城市超级(云)计算中心解决方案白皮书

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1、城市超级（云）计算中心解决方案白皮书曙光信息产业（北京）有限公司云计算解决方案团队2010/4/25-1-目录第一章云计算概述.2第二章城市超级（云）计算中心作用及建设意义.4一、国内超级（云）计算中心发展现状.5(一)上海超级计算中心.6(二)中科院超级计算中心.6(三)北京市计算中心.7(四)成都云计算中心.7二、城市超级（云）计算中心主要应用.9(一)政府辅助决策支持.9(二)促进区域产业发展.10(三)服务政务信息化.12(四)物联网数据处理.12三、城市超级（云）计算中心建设意义.13第三章城市超级（云）计算中心建设方案.15一、方案概述.15二、云基础设施.17(一)运行支撑环境.

2、17(二)高端服务器.18(三)云存储系统.19(四)云安全.22(五)应用加速.23三、云操作系统.24(一)物理资源抽象.24(二)快速部署和按需使用.25(三)智能化的任务调度和负载管理.25(四)海量数据管理和分布式存储.25(五)功耗管理和节能降耗.26四、云服务交付.26(一)Iaas（Infrastructure as a service）.26(二)Paas（Platform as a service）