言：在信息技術(shù)快速發(fā)展的背景下，數(shù)據(jù)中心作為各行各業(yè)的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，為我國經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)提供了重要支撐。

1 數(shù)據(jù)中心熱點(diǎn)分析

1.1 我國數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)熱點(diǎn)分析

(1)我國數(shù)據(jù)中心利用率和能效水平不斷提高。東部一線城市數(shù)據(jù)中心較飽和，中西部地區(qū)利用率不斷提高。

(2)我國數(shù)據(jù)中心總體布局逐步優(yōu)化，尤其是大型、超大型數(shù)據(jù)中心逐漸向西部以及北上廣深周邊地區(qū)轉(zhuǎn)移。

(3)運(yùn)維管理逐漸成為數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)關(guān)注熱點(diǎn)。

(4)國際企業(yè)加快中國 IDC 市場布局。

1.2 我國數(shù)據(jù)中心的指導(dǎo)方向

《指導(dǎo)意見》提出科學(xué)推動(dòng)數(shù)據(jù)中心的建設(shè)和布局的指導(dǎo)思想。堅(jiān)持以市場為導(dǎo)向，以資源節(jié)約和提高效率為著力點(diǎn)，通過引導(dǎo)市場主體合理選址、長遠(yuǎn)設(shè)計(jì)、按需按標(biāo)建設(shè)，逐漸形成技術(shù)先進(jìn)、結(jié)構(gòu)合理、協(xié)調(diào)發(fā)展的數(shù)據(jù)中心新格局。

2 數(shù)據(jù)中心技術(shù)架構(gòu)演進(jìn)

2.1 數(shù)據(jù)中心技術(shù)發(fā)展特點(diǎn)

2.1.1 更高的性能和速度成為數(shù)據(jù)中心 IT 設(shè)備技術(shù)發(fā)展趨勢

GPU服務(wù)器突破了CPU服務(wù)器的效率瓶頸，計(jì)算速度大幅提升。人工智能的發(fā)展讓數(shù)據(jù)中心面臨更大的計(jì)算難題，對(duì)計(jì)算性能、能耗、吞吐和延遲等方面的提出更高要求。

2.1.2 大規(guī)模、高流量加速數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與技術(shù)演進(jìn)

數(shù)據(jù)中心承載業(yè)務(wù)的不斷變化，以及計(jì)算虛擬化、存儲(chǔ)虛擬化等技術(shù)的應(yīng)用，使得數(shù)據(jù)中心東西流量高速增長，對(duì)數(shù)據(jù)中心內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)管理和性能提出了更高要求。而無損網(wǎng)絡(luò)、光模塊等技術(shù)則可以幫助更好地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心內(nèi)部快速、高效的數(shù)據(jù)傳輸。

2.2 技術(shù)架構(gòu)演進(jìn)

技術(shù)是服務(wù)于業(yè)務(wù)的，沒有業(yè)務(wù)需求的技術(shù)架構(gòu)是無源之水。微服務(wù)化架構(gòu)下的系統(tǒng)必將引入分裂的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，對(duì)于有些高并發(fā)大數(shù)據(jù)量的服務(wù)還會(huì)采用分庫分表的設(shè)計(jì)思想。

2.2.1 探索期

在當(dāng)前主流數(shù)據(jù)倉庫產(chǎn)品中，數(shù)據(jù)加工速度和數(shù)據(jù)管理能力是不可兼得的，任何數(shù)據(jù)倉庫在無限量的數(shù)據(jù)量下處理速度都會(huì)出現(xiàn)瓶頸；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)產(chǎn)品都有自己特定的應(yīng)用場景，應(yīng)該根據(jù)需要選擇合適的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方案；流計(jì)算在處理海量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理最佳的選擇。

(1)HBase分析

由于需要統(tǒng)一業(yè)務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要，數(shù)據(jù)庫必須滿足多維度數(shù)據(jù)查詢，查詢條件分散，引入第三方索引以后部署使用成本較高。

(2)MongoDB選擇

面向文檔的存儲(chǔ)，可以基本滿足聚合操作需求。原生支持索引，支持自建索引，支持組合索引。對(duì)于熱點(diǎn)數(shù)據(jù)會(huì)緩存，數(shù)據(jù)查詢性能強(qiáng)，更新性能不弱，支持分片模式橫向擴(kuò)展。

2.2.2 發(fā)展期

(1)消息隊(duì)列數(shù)據(jù)同步

在最初的技術(shù)架構(gòu)中，采用業(yè)務(wù)消息數(shù)據(jù)同步的方式，如下圖：

圖1 ：業(yè)務(wù)消息數(shù)據(jù)同步

這種架構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，但并不可靠。對(duì)業(yè)務(wù)系統(tǒng)侵入性強(qiáng)，業(yè)務(wù)系統(tǒng)變更，數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)變更等因素都會(huì)影響數(shù)據(jù)一致性，而且每次業(yè)務(wù)變動(dòng)都需要在各種系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)同步代碼做相應(yīng)的修改，容易影響業(yè)務(wù)系統(tǒng)功能性能。

