软件定义数据中心：技术与实践

内容概要

陈 熹

EMC中国研发集团高级研发经理、中国研发集团技术委员会委员。在2011年加入EMC卓越研发集团后，陈熹一直致力于云基础架构和软件定义数据中心的研究与开发，曾任EMC中国研究院云基础架构实验室主任、顾问工程师，目前从事超融合基础架构产品的研究与开发。在加入EMC之 前，陈熹曾在IBM、Sun Microsystems从事云基础架构的研究与开发，涉及的领域有IT管理系统、操作系统、文件系统、性能分析与优化等。

Ricky Sun

（孙宇熙）

EMC首席技术官办公室技术总监，于2012年11月加入EMC卓越研发集团，担任EMC中国研究院技术总监、中国研发集团技术委员会主席。在加入EMC之前，Ricky供职于微软亚太研发集团创新中心，作为高级产品经理来驱动在健康医疗、移动互联网、云计算、大数据和物联网领域的创新。Ricky在美国加州硅谷有十几年的IT工作经历，曾经供职于Yahoo和网络安全、Web 2.0、快速启动操作系统行业的多家创业型公司。

书籍目录

编委会

序

前　言

第一部分　总体介绍

第1章　基本概念  2

1.1　数据中心的历史  3

1.2　继续发展的推动力  6

1.3　软件定义的必要性  8

1.4　架构分析  13

1.4.1　基本功能模块  14

1.4.2　层次细分  14

1.4.3　接口与标准  17

1.5　现状与发展  18

1.6　第三平台：SDDC上的IT新浪潮  20

第二部分　关键技术

第2章　软件定义的计算  26

2.1　虚拟化的定义与基本概念  26

2.1.1　虚拟化定义  26

2.1.2　虚拟化产生背景  26

2.1.3　计算虚拟化  27

2.1.4　VMM的要求与基本特征  30

2.1.5　虚拟化平台的不同架构  30

2.2　虚拟化技术分类  31

2.2.1　x86平台虚拟化面临的问题与挑战  31

2.2.2　全虚拟化  32

2.2.3　半虚拟化  32

2.2.4　硬件虚拟化  33

2.2.5　小结  33

2.3　CPU虚拟化  34

2.3.1　二进制翻译  34

2.3.2　硬件解决方案  35

2.4　内存虚拟化  36

2.4.1　软件解决方案  36

2.4.2　硬件解决方案  37

2.4.3　内存虚拟化管理面临的挑战  38

2.5　I/O虚拟化  38

2.5.1　背景介绍  38

2.5.2　基于软件的I/O虚拟化  39

2.5.3　基于硬件的I/O虚拟化  42

2.6　实例剖析  46

2.6.1　VMware ESX  46

2.6.2　Xen  53

第3章　软件定义存储  59

3.1　新的存储管理模式  59

3.1.1　传统存储面临的挑战  59

3.1.2　新的管理模式：软件定义存储  61

3.2　与存储虚拟化的比较  63

3.3　架构、功能与特性  66

3.3.1　数据模块与控制模块  67

3.3.2　系统架构设计  68

3.4　解决方案：分类与比较  72

3.4.1　分类方法  72

3.4.2　现有产品简介  74

3.4.3　分类映射  77

3.5　市场现状与分析  78

3.5.1　技术影响  79

3.5.2　软件定义存储的商业价值  80

3.5.3　市场展望  81

3.6　典型实现  81

3.6.1　基于传统外置存储：ViPR  81

3.6.2　基于服务器内置存储：ScaleIO  85

第4章　软件定义网络  91

4.1　概述  91

4.1.1　什么是SDN  92

4.1.2　SDN的架构和特征  94

4.1.3　SDN相关组织介绍  97

4.1.4　各大厂商对SDN的态度和应用  101

4.2　SDN的技术实现  108

4.2.1　以网络为中心的实现  109

4.2.2　以主机为中心的实现  120

4.3　SDN的典型实现：OpenStack中的网络组件Neutron  131

4.3.1　Neutron在OpenStack中的架构  132

4.3.2　Neutron在OpenStack中的工作机制  134

4.3.3　Nicira NVP插件  134

4.3.4　小结  137

第5章　自动化资源管理  138

5.1　资源管理定义  138

5.2　资源管理对象  140

5.3　资源管理策略  143

5.3.1　资源管理一般性评价指标和标准  143

