连载)网络存储导论第11章：数据中心设计概述

第十一章 数据中心设计     11.1 概 述     条件：     数据中心形式的信息建设用户是用户生产信息通信网络的核心和枢纽,也是用户生产数据中心。按照用户工作职能的划分，数据中心形式的信息数据库建设用户将承担网络运行、系统运行、数据整合、信息服务、安全保障和应用开发等任务，其运行维护质量与工作水平将直接关系到“数据生产系统”所建的信息数据库和各类应用系统能否充分发挥应用效益，以及生产信息网络和应用系统能否安全、高效地运行。     根据“数据生产系统”本次建设任务要求，数据中心形式的信息数据库建设要建设和完善多个基础性、共享性数据库和多个重点应用系统。按照生产部下达的建设任务书要求，现有多数服务器的配置已不能满足运行要求，有关业务部门在制定系统建设方案时都考虑重新配置更高性能的服务器和存储设备，这样分散的设备建设将带来很多弊端：机房、电源、备份系统的重复建设，服务器及存储设备利用率不高，运行治理人员分散等，势必造成经费重复投入，维护成本增加，不利于资源的整合和综合利用。     为此，按照集中整合和资源共享的原则，在数据中心形式的信息数据库建设用户统一构建集中式的计算机应用系统数据运行设备平台，在满足业务信息系统建设和运行要求的同时，实现用户服务器和存储设备资源的集约化治理，提高设备资源的综合利用和运行治理水平，增强系统和数据的安全性。     11.2 需求分析和设计目标     11.2.1 系统现状     数据中心形式的信息数据库 是用户生产信息通信网络的核心和枢纽,也是用户生产数据中心。按照用户工作职能的划分，数据中心形式的信息数据库建设用户将承担网络运行、系统运行、数据整合、信息服务、安全保障和应用开发等任务，其运行维护质量与工作水平将直接关系到“数据生产系统”所建的信息数据库和各类应用系统能否充分发挥应用效益，以及生产信息网络和应用系统能否安全、高效地运行。根据“数据生产系统”本次建设任务要求，数据中心形式的信息数据库建设要建设和完善多个基础性、共享性数据库和多个重点应用系统。按照集中整合和资源共享的原则，在数据中心形式的信息数据库建设用户统一构建集中式的计算机应用系统数据运行设备平台，在满足业务信息系统建设和运行要求的同时，实现用户服务器和存储设备资源的集约化治理，提高设备资源的综合利用和运行治理水平，增强系统和数据的安全性。     随着多个数据库和多个应用系统的建成并投入运行，数据中心形式的信息数据库建设的信息存储量和查询量必将急剧上升，业务量也将快速增长，亟待按照技术先进、性能优越、存储量大、安全稳定、扩展灵活的要求，建设基于多层应用体系架构的集中运行平台，为数据中心形式的信息数据库建设数据库和应用系统的集中运行提供支撑，满足数据中心形式的信息数据库建设建设多个数据库和多个应用系统的需要，实现数据和设备的高度共享，提供有力的信息支持和服务。     系统现有问题假设     在此设定，数据中心形式的信息数据库建设用户的软硬件平台目前主要存在以下问题：     1、硬件处理能力低，设备老化，维护成本、数据风险增大。数据中心形式的信息数据库建设用户目前配备的PC 服务器已使用多年，Unix 服务器系统配置较低。这些服务器性能不高，不能满足日益增长的业务应用需要。     2、没有采用先进的多层架构，无法实现统一治理和资源共享，资源利用率低，治理复杂，扩展性不强。由于受治理体制、机制和经费的制约，数据中心形式的信息数据库建设用户设备资源需求规划不足。至目前为止，数据中心形式的信息数据库建设用户都是根据应用系统建设的需要，单独为某个应用系统配置相应的运行设备，导致数据中心形式的信息数据库建设用户各个设备自成体系、独立运行，没有整合成多层架构体系，无法有效地扩展系统资源。使得各个应用系统无法按照需求动态占用设备资源，一方面硬件资源严重短缺，另一方面部分设备资源闲置、无法共享，不能适应动态调整的要求。     3、数据中心形式的信息数据库建设用户目前的设备资源不能满足“数据生产系统”数据库和应用系统的建设需求。 设计方案“数据生产系统”将在2 年内建设多个应用系统和多个数据库，即使将目前的硬件资源进行整合和优化，也无法满足建设需求。据统计，目前数据中心形式的信息数据库建设存储的各类信息数据约为4TB，2 年后将达到20TB 的存储容量，而数据中心形式的信息数据库建设用户现有的可用存储空间已远远达不到要求；而数据库服务器的处理能力将大于500,000 tpmC，现有数据库服务器的处理能力离这一指标要求相去甚远。     4、系统抗灾能力不足。一方面由于各应用系统分布在各自独立的设备上运行，且各个设备对可靠性考虑不足，缺乏必要的冗余备份手段，数据缺少高可靠的存储阵列和容错策略予以保护，数据备份能力不足。一旦出现严重故障导致数据损失、必然导致系统瘫痪，即使能通过脱机备份数据恢复，也必将长时间影响应用系统的正常运转。     11.2.2 系统总体架构要求     根据设计，按照设备集中、集约治理、满足应用、方便扩展、安全稳定的要求，今后数据中心形式的信息数据库建设用户建设的发展方向是按照先进计算机应用模式建立多层体系结构（N-Tier）的数据中心。数据中心的逻辑结构如下图所示。
图 11-1 数据中心逻辑图
    多层体系结构核心应用层组件包括客户层、应用/WEB 服务器层和数据库服务器层和存储备份层。

