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采用刀片式服务器构建企业应用云计算服务平台
time:2018-11-02 15:53:00
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采用刀片式服务器构建企业应用云计算服务平台

 

摘要:随着云计算技术的发展和应用,企业通信的内容和方式都在发生巨大的变化,企业统一通信平台即将演进为企业统一服务平台。采用先进通信计算架构的刀片式服务器,因为具有更强的数据通信能力和数据处理能力、采用更灵活的体系结构和高可靠性的设计方法,将取代传统的商业服务器和企业通信设备,成为构建企业应用云计算服务平台的首选方案。

 

关键词:云计算,统一通信,统一服务,刀片式服务器, ATCA

 

通信技术、计算机技术、网络技术推动了企业通信的发展变化。

互联网时代,CTI技术和VOIP技术把原来相对独立的通信网和计算机网融合在一起,实现了语音通信与数据通信的交互。这不仅为企业通信赋予了全新的形式,而且促进了呼叫中心、电话会议、视频会议等新的服务内容的推广应用。与此同时,第三代移动通信技术、光网络技术和无线互联网技术的迅猛发展,为企业通信消除了时间、地点、容量和带宽的限制;MSN、SKYPE、QQ、微博等各种即时通信工具也逐渐成为企业通信的新潮流。

云计算时代,IaaS、PaaS、SaaS等新的服务模式为企业通信提供了新的发展动力,企业通信的关注焦点也从通信手段转向通信内容,将更多的业务和应用在统一通信平台上实现,演进为企业统一服务平台,为企业运营进一步提高效率、降低成本、创造更大的发展机遇。

采用先进的通信计算架构的刀片式服务器, 因为具有更强的数据通信能力和数据处理能力、采用更灵活的体系结构和高可靠性的设计方法,将取代传统的商业服务器和企业通信设备,成为构建企业应用云计算服务平台的首选方案。

 

  • 刀片式服务器的技术特点与技术优势

 

一般的商业服务器,其体系结构相对简单,是面向“单机系统”的应用模式设计的,一般为封闭式的单总线结构。商业服务器的 CPU、内存、硬盘、外围设备和IO接口大多是“单节点”工作模式,容易产生单点故障,影响服务器的可靠性;商业服务器的内部数据链路也大多是“单通道”方式,容易形成数据传输瓶颈,影响服务器的处理能力。

刀片式服务器(Blade Server),顾名思义,把原来独立的单台服务器缩小为一个单板计算机(SBC),薄薄的就像一个“计算刀片”(Computing Blade),多个“计算刀片”插在一个标准化的机箱中,每个“计算刀片”都是一个业务节点(Node);把服务器内部的封闭的单总线结构改变为开放的多总线结构,多个业务节点通过高速通信背板进行业务数据互连和管理数据互连,必要时还可以增加专用的“交换刀片”(Fabric Blade,实现与外部数据的高速通信。

IBMHPDELL等传统服务器厂商的刀片式服务器采用了企业自定义的技术规范,每个厂商的刀片式服务器都自成系统,这些厂商构成横向的产业链,不同厂商之间的“计算刀片”和系统无法兼容。这些厂商的刀片式服务器大多采用商业级的通用处理器(如INTELIBMSUNAMD),比较适合于构建面向数值计算、数据存储等传统业务的企业云计算服务平台。

国际工业计算机协会(PICMG)组织众多工业计算机厂商、电信设备厂商、电子元器件厂商联合开发了面向工业计算和网络通信的行业通用的刀片式服务器技术规范ATCAAdvanced Telecom Computing Architecture),可以实现从元器件、到业务模块(计算刀片和交换刀片)、到设备、到系统的不同厂商之间的产品相互兼容,可以在统一的“ATCA”系统平台上协同工作。这些厂商构成纵向的产业链,为用户提供更加灵活的配置、提供更具性价比的解决方案。

ATCA刀片式服务器可以采用商业级的通用处理器,也可以采用工业级、电信级的专用处理器,如网络处理器(NPU)、数字信号处理器(DSP)、图形图像处理器(GPU)、MIPS多核处理器(Cavium OCTEON),更适合于构建面向语音、图像、视频、数据搜索、数据过滤、安全防护等新型业务的企业云计算服务平台。