5.3.2　资源管理的主要策略  144

5.4　多租户管理  147

5.4.1　网络多租户管理  148

5.4.2　计算多租户管理  149

5.4.3　存储多租户管理  149

5.5　性能管理  150

5.6　对外服务接口  153

5.7　资源管理典型实现  156

第6章　流程控制  163

6.1　概述  163

6.2　架构和功能  168

6.2.1　数据中心Orchestrator的架构  168

6.2.2　数据中心Orchestrator的功能  170

6.3　实现数据中心自动化  171

6.3.1　数据中心的自动化势在必行  171

6.3.2　自动化的好处  171

6.3.3　自动化实施的对象  173

6.3.4　如何实现自动化  173

6.4　实例分析  175

6.4.1　VMware vCloud Orchestrator  175

6.4.2　System Center Orchestrator  178

第7章　软件定义数据中心的安全  184

7.1　数据中心安全设计原则  184

7.2　物理基础设施的安全  186

7.3　软件定义层的安全  187

7.3.1　安全的计算  187

7.3.2　安全的存储  193

7.3.3　安全的网络  197

7.4　软件资源协调层的安全  203

7.4.1　统一的身份与访问授权管理  203

7.4.2　安全技术的统一运用  205

7.5　小结  207

第8章　软件定义的高可用性  208

8.1　高可用性系统设计  209

8.1.1　不可用的常见原因  209

8.1.2　冗余的组件部署  210

8.1.3　高可用性集群  210

8.1.4　典型的冗余配置  211

8.2　软件定义之路——计算的高可用性  213

8.2.1　高可用性对应用的需求  213

8.2.2　高可用性集群——VMware HA  214

8.2.3　零停机保障——VMware FT  218

8.3　软件定义之路——存储的高可用性  219

8.3.1　基于VPLEX的高可用性  219

8.3.2　ScaleIO的高可用性  222

8.3.3　ViPR的控制器集群与HA数据服务  223

8.4　软件定义之路——网络的高可用性  224

8.4.1　网络虚拟化  225

8.4.2　逻辑端口镜像  226

8.4.3　网络控制器集群  226

8.4.4　网关服务的高可用性  227

8.5　软件定义数据中心的高可用性  228

8.5.1　整合的解决方案  229

8.5.2　持续可用性  230

8.5.3　分布式快速数据恢复  231

8.6　典型实现  232

8.6.1　VMware SDDC的高可用性  232

8.6.2　OpenStack的高可用性设计  234

第三部分　解决方案与应用

第9章　总体解决方案  238

9.1　SDDC的基本要素  238

9.2　SDDC实例：VMware解决方案  239

9.2.1　VMware SDDC的计算  242

9.2.2　VMware SDDC的存储  243

9.2.3　VMware SDDC的网络  246

9.2.4　VMware SDDC的高可用性和容错  249

9.2.5　VMware SDDC的自动化  250

9.2.6　VMware SDDC的安全机制  251

9.2.7　VMware SDDC的管理  252

9.2.8　VMware SDDC实现小结  253

9.3　SDDC实例：OpenStack解决方案  254

9.3.1　Horizon控制面板  256

9.3.2　Nova计算组件  256

9.3.3　Swift对象存储  257

9.3.4　Glance镜像存储  257

9.3.5　KeyStone身份控制  257

9.3.6　Quantum网络  257

9.3.7　Cinder块存储  258

9.4　小结  258

第10章　云存储应用  259

10.1　云存储案例  259

10.2　云存储实现  260

10.2.1　可管理性  262

10.2.2　云存储系统的类型  262

10.2.3　访问方法  263

10.2.4　性能  263

10.2.5　多租户  264

10.2.6　可扩展性  264

10.2.7　可用性  264