• 客户层：客户层是消耗应用数据的层。通常指Web 浏览器。但多层结构（N-Tier）也能支持诸如手机、掌上电脑等其它非浏览器。
• 应用/WEB 服务器层：应用/WEB 服务器层由应用服务器器和Web 服务器组成。应用服务器层提供给用的业务逻辑处理。应用逻辑服务器检索并处理来自数据库、生产业务系统等应用的数据，然后向Web 服务器返回格式化的结果。通过采用中间件技术(Websphere、WebLogic、MQ)可实现应用逻辑服务器的高可用性及可伸缩性。
• 数据库服务器层：数据库服务器层是一个中心存储库，是业务应用系统中所有数据资源的治理中心。提供包括关系型数据库系统（如，Sybase，DB2 等）服务和数据仓库（如多维数据库等）服务。
• 存储与备份层：存储与备份层由磁盘存储阵列和备份软件和备份磁带库组成，提供数据存储和数据备份、数据恢复服务功能。

    11.2.2 系统建设目标     根据设计规划，按照设备集中、集约治理、满足应用、方便扩展、安全稳定的建设要求，遵循高起点、高标准、高质量的建设原则，立足当前，着眼发展;     在数据中心形式的信息数据库建设用户构建统一的集中运行平台，建立开放式多层架构体系，优化整合现有设备资源，为数据中心形式的信息数据库建设数据库和应用系统建设提供统一的运行环境，并实施系统资源的统一治理和维护;     提高硬件设备的集约化治理水平和可扩展能力，增强应用系统和数据的运行效率和治理水平，降低各类应用系统建设成本，满足数据中心形式的信息数据库建设数据库和应用系统的建设需要;     为数据中心形式的信息数据库建设开展应用系统建设、信息数据集中整合、方便信息分析研判以及信息化建设的健康持续发展奠定良好的硬件设施基础。     11.2.3 系统建设任务     构建专用存储系统，集中存储数据     在多层体系架构中，采用存储区域网络技术，构建专用大容量存储系统，通过区域划分满足各类信息数据的集中存储，保证存储系统信息存储的灵活性和可扩展性。     构建统一的数据库集中运行平台，提高数据处理能力     按照“运行可靠、性能优良、满足应用”的要求，在多层体系架构中，建设小型机集群系统，采用并行运行和互为备份的集群技术，保证小型机高效和不间断运行。同时，通过小型机分区技术，在小型机上构建不同应用数据库（统一采用Oracle 数据库）的运行区域，满足不同应用数据库系统的运行需要，使各类应用数据库既集中又相对独立地运行，以降低不同数据库之间相互影响，提高数据库处理能力。     建立多种系统应用平台，提高集中运行平台的适应性     按照各类应用系统所需的不同系统运行环境，在多层体系架构中，建立与之相适应的多种系统运行平台，提供Unix、Windows 或 平台上应用服务和Web 浏览等应用。通过共享统一的存储系统，建立如SQL Server 等其他主流数据库运行平台，提供数据库服务。为有关部门的不同应用系统提供相应的运行环境。     整合优化现有计算机设备资源，提高集中治理和应用水平     根据系统建设的整体框架要求，按照数据集中整合和应用的需要，对用户现有计算机设备资源进行调整，纳入统一集中运行治理框架的多层体系架构中。同时，按照设备集中治理的要求，在数据中心形式的信息数据库建设集中计算机房建成后，将用户各类服务器及相关设备集中起来，根据不同应用的要求进行整合优化，实行统一的运行和治理。     扩展数据备份系统，提高系统可靠性     数据中心形式的信息数据库建设数据库、其它应用数据库以及衍生的整合分析数据资源是生产机关极其宝贵的重要资源，必须做到安全上的万无一失，并且各类应用系统要求7×24 小时×365 天不间断运行，要求基于多层体系架构的集中运行平台有多层面的系统可靠性保障。集中运行平台中，所有层面要建立相应的容错机制，确保设备发生故障或升级维护时系统服务不中断；设备自身必须具备容错能力，尽可能在设备一级就能屏蔽大多数故障。此外，构建存储系统的“快照”复制和磁带备份系统，包含专业的数据备份系统、备份治理策略与手段，通过在现有备份系统基础上进行扩展，实现信息数据的快速备份和统一的常规备份以及高效的数据恢复，使集中运行平台具备高效、全面备份数据的能力，保证信息数据的安全可靠。
    建立集中运行治理机制，实现设备和系统资源的统一治理     按照计算机应用系统和数据集中运行的要求，建立设备和系统的集中运行治理机制，实现对集中设备和系统的性能监控、配置优化和维护服务的统一运行治理，确保设备和系统的高效、可靠和安全地运行，提高对设备和系统的运行治理水平。