(2)BINLOG事件同步

圖 2：Zookeeper集群

數(shù)據(jù)同步與平臺(tái)業(yè)務(wù)完全解耦，對(duì)業(yè)務(wù)系統(tǒng)和消息中間件實(shí)現(xiàn)零依賴。BinLog數(shù)據(jù)是事務(wù)執(zhí)行成功后的數(shù)據(jù)，可以達(dá)到數(shù)據(jù)最終一致的效果，數(shù)據(jù)模型靈活，元數(shù)據(jù)與Mysql數(shù)據(jù)1：1復(fù)制，整合數(shù)據(jù)模型靈活多樣。

(3)數(shù)據(jù)模型建立

數(shù)據(jù)模型的作用就是滿足各種運(yùn)營需求。為了兼容后續(xù)需求變更，數(shù)據(jù)模型是以mysql元數(shù)據(jù)(行數(shù)據(jù))為基本單位，數(shù)據(jù)冗余比較多，但勝在兼容性強(qiáng)，模型組合簡單。

2.2.3 拓展期

在滿足基本業(yè)務(wù)需求的同時(shí)，MongoDB在大數(shù)據(jù)量聚合上性能并不理想，對(duì)于大數(shù)據(jù)量聚合統(tǒng)計(jì)的需求需要引入實(shí)時(shí)流計(jì)算，以下是數(shù)據(jù)流程圖：

圖3 ：數(shù)據(jù)流程圖

實(shí)時(shí)流數(shù)據(jù)計(jì)算在處理大數(shù)據(jù)計(jì)算方面都有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。可以與MongoDB數(shù)據(jù)倉庫實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)。

3 數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)差異

3.1 數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展特點(diǎn)

3.1.1 高密度、綠色化引發(fā)數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施變革

受高成本、高能耗驅(qū)動(dòng)，數(shù)據(jù)中心供電架構(gòu)逐步簡化。隨著產(chǎn)業(yè)規(guī)模快速增長，數(shù)據(jù)中心建設(shè)成本和能耗激增，可靠性高、成本低的高壓直流（HVDC），成為數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)的新選擇。

3.1.2 模塊化數(shù)據(jù)中心成為數(shù)據(jù)中心建設(shè)新模式

模塊數(shù)據(jù)中心進(jìn)入大批量投產(chǎn)應(yīng)用階段，節(jié)能降支效果非常明顯，對(duì)數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)模塊化、綠色化具有很強(qiáng)的帶動(dòng)和引領(lǐng)作用。

3.1.3 定制化成為數(shù)據(jù)中心設(shè)施設(shè)備的發(fā)展方向

自主設(shè)計(jì)的整機(jī)柜服務(wù)器迭代創(chuàng)新支撐新技術(shù)新應(yīng)用。整機(jī)柜服務(wù)器通過整體機(jī)柜、集中供電、集中散熱、統(tǒng)一管理、一體化交付、模塊化運(yùn)維，可實(shí)現(xiàn) TCO（總投入成本）有效降低。

3.1.4 綠色節(jié)能仍是地方數(shù)據(jù)中心政策的主要抓手

各地積極出臺(tái)數(shù)據(jù)中心節(jié)能減排鼓勵(lì)政策，促進(jìn)數(shù)據(jù)中心綠色化發(fā)展。受北上廣等一線城市政策限制，部分?jǐn)?shù)據(jù)中心建設(shè)需求向周邊地區(qū)外溢。

3.2 主流的數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)

無論數(shù)據(jù)中心的規(guī)模和類型以及交換機(jī)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和應(yīng)用如何，創(chuàng)建連接數(shù)據(jù)中心設(shè)備所需的所有鏈路的底層布線基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)遵循行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)確立的相同的基本設(shè)計(jì)原則。

(1)《數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50174-2017是目前我國最新的數(shù)據(jù)中心的設(shè)計(jì)規(guī)范國家標(biāo)準(zhǔn)，等級(jí)分為A級(jí)（容錯(cuò)）、B級(jí)（冗余）、C級(jí)（基本）。

(2)ANSI/TIA-942-B數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)——該北美標(biāo)準(zhǔn)參考TIA-568系列標(biāo)準(zhǔn)，但包含針對(duì)數(shù)據(jù)中心的附加信息。

(3)國際正常運(yùn)行時(shí)間（Uptime institute）協(xié)會(huì)——該咨詢機(jī)構(gòu)提供改進(jìn)數(shù)據(jù)中心關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施性能、效率和可靠性的指導(dǎo)原則。建立了分級(jí)系統(tǒng)以定義數(shù)據(jù)中心的可用性，1級(jí)提供基本容量，II級(jí)提供冗余容量，III級(jí)可同時(shí)維護(hù)性，IV級(jí)為容錯(cuò)能力。

針對(duì)以上三種較常見的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)，情況見下表：

表1 ：GB50174/TIA942B/Uptime特性類比一覽表

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4 結(jié)語

數(shù)據(jù)中心發(fā)展已進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)的下半場，需我們繼續(xù)關(guān)注發(fā)展趨勢與技術(shù)演進(jìn)，緊隨時(shí)代步伐，同時(shí)熟悉數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施的標(biāo)準(zhǔn)與差異，有利于我們根據(jù)市場業(yè)務(wù)類型，應(yīng)用不同的場景與規(guī)范，最優(yōu)化滿足市場發(fā)展的根本需求。