1.3 數據中心的定義

1.3.1 數據中心概述

隨著人工智能、大數據、云計算、物聯網、互聯網等新一代信息化的快速發展，社會正朝著信息化、數字化社會飛速發展。數字化技術應用日益廣泛，已經影響到人們生活、工作和娛樂的方方面面。未來是數據處理的時代，數據被產業界稱為“未來的石油”，是未來社會運行發展的基礎，不少人已經達成了共識。隨著數字經濟規模愈發壯大，數據資源也有了充分挖掘、分析的價值，成了個人、機構、企業乃至國家的重要資產。目前，數據儼然成了繼土地、勞動力、資本和技術之后的第五大生產要素，并被一致認為是構建現代信息、數字社會的關鍵基礎。如今，數據已成為當今全球數字經濟的命脈，為服務業、制造業、基礎設施和運輸的各種工業活動提供動力。

數據中心作為大數據、云計算、人工智能等新一代信息通信技術的重要載體，已經成為數字時代的發展底座與重要驅動力，具有空前重要的戰略地位。數據中心，顧名思義就是數據的中心，是承載數據的基礎物理單元，是處理和存儲海量數據的地方，英文全稱為Data Center。在全球科技競爭加劇的背景下，算力已經成為數字經濟發展的基石，也是衡量數字經濟時代經濟發展的一個核心指標，而數據中心是算力的物理承載，是數字經濟發展的引擎。

數據中心的專業名詞解釋是全球協作的特定設備網絡，用來在互聯網基礎設施上傳遞、加速、展示、計算和存儲數據信息。數據中心作為“新型基礎設施”中的“基礎設施”，產生和帶動的間接經濟效益將持續增加。傳統產業的轉型離不開數據中心，產業數字化將帶給數據中心更強的經濟效益，所以數據中心的重要性不言而喻。數據中心按規模可劃分為部門級數據中心、企業級數據中心、互聯網數據中心及主機托管數據中心等。通用型數據中心架構圖如圖1-7所示。

1.3.2 數據中心形態的演進

20世紀90年代，數據中心設備及相關產業誕生于美國，并隨著互聯網行業的逐步發展而興起。數據中心的發展不是一朝一夕完成的，也經歷了一個漫長的演進歷程。隨著各種基礎設施及網絡技術的完善，數據中心已經從建設規模、應用場合、產業規模等方面發生了巨大變化。

1946年，美國生產了第一臺全自動電子數字計算機“埃尼阿克”（電子數字積分器和計算器）（Electronic Numerical Integrator And Computer，ENIAC）。ENIAC是美國奧伯丁武器試驗場為了滿足計算彈道需要而研制的，參加研制工作的是以賓夕法尼亞大學莫爾電機工程學院的莫西利和埃克特為首的研制小組。雖然ENIAC有體積大、耗電高、易損壞的缺點，但ENIAC開啟了一個新紀元，標志著人類社會進入了計算時代。以ENIAC作為數據中心的雛形，此后數據中心經歷了3個發展階段。

1.第一階段，時間維度：1945—1971年

該時期的計算機器件主要采用電子管、晶體管為主，體積大、耗電大，主要應用于國防機構和科學研究等軍事或者準軍事機構。由于計算機消耗的電能過大，且成本過高，與計算相關的各種資源（存儲、互聯）需要集中供電，因此誕生了與之配套的第一代數據機房。

2.第二階段，時間維度：1971—1995年

該時期由于大規模集成電路的迅速發展，使計算機開始朝著小型化、微型化的方向快速發展。1971年末，世界上第一臺小型計算機在美國硅谷應運而生，開創了微型計算機的新時代。計算形態在這個時期基本以分散為主，分散與集中并存為輔。因此，數據機房的形態也就必然是各種小型、中型、大型機房并存的態勢，特別是面向各個應用單位專用的中小型機房得到了“爆炸式”發展。

