云计算原理-课件 第7章　数据中心

《云计算原理》数据中心简介数据中心是一个专门设计用于存储、管理和处理大量数据以及信息的设施，通常包含了计算机服务器、存储系统、网络设备以及其他支持这些设备正常运行的基础设施。数据中心硬件：包括高性能服务器、数据存储设备和网络设备。软件：操作系统、数据库管理系统和虚拟化平台，支持资源管理和数据处理。基础设施：电源系统、冷却系统和安全监控设施，确保数据中心的稳定运行。数据中心主要组成部分企业数据中心：为特定企业提供服务，通常在公司内部。云数据中心：提供按需访问的云计算资源，支持多租户环境。边缘数据中心：靠近数据源的微型数据中心，减少延迟。超大规模数据中心：由大科技公司运营，支持大规模的云计算和数据存储。数据中心的类型空间布局：采用热通道和冷通道设计优化机柜排列，提升散热效率。冷却系统：使用空调系统和液体冷却技术，控制温度和湿度。电力系统：设计冗余电源，使用不间断电源和发电机确保持续供电。安全性：包括物理安全和网络安全。数据中心设计与布局数据中心的运营管理监控与维护：实时监控系统，定期维护以确保设备正常运行。数据安全管理：定期备份数据，制定访问控制和应急响应计划。能源管理：优化能源效率，跟踪能耗，识别节能机会。合规与审计：确保遵循行业标准和法规，定期进行审计。水资源管理：冷却系统需要大量水资源，采用循环水冷却技术以减少水消耗和浪费。绿色数据中心的兴起：采用可再生能源来降低碳足迹，推动可持续发展。能源效率的提高：数据中心正致力于提升能源使用效率，通过优化设备配置和冷却系统，降低整体能耗。可持续数据中心《云计算原理》王

鹏仓储级计算机数据中心的未来仓储级计算机（Warehouse-ScaleComputersm,WSC）是现代数据中心的核心，处理和存储大规模数据。WSC在提高计算效率和数据管理中扮演关键角色。是机器学习和大数据分析的中心，推动了计算架构的发展。集群技术与WSC集群技术使得WSC能够将复杂问题简化，通过分组提高WSC的计算效率。监督学习在WSC中用于训练模型，无监督学习用于发现数据中的模式。WSC的物理特性WSC的物理规模巨大，需要专门的设施来维持其运行。冷却系统和能源管理是WSC设计中的关键，以保持系统的稳定和效率。WSC的成本与基础设施WSC的建设成本包括电力、冷却和服务器，这些都是长期投资。基础设施的建设需要考虑到WSC的扩展性和维护成本。WSC的网络需求WSC需要高速网络来支持数据的快速传输和处理。网络架构的设计直接影响WSC的性能和可靠性。WSC的服务提供WSC为云服务提供支持，存储和处理来自全球用户的数据。数据中心的服务能力决定了其能够支持的用户数量和服务质量。WSC的硬件与软件WSC的硬件和软件需要高度同质化，以便于管理和优化。硬件的标准化和软件的自动化管理是WSC高效运行的关键。WSC的未来趋势未来WSC将面临新的技术挑战，如量子计算和边缘计算的崛起。WSC的发展将推动数据中心技术的进步，影响未来的计算架构。《云计算原理》王

鹏数据中心的供电设施最佳供电设置缺点四级数据中心的最佳目标是有两个来自于不同设施或至少两个主要变电站，这将提供两个完全冗余的电源链。在经济成本上这种设计不可行。流行方法目前最受欢迎的选择是备用公用电源供电系统，配备柴油发电机。在数据中心中，公用电源和发电机电源上安装了一系列开关，用于为所有设备提供一定程度的冗余保障。数据中心缩略视图本图展示了数据中心的电力分配系统结构，包含了主电源、备用发电机和不间断电源等关键部件，以确保数据中心的设备在各种情况下都能够持续运行。市电供电市电通过公用配电变电站提供，电压范围可以从2千伏到30千伏以上，配备可以降低电压至480伏的变压器。交流开关设备变压器将电力传输到自动切换开关。该开关的作用是检测当由于电压降低、停电或短期电力波动等原因导致来自市电的电力不再充足时的情况。如果市电波动，转换器会中断传输并向备用发电机发出启动信号。UPS有一个称为备用电源的不间断电源（UPS）。UPS可以是电池或飞轮系统。两个系统都存储指定量的能量，以在市电断电和发电机启动之间提供电力。飞轮UPS通常能维持几分钟，而电池系统通常为15分钟或更长时间。供电区别较久的数据中心通常采用208V供电新的数据中心采用400V电压供电《云计算原理》王

鹏数据中心的制冷设施服务器在处理和存储数据时消耗大量电力，这些能量转化为热量。制冷设施是防止电路板过热、确保设备正常工作的关键。有效的制冷设施能够降低能耗，提高整体能源使用效率。随着数据处理需求增加，制冷设施要能够满足高密度计算环境的冷却需求，才能额保障系统性能。制冷设施的重要性

