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数据中心项目基础设施的四大组成部分

发布日期: 2019-12-19

信息来源:玉龙天行

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       数据中心基础设施层主要包括:包括主机、存储、网络及其他硬件在内的硬件设备,是实现云计算的基础资源。为了有效支持电商领域的多源异构应用,实现对高峰负载的有效支撑和对波谷负载能耗的有效控制,基础设施层面上需要重点实现软件定义技术对基础设施层的控制能力,以满足多源异构应用对计算、存储、通信、三方面的需求。基础设施的软件定义能力具有以下四个方面。
       1、主机(服务器):包含企业级工作站、刀片机等经典设施,其包含 GPU、TPU、智能网卡等新型硬件(如 Tesla V100、P200 等新型 GPU 服务器),主机需要具备通过前置机或代理的方式进行统一管理的能力,包括设备远程控制,机柜内部高性能网络感知和新型硬件驱动统一管理三个方面的能力。其中设备远程控制是协调整体数据中心功耗的关键,通过远程开关机、资源超分比例自动调整、运行功率自适应策略等远程控制手段才能在根本上降低PUE 值,满足电商业务在不同时段的负载需求;机柜内高性能网络感知是提升各类大数据或者延迟敏感型任务运行速度的关键,主机能够根据数据量和数据位置自动在机柜内部优化任务放置,提升数据并行和模型并行的效率;新型硬件能够有效利用直接关系到强化学习、深度学习、在线学习等新型计算任务的计算效率,其涉及到的硬件种类较为多样,计算需求差异大,主机能够自主维护自身驱动的完备性,并提供必要的底层性能收集接口,为上层的调度、安全管理等提供操作系统和驱动层面的支撑。 
       2、存储:存储设备主要包括企业级 SSD、虚拟带库、磁盘阵列(不同 RAID等级)、非易失性内存等,以及连接这些存储设备之间的 PCI 总线、infiniband等高速链路设备,存储设备核心是要为上层提供数据库、分布式文件系统、快速缓存、对象存储几类服务提供硬件环境。在电商领域的波动负载和多源异构任务的环境下,为了降低 PUE 值,数据中心需要提供对存储设备的使用效率控制能力和效能自适应调整能力。其中,使用效率控制能力能够从读写速度、使用空间与时段、优先级、存储质量和成本等方面进行定义,满足多源异构任务不同的存储要求,从而可以最大化存储效率;此外,效能自适应调整能力则作为人工软件定义的有效补充,在一定范围内权衡设备利用率、服务质量、公平性、作业优先级等多个指标自主调整不同任务的存储效率,才能对外提供较为稳健的存储接口。 
       3、网络:包括不同等级的网卡、交换机、路由器,和连接他们的、不同规格的网线设备(光纤、双绞线、串口通信)等,以及其他 OpenVswitch、DNS 等服务器。软件定义网络为了支撑电商领域的多源异构服务,核心是要提供对网络性能和网络功能两个方面的优化能力。首先在网络性能方面,能够在感知网络拓扑结构的前提下通过 HUG、DRF 等算法来满足多租户网络共享是的公平性和抢占需求,根据不同的链路成本选择服务质量和网络设施的匹配,且需要具备一定的链路故障排查和自修复能力(如网络拥塞、广播风暴等情况),从可靠性和网络带宽占用率两个角度上保障实际网络性能;在网络功能方面,提供多个子网划分(灵活自定义和高安全性的私有网络)、高性能用户态的网络通信(DPDK 加速等)、静态固定 IP 与动态 IP 分配相结合、高性能 DNS 解析、快速配置分发等能力,最终能够保障在同一网络基础设施环境下实现不同虚拟化应用之间的互联互通,实现数十万台规模服务器的网络管理和配置信息快速生效,多层次的软件定义网络能够显著减轻后续业务部署时差异化需求带来的额外网络配置成本。 
       4、其他设备与软件:除主流经典基础设施和正在逐渐成为主流的新型硬件外,以 AWS、GCE、Aliyun 等为代表的主流云服务提供商也在不断推出人工智能、无服务器计算、函数式计算等性能服务,这些可能需要对现有主机、存储和网络设备进行改造和调整,且其发展方向和行业标准在目前仍然不确定,存在较大的未知性。本数据中心设计方案为了有效支撑不断变化的设备和软件,重点提供基于反射的服务适配和事件驱动框架。其中基于反射的服务适配重点根据主流云服务 API和本数据中心自研的关键服务接口,根据 SDK规则提供服务适配代码的半自动生成服务,以应对互联网电商业务快速迭代开发、上线部署的需求;事件驱动框架则可以提升数据中心的服务集成能力,提供基于事件和方法回调的方式实现不同设备、软件之间的通信能力,归一化其他设备和软件的更新、集成方法,使数据中心能够应对多源异构业务。
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