3.第三階段，時間維度：1995年至今

該時期是數據中心大發展的時期，新技術不斷涌現。1990年以后，網格計算（Grid Computing）與云計算（Cloud Computing）等概念陸續出現，通過對計算資源的優化與整合，使計算真正成為所見即所得的公共服務，遠程辦公和協作服務成了企業部署IT服務的必備選擇。數據中心作為一種服務機構被大多數公司所接受，從分散在各地的“小電站”逐步走向集中式的“大電廠”，一般都是由科技巨頭搭建大型化、虛擬化、綜合化數據中心，用于為普通用戶提供算力服務。此時，數據中心通過對存儲與計算能力的虛擬化，變為一種按需使用的計算力，對于使用者來說，集中規模化降低了成本，同時具備了靈活拓展能力。

1.3.3 數據中心服務模式的演進

數據中心的本質實際上是一個計算機資源龐大的集合體，一個數據中心有成千上萬臺服務器（Server）、幾百臺網絡設備和幾百臺存儲設備。在早期傳統的管理模式下，應用運行在單臺物理服務器上，每臺物理服務器只面向特定的應用，一旦服務器出現問題，應用就無法正常運行下去。虛擬化技術將物理資源抽象整合，把所有硬件（服務器、存儲器）和網絡整合成單一的邏輯資源，動態進行資源分配和調度，實現數據中心的自動化部署，并大大降低數據中心的運營成本。目前，數據中心常用的虛擬化技術有虛擬機（Virtual Machine）技術和容器（Container）技術兩種。數據中心的基本服務模式先后經歷了裸機服務器、虛擬服務器、容器化服務這三個主體階段。

1.1997—2007年，第一波浪潮——裸機服務器

裸機服務器（Bare Metal Server，BMS）指單租戶環境下的物理服務器，物理資源不能在用戶之間共享，具有物理隔離特性。裸機服務器的優勢在于高應用性能和可預測性，劣勢在于只能專人專用，建設成本較高，且建成后不利于資源共享和遷移，靈活性降低。裸機服務器現在仍大范圍存在，通常被某些特定單位使用或作為性能敏感的解決方案。例如，裸機服務器常見于某些行業和單位自建的專用計算機集群，支持特定的可擴展分布式計算應用，如Hadoop集群、Redis集群等。

2.2008—2015年，第二波浪潮——虛擬服務器

虛擬機通過軟件模擬具有完整硬件系統功能、運行在一個完全隔離環境中的完整的計算機系統，即在一臺物理機上模擬運行一個或多個虛擬機（Virtual Machine，VM）。網絡虛擬化的飛速發展，加快了傳統物理數據中心演進云計算數據中心的進程，云計算數據中心的計算基本單位從物理機轉變為虛擬機，使計算資源的數量和密度以指數級增長。數據中心使用虛擬機管理器實現虛擬化管理，優點是技術成熟、應用廣泛、效率提高，支持多種租戶使用；缺點是虛擬化帶來的資源管理復雜性。

3.2016年至今，第三波浪潮——容器化服務

2016年以后，數據中心進入了大規模基于容器的虛擬化技術時代。容器是一種進程沙盒技術，主要目的是將應用運行在其中，與外界隔離，方便沙盒被轉移到其他宿主機器上。本質上，容器是一個特殊的進程。在一臺計算機上運行的多個容器可以共享操作系統，在自己容器中運行的每個應用都享有一個隔離邊界，使其看起來像是在該計算機上運行的唯一應用。容器也被稱為輕量級的虛擬化技術，目標與虛擬機一致，都是為了創造“隔離環境”。虛擬機是操作系統級別的資源隔離，交付的是虛擬機實例，抽象的是計算資源。容器本質上是進程級的資源隔離，交付的是服務。容器與虛擬機相比，屬于進程級的虛擬化，更輕量級，更節約時間和空間資源，可進一步提高部署密度。容器的安全性相對較差，因為虛擬機能保持獨立和相互隔離，使每個虛擬機都能實現自己的安全協議，一個被感染的虛擬機不會影響另一個虛擬機，但容器只能在進程層面隔離數據和應用程序，提供的安全環境較差，并依賴于主機系統的安全協議。