图1:ATCA刀片式服务器体系结构

在体系结构上,ATCA刀片式服务器不仅提供了独立的业务数据通信总线(Fabric Channel),还提供了独立的业务数据管理总线(Base Channel)和智能平台管理总线(IPMB - Intellinent Platform Management Bus),这些总线都是冗余(Redundant)、双星(Dual-star)或全互连(Full-mesh)的拓扑结构。这种体系结构,彻底消除了系统的单点故障隐患,彻底消除了数据传输瓶颈,可以更容易地进行资源调度,可以更快速地进行动态扩展,能够更好地适应企业用户按需构建云计算服务平台的要求。ATCA刀片式服务器的所有模块,都采用了热拔插技术,都具有智能平台管理接口(IPMI - Intelligent Platform Management Interface),支持带电拔插、即插即用、故障隔离,可以更好地满足企业统一服务平台对高可靠性(High Reliable)、高可用性(High Available)的使用要求。

与商业服务器对比,刀片式服务器的单个“计算刀片”的处理能力并没有太大优势。但是,开放式的体系结构可以使CPU的处理能力得到最大发挥,不再被其他资源瓶颈限制;而且还可以大大提高多个“计算刀片”的协同处理能力,可以按最佳的方式对计算资源、存储资源和网络通信资源进行动态分配,以最佳的方式为企业客户提供IaaS服务。

与商业服务器和私有技术规范的刀片式服务器对比,采用通用技术规范的ATCA刀片式服务器可以根据不同的业务类型选用不同种类的“计算刀片”,采用多样化的操作系统和更为灵活的应用接口(API),根据不同的业务类型装载不同的中间件(MIDDLEWARE),可根据需要灵活构建应用平台,为企业客户提供“量身定制”的PaaS服务。

根据通用规范开发的ATCA刀片式服务器,由于具有跨行业的“纵向”的产业结构,不仅硬件平台是标准的、开放的,软件平台也是标准的、开放的。采用ATCA刀片式服务器,应用层软件的开发商可以获得更好的资源,以最快的速度为企业客户提供更高质量的SaaS服务。

 

  • 企业应用云计算服务平台的构建方式和构建方法

 

云计算时代的企业统一服务平台,在物理形态上向虚拟化演进,在建设模式上向快速部署演进,在应用方式和管理方式上向资源共享演进。虚拟化可以降低成本,快速部署可以提高效率,资源共享可以创造更大的效益。ATCA刀片式服务器对虚拟化、快速部署和资源共享都能提供更好支持,从而能更好地满足云计算时代企业统一服务平台的建设需求。

 

  1. 虚拟化

 

虚拟化是云计算的技术基础。企业网的虚拟化最早被应用于语音通信。

固定电话或移动电话的虚拟网最先取代了用户交换机和集群系统,电信运营商为企业客户建立了虚拟通信专网,通过公共通信设施为企业提供专业的通信服务保证。

数据中心推动了企业网虚拟化的第二个应用高峰。企业客户纷纷以“托管”或“租用”的方式将服务器和存储设备委托给电信运营商和互联网服务商,或者直接租用运营商和服务商的设备和网络资源,在公共基础设施上构建虚拟数据专网,以获得更加高效、可靠的服务保证。

远程桌面推动了企业网虚拟化的第三个应用高峰。采用远程桌面以后,个人计算机演变为信息通信的终端,它通过网络与远端的服务器连接;一台个人计算机可以拥有多台“虚拟主机”,一台服务器可以拥有大量“虚拟终端”;多台计算机和多台服务器可以共享数据、协同工作,可以并行执行不同的任务,可以处理突发业务。在这样的虚拟环境中,人们不用担心断电、死机、设备损坏等各种突发事件,人们的工作可以在任何时间、任何地点动态接续,人们无需为这些设施投入建设和维护费用,只需按需购买服务、按需使用服务。

如今,虚拟化已演进为云计算的一种服务方式:IaaS,基础设施即服务。虚拟主机、虚拟专网、虚拟存储已经成为企业云计算的基本业务。

采用ATCA刀片式服务器构建企业应用云计算服务平台,可以为虚拟化提供充分的技术保证。ATCA刀片式服务器所采用的先进通信计算架构,将高性能数据处理模块和高性能数据通信模块集成在一个系统之中,在相同的体积之内集成更多的数据处理模块和数据通信接口,可以支持更大的数据处理能力和数据传输带宽,在构建虚拟主机、虚拟专网和虚拟存储系统时可以提供更好的服务性能。ATCA刀片式服务器所采用的冗余拓扑结构和高可靠性设计方法,可以实现99.999%可靠性,可以为这些虚拟化的系统提供更好的服务质量。

