1.3 数据中心的定义

1.3.1 数据中心概述

随着人工智能、大数据、云计算、物联网、互联网等新一代信息化的快速发展，社会正朝着信息化、数字化社会飞速发展。数字化技术应用日益广泛，已经影响到人们生活、工作和娱乐的方方面面。未来是数据处理的时代，数据被产业界称为“未来的石油”，是未来社会运行发展的基础，不少人已经达成了共识。随着数字经济规模愈发壮大，数据资源也有了充分挖掘、分析的价值，成了个人、机构、企业乃至国家的重要资产。目前，数据俨然成了继土地、劳动力、资本和技术之后的第五大生产要素，并被一致认为是构建现代信息、数字社会的关键基础。如今，数据已成为当今全球数字经济的命脉，为服务业、制造业、基础设施和运输的各种工业活动提供动力。

数据中心作为大数据、云计算、人工智能等新一代信息通信技术的重要载体，已经成为数字时代的发展底座与重要驱动力，具有空前重要的战略地位。数据中心，顾名思义就是数据的中心，是承载数据的基础物理单元，是处理和存储海量数据的地方，英文全称为Data Center。在全球科技竞争加剧的背景下，算力已经成为数字经济发展的基石，也是衡量数字经济时代经济发展的一个核心指标，而数据中心是算力的物理承载，是数字经济发展的引擎。

数据中心的专业名词解释是全球协作的特定设备网络，用来在互联网基础设施上传递、加速、展示、计算和存储数据信息。数据中心作为“新型基础设施”中的“基础设施”，产生和带动的间接经济效益将持续增加。传统产业的转型离不开数据中心，产业数字化将带给数据中心更强的经济效益，所以数据中心的重要性不言而喻。数据中心按规模可划分为部门级数据中心、企业级数据中心、互联网数据中心及主机托管数据中心等。通用型数据中心架构图如图1-7所示。

1.3.2 数据中心形态的演进

20世纪90年代，数据中心设备及相关产业诞生于美国，并随着互联网行业的逐步发展而兴起。数据中心的发展不是一朝一夕完成的，也经历了一个漫长的演进历程。随着各种基础设施及网络技术的完善，数据中心已经从建设规模、应用场合、产业规模等方面发生了巨大变化。

1946年，美国生产了第一台全自动电子数字计算机“埃尼阿克”（电子数字积分器和计算器）（Electronic Numerical Integrator And Computer，ENIAC）。ENIAC是美国奥伯丁武器试验场为了满足计算弹道需要而研制的，参加研制工作的是以宾夕法尼亚大学莫尔电机工程学院的莫西利和埃克特为首的研制小组。虽然ENIAC有体积大、耗电高、易损坏的缺点，但ENIAC开启了一个新纪元，标志着人类社会进入了计算时代。以ENIAC作为数据中心的雏形，此后数据中心经历了3个发展阶段。

1.第一阶段，时间维度：1945—1971年

该时期的计算机器件主要采用电子管、晶体管为主，体积大、耗电大，主要应用于国防机构和科学研究等军事或者准军事机构。由于计算机消耗的电能过大，且成本过高，与计算相关的各种资源（存储、互联）需要集中供电，因此诞生了与之配套的第一代数据机房。

2.第二阶段，时间维度：1971—1995年

该时期由于大规模集成电路的迅速发展，使计算机开始朝着小型化、微型化的方向快速发展。1971年末，世界上第一台小型计算机在美国硅谷应运而生，开创了微型计算机的新时代。计算形态在这个时期基本以分散为主，分散与集中并存为辅。因此，数据机房的形态也就必然是各种小型、中型、大型机房并存的态势，特别是面向各个应用单位专用的中小型机房得到了“爆炸式”发展。