10.2.8　可控性  265

10.2.9　效率  265

10.2.10　成本  266

10.3　云存储模式  266

10.3.1　公有云存储  266

10.3.2　私有云存储  267

10.3.3　混合云存储  267

10.3.4　三种云存储模式比较  267

10.4　主要云存储服务提供商  268

10.4.1　企业级云存储  268

10.4.2　个人云存储  269

第11章　虚拟化大数据平台  270

11.1　概述  270

11.2　VMware Serengeti  272

11.3　AWS EMR  280

11.4　小结  283

第四部分　大型实例分析

第12章　AWS数据中心实例  286

12.1　AWS概述  286

12.2　EC2管理计算能力  287

12.2.1　EC2概述  287

12.2.2　EC2架构  287

12.2.3　EC2存储  288

12.2.4　自动缩放  289

12.2.5　网络路由  289

12.2.6　EC2实例  289

12.3　可扩展的存储  291

12.3.1　块存储  291

12.3.2　对象存储  292

12.3.3　冷数据归档  293

12.3.4　云存储网关  294

12.4　弹性十足的网络  295

12.4.1　亚马逊的VPC  296

12.4.2　VPC的特性  296

12.4.3　VPC的应用场景  298

12.4.4　VPC对SDN的践行  301

12.5　自动化的管理和部署  302

12.6　效益分析与未来发展  305

第13章　PPTV基础平台管理体系  306

13.1　系统概述  306

13.1.1　云部署模型  306

13.1.2　自建IDC部署概述  307

13.1.3　系统架构和组成  307

13.2　IaaS部署和管理实践  308

13.2.1　基于CloudStack的IaaS管理平台  308

13.2.2　存储服务  310

13.2.3　基于CloudStack的私有云平台最佳实践  310

13.3　MaaS管理和基础服务体系  311

13.3.1　MaaS管理架构  311

13.3.2　自动化基础设施管理架构概述  312

13.3.3　开源工具链  312

参考文献  319

作者简介

【本书特色】

国内首部系统介绍软件定义数据中心的专业书籍

众多业界专家倾力奉献，揭秘如何实现软件定义数据中心

理论与企业案例完美融合，呈现云计算时代的数据中心最佳解决方案

【内容简介】

本书从与软件定义数据中心有关的基本概念入手，通过实例介绍软件定义数据中心涉及的技术、应用、前景。在此基础上，深入介绍构建软件定义数据中心的计算、网络、存储、安全、自动化管理和高可用性等基本技术，并辅以解决方案和大型实例，力求使读者全面了解当前软件定义数据中心的技术动态和发展趋势，为实际构建软件定义数据中心提供必要的技术指导。

本书适于作为数据中心分析、设计、研发、管理工程师的技术普及读物，亦可作为高等学校相关专业课程的教材或参考书。

【本书特点】

1. 软件定义数据中心（SDDC）是一个全新的概念。随着软件定义计算、存储、网络等一 系列技术的蓬勃发展，软件定义数据中心应运而生。

2. SDDC所涉及的概念、技术、架构、规范都在迅速发展，但又并不同步。我们要展示给大家的是一个日新月异的领域。

3. 要了解什么是SDDC，至少要回答以下几个基本问题：

SDDC是在什么基础上发展而来的？

是什么驱动了SDDC的演化？它解决了什么问题？

SDDC是由什么组成的（包括软件、硬件、标准等）？

SDDC将向何处发展？

4. 领先企业已经清楚地意识到未来数据中心的需求不仅是巨大的，而且是非常迫切的，下一代数据中心技术对于未来互联网乃至整个IT业的技术发展具有至关重要的意义。

【名家推荐】

有了以软件定义数据中心为基础的混合云，企业就可以进退有度，游刃有余，加上成功管理新的移动终端技术，可轻松进入“云移动”时代！这也是为什么软件定义数据中心最近获得大家注意的根本原因。EMC中国研究院编著的这本《软件定义数据中心：技术与实践》恰逢其时，它会给读者详细解说怎么实现软件定义数据中心。

—— VMware高级副总裁，EMC中国卓越研发集团创始人 Charles Fan

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