 

  1. 快速部署

 

快速部署是云计算的服务特色。

云计算时代的企业统一服务平台,由于采用了虚拟化技术,在构建时不需要漫长的建设和采购周期,也不需要复杂的安装过程和调试过程,只需要根据应用要求和规划设计对现有的网络资源、计算资源和存储资源等基础设施进行分配(IaaS),根据应用要求和设计方案安装配置适合的系统平台(基础设施+OS+API)(PaaS),根据应用和服务要求定制设计合适的应用平台(基础设施+OS+API+应用软件)(SaaS)。

标准化和模块化是快速部署的基本条件。采用ATCA刀片式服务器构建企业应用云计算服务平台,可以为快速部署提供更为便捷的实现手段。

ATCA刀片式服务器,由于采用了开放的、标准化的、模块化、可扩展的体系结构,在构建企业应用云计算服务平台时,可以先按当时的需求、用较低的成本构建基本系统,快速投入使用。之后,可以随时根据应用需求的变化进行扩展,增加计算刀片和通信刀片,安装新的系统软件和应用软件,通过管理总线重新进行配置,实现平滑过渡,满足新的应用需求。

ATCA刀片式服务器的体系结构能够更好地适应业务需求的弹性变化。当某类应用的业务规模快速增长时,可以通过增配模块数量、增配通信接口、增大通信带宽进行扩容。当这种应用的业务规模逐渐萎缩时,可以通过减配模块数量、减配通信接口、减小通信带宽进行瘦身。在大多数情况下,这样的扩容和瘦身都可以通过动态优化、通过重新部署快速完成。

图2:云计算时代企业统一服务平台的构建过程

 

  1. 资源共享

 

虚拟化降低了企业网的建设成本和运维费用,快速部署使企业统一服务平台更容易构建,这些都离不开资源共享。

资源共享是云计算的运营模式,也是云计算的服务精髓。

在云计算时代,计算机、服务器、存储设备、网络系统等基础设施不再是企业、运营商和服务商的专有资源,它们已经变成了可以通过网络共享的虚拟化的共享资源,操作系统和中间层软件也成为可共享的资源,过去需要花巨资购买、需要定制开发的应用层软件也成为可共享的资源,过去未引起大家重视的数据和文件也根据其私密等级成为不同范围内的共享资源。这些资源以及对这些资源的使用维护经验一起构成了云计算的“资源池”。

ATCA刀片式服务器,由于采用了多总线结构,具有独立的业务数据通信总线(Fabric Channel)、业务数据管理总线(Base Channel)和智能平台管理总线(IPMB - Intellinent Platform Management Bus),具有专用的智能平台管理接口(IPMI - Intellinent Platform Management Interface),在构成企业应用云计算服务平台时,可以更好地对计算资源、通信资源和存储资源进行管理、监控、调度和维护,实现动态优化、合理使用、可靠运行。

 

  • 应用示例

 

    1. 中小企业云计算服务平台

 

中小企业办公场地较小、员工数量也比较少、人员流动性相对较高。中小企业缺少资金购买设备构建自己的专用网络,也缺少专业的维护人员来保证这些设备和网络的可靠运转。即使有能力建设和维护自己的企业专网,也往往会因为利用率低而成为影响企业发展的包袱。所以,中小企业对建立在虚拟化和资源共享基础上的企业云计算服务平台具有更为迫切的需求。

综合性和多样化是中小企业对云计算服务平台的需求特点,一般包括如下应用内容:

  • 虚拟机与远程桌面系统(VM/TELNET
  • 工作组服务器
  • 人事、财务与办公管理系统(OA
  • 产品设计、生产与订单管理系统(CAD/CAM/MRP/ERP
  • 市场服务与客户服务系统(WEB/CRM
  • 通信系统(Tel/Mail/IM/IVR/IVVR
  • 文件系统
  • 网络安全系统