3.第三阶段，时间维度：1995年至今

该时期是数据中心大发展的时期，新技术不断涌现。1990年以后，网格计算（Grid Computing）与云计算（Cloud Computing）等概念陆续出现，通过对计算资源的优化与整合，使计算真正成为所见即所得的公共服务，远程办公和协作服务成了企业部署IT服务的必备选择。数据中心作为一种服务机构被大多数公司所接受，从分散在各地的“小电站”逐步走向集中式的“大电厂”，一般都是由科技巨头搭建大型化、虚拟化、综合化数据中心，用于为普通用户提供算力服务。此时，数据中心通过对存储与计算能力的虚拟化，变为一种按需使用的计算力，对于使用者来说，集中规模化降低了成本，同时具备了灵活拓展能力。

1.3.3 数据中心服务模式的演进

数据中心的本质实际上是一个计算机资源庞大的集合体，一个数据中心有成千上万台服务器（Server）、几百台网络设备和几百台存储设备。在早期传统的管理模式下，应用运行在单台物理服务器上，每台物理服务器只面向特定的应用，一旦服务器出现问题，应用就无法正常运行下去。虚拟化技术将物理资源抽象整合，把所有硬件（服务器、存储器）和网络整合成单一的逻辑资源，动态进行资源分配和调度，实现数据中心的自动化部署，并大大降低数据中心的运营成本。目前，数据中心常用的虚拟化技术有虚拟机（Virtual Machine）技术和容器（Container）技术两种。数据中心的基本服务模式先后经历了裸机服务器、虚拟服务器、容器化服务这三个主体阶段。

1.1997—2007年，第一波浪潮——裸机服务器

裸机服务器（Bare Metal Server，BMS）指单租户环境下的物理服务器，物理资源不能在用户之间共享，具有物理隔离特性。裸机服务器的优势在于高应用性能和可预测性，劣势在于只能专人专用，建设成本较高，且建成后不利于资源共享和迁移，灵活性降低。裸机服务器现在仍大范围存在，通常被某些特定单位使用或作为性能敏感的解决方案。例如，裸机服务器常见于某些行业和单位自建的专用计算机集群，支持特定的可扩展分布式计算应用，如Hadoop集群、Redis集群等。

2.2008—2015年，第二波浪潮——虚拟服务器

虚拟机通过软件模拟具有完整硬件系统功能、运行在一个完全隔离环境中的完整的计算机系统，即在一台物理机上模拟运行一个或多个虚拟机（Virtual Machine，VM）。网络虚拟化的飞速发展，加快了传统物理数据中心演进云计算数据中心的进程，云计算数据中心的计算基本单位从物理机转变为虚拟机，使计算资源的数量和密度以指数级增长。数据中心使用虚拟机管理器实现虚拟化管理，优点是技术成熟、应用广泛、效率提高，支持多种租户使用；缺点是虚拟化带来的资源管理复杂性。

3.2016年至今，第三波浪潮——容器化服务

2016年以后，数据中心进入了大规模基于容器的虚拟化技术时代。容器是一种进程沙盒技术，主要目的是将应用运行在其中，与外界隔离，方便沙盒被转移到其他宿主机器上。本质上，容器是一个特殊的进程。在一台计算机上运行的多个容器可以共享操作系统，在自己容器中运行的每个应用都享有一个隔离边界，使其看起来像是在该计算机上运行的唯一应用。容器也被称为轻量级的虚拟化技术，目标与虚拟机一致，都是为了创造“隔离环境”。虚拟机是操作系统级别的资源隔离，交付的是虚拟机实例，抽象的是计算资源。容器本质上是进程级的资源隔离，交付的是服务。容器与虚拟机相比，属于进程级的虚拟化，更轻量级，更节约时间和空间资源，可进一步提高部署密度。容器的安全性相对较差，因为虚拟机能保持独立和相互隔离，使每个虚拟机都能实现自己的安全协议，一个被感染的虚拟机不会影响另一个虚拟机，但容器只能在进程层面隔离数据和应用程序，提供的安全环境较差，并依赖于主机系统的安全协议。