空气冷却机架依靠空气流动来移除服务器产生的热量。冷空气从机架前面进入，经过服务器时吸收热量，然后通过机架后面的排气口排出热空气。机架设计有多个风扇，配备空气过滤器，减少灰尘和杂质对设备的影响。适用于低到中等热负荷的环境。Air-CooledRacks液冷机架利用液体直接冷却服务器。冷却液通过管道系统流经机架中的热交换器或冷却板，从而带走热量。液体具有较高的热容量，相比空气，液体能够更有效地传导和散热，在高密度计算环境中表现尤为优越。液冷机架能够减少对大功率空调系统的依赖，降低整体能耗，提升数据中心的能源使用效率。Liquid-CooledRacks升高地板在地板与基础之间创建了一个空气通道，冷空气可以从地板下方流入机架。通过合理利用地面空间，提高设备的密度和布置效率，使得数据中心的空间得到最大化利用。通过促进冷空气流动，减少设备周围的热积聚，从而降低过热风险，提升整体系统的稳定性和可靠性。RaisedFloors通过封闭机架前面的冷通道，确保冷空气从空调系统直接流向服务器机架。冷空气从冷通道的下方进入，经过机架的前面吸入服务器，带走热量，然后将热空气从机架后面排出。通过减少冷空气和热空气的混合，增强了空气流动的有效性，减少空调系统的负荷，从而降低能源成本。ColdAisleContainment通过封闭机架后面的热通道，将热空气集中引导至空调系统服务器将热空气从机架后面排出，该热空气通过通道引导至专门的冷却设备，防止热空气回流到冷通道。通过有效控制热空气流动，增强冷却设备的工作效率。HotAisleContainmentCRAC是专为数据中心和计算机房设计的空调设备，其主要功能是提供精确的温度和湿度控制。通过风扇将冷空气送入机架前面，冷空气经过服务器时吸收热量后，从机架后面排出CRAC单元能够根据数据中心的需求精确调节温度和湿度，采用高效的热交换技术，快速移除设备产生的热量。机房空调单元CRAC《云计算原理》王

鹏数据中心的网络架构与演变网络架构在数据中心的重要性提供高带宽和低延迟的数据传输，支持大量数据的快速流动。确保各类设备（如服务器、存储和网络设备）之间的可靠连接。实现流量负载均衡和动态资源分配，优化数据中心性能。支持虚拟化技术，使多种应用和服务在同一基础设施上高效运行。传统网络架构概述三层架构接入层：连接终端设备（如服务器和工作站），负责设备的接入和初步数据转发。汇聚层：汇总来自接入层的数据流，执行策略和负载均衡，优化数据流向核心层。核心层：提供高速、低延迟的骨干连接，负责将数据传送至外部网络或不同的数据中心。传统多层架构的优缺点优点：清晰的层次结构良好的可扩展性高性能缺点：性能瓶颈复杂的配置高成本单点故障风险现代网络架构的需求动态资源调配高可用性海量数据处理能力低延迟特性灵活扩展性内置安全机制

Clos网络架构Clos网络是一种分层交换网络架构，由CharlesClos提出。高性能连接：Clos网络适用于大规模连接，提供高带宽和低延迟的通信。模块化结构：通过接入阶段、中间阶段和出口阶段的分层设计，简化网络管理。无阻塞特性：在高流量条件下保持高效性能，避免数据传输的阻塞。Clos网络架构的三个阶段接入阶段(IngressStage)：每个接入层交换机连接到所有中间层交换机，确保数据能够快速进入网络。中间阶段(MiddleStage)：由多个中间层交换机构成，提供高带宽和低延迟的连接，为接入层和出口层之间的数据传输提供支持。出口阶段(EgressStage)：。出口层交换机同样连接到所有中间层交换机，确保高效的数据输出，支持负载均衡和冗余。电子与光学技术结合的网络架构定义：利用电子设备进行数据处理，同时利用光学技术进行高速数据传输，以实现更高的带宽和更低的延迟。高带宽：光学传输可以支持更高的数据速率低延迟：光纤传输相比传统电缆具有更低的信号延迟能效：相较于电信号，光学技术在长距离传输时能耗更低。网络架构的未来趋势软件定义网络(SDN)：SDN允许动态调整网络资源，以适应变化的流量需求。网络功能虚拟化(NFV)：将网络服务（如路由、负载均衡等）从专用硬件中解耦，部署为虚拟化的服务，提高网络的灵活性和可扩展性。光学网络技术的应用：未来网络将更多地采用光纤技术，以提供更高带宽和更低延迟的连接。《云计算原理》王

鹏数据中心的服务器服务器类型通用服务器：用于运行各种应用程序和服务。存储服务器：专门用于存储大量数据的服务器。高性能计算服务器：用于处理大规模计算任务和科学计算。GPU服务器：配备GPU的服务器，用于深度学习、人工智能等需要大量并行计算的应用。网络服务器：用于网络流量管理、负载均衡等网络相关任务的服务器。联想数据中心服务器ThinkSystem系列：主打服务器系列，包括塔式服务器、机架式服务器和刀片服务器。ThinkAgile系列：结合了计算、存储和虚拟化功能，提供简化的IT基础设施管理和部署。ThinkServer系列：适用于中小型企业和办公环境的服务