图3:中小企业云计算服务平台示例

这些应用对计算资源、通信资源和存储资源的需求各不相同。采用ATCA刀片式服务器,可以更好地适应这些用用内容对各种资源的不同需求

虚拟机和远程桌面需要频繁处理来自客户端的信息交互,对CPU和内存的占有率较高,特别是当多用户同时操作时,就有可能因CPU和内存不足而造成响应迟缓、甚至死机。ATCA刀片式服务器,在相同的体积内可集成更多的CPU和内存,通过系统管理总线对CPU和内存的使用情况进行实时监控和动态分配,可对虚拟机和远程桌面提供更好的服务质量。

OA/MRP/ERP/CRM需要对文件和数据进行频繁操作和传递,需要硬盘有尽可能快的响应速度,需要系统内部的数据总线有尽可能大的带宽。ATCA刀片式服务器,在系统内部配置了高速通信背板,支持千兆、万兆、40G的高速通信链路,可以满足系统内外高速数据的访问需求。

CAD/CAM等工程计算类应用,需要根据不同的工程模型对大量数据进行复杂的变换、分析和仿真,只有采用CPUDSPGPU等不同类型的处理器协同工作,才能缩短处理时间、提高工作效率。ATCA刀片式服务器,可灵活配置不同厂家、不同类型处理器的计算刀片,通过系统管理总线使这些处理器并行工作,大大提高工作效率,快速得到分析、计算和仿真的结果。

WEB/MAIL/VOIP/IM/IVR/IVVR/网络安全等基于IP的业务,需要对大量的分组数据进行快速处理,只有采用网络处理器或MIPS多核处理器才能满足对IP数据包的“线速”处理要求。ATCA刀片式服务器,专门开发了采用MIPS多核处理器的计算刀片和相应的分组数据处理软件,这些刀片同时还提供了10G40G高速通信接口,可以更好地支持高速、大容量的IP数据包的处理要求。

图4:采用ATCA刀片式服务器构建的中小企业云计算服务平台

 

    1. 大型企业云计算服务平台

 

相对于中小企业,大型企业的云计算服务平台对业务处理能力的要求较高,当出现客户数量剧增、服务申请剧增、数据流量剧增等突发情况时,云计算服务平台必须有合理的机制和足够的资源来满足突发业务的服务需求。

下面以“网络售票系统”为例,说明大型企业云计算服务平台的构建方式。

“网络售票系统”是一种网络结构非常复杂的应用系统,包括服务器、存储系统、通信网络、作业终端等硬件基础设施,包括通用操作系统、实时操作系统、大型数据库、WEBMAILIM等软件系统平台,还包括客户管理、订单处理、票务管理、支付结算等定制开发软件。采用ATCA刀片式服务器构建网络售票云计算服务平台,可以通过选用不同类型的数据处理模块和数据通信模块,构成有线接入系统、无线接入系统、媒体网关、信令网关、业务管理系统和各种业务处理系统,通过ATCA的智能平台管理总线、系统管理总线和智能平台管理接口对这些硬件模块、软件平台、应用程序和应用数据进行无缝衔接。这些系统可以在一台ATCA系统上实现,也可以按不同的业务类型分布到不同的ATCA系统中实现。这不仅加快建设速度,还可以降低建设成本、避免重复投资、降低运营风险。

“网络售票系统”是一种业务需求起伏较大的应用系统。当订票业务出现爆发式增长时,网络售票系统要有足够的能力对大量数据进行分析处理、对大话务量的输入进行处理,要根据业务流量对任意业务模块进行动态扩展,要合理调度资源、进行负载平衡管理,避免发生拥塞节点,避免因超大负荷而导致系统瘫痪。当出现设备故障或网络故障时,要快速复制和重建系统,要快速迁移数据、快速承续服务。采用ATCA刀片式服务器,可以快速分配大量的计算资源、通信资源和存储资源,也可以直接分配已经预装了这类数据分析处理软件的系统平台,实现弹性扩展、按需服务,当订票业务恢复到常态时,这些资源就可以被释放出来,供其他业务使用。

相对于其他应用,“网络售票系统”对可靠性有更高的要求。ATCA刀片式服务器的多总线冗余拓扑结构,彻底消除了单点故障隐患,ATCA刀片服务器所采用的热拔插技术、故障隔离技术和智能管理模式,可以为系统的可靠运行提供更好的支持。

图5:网络售票系统云计算服务平台示例

图6:网络售票系统云计算服务平台的弹性扩展模型

 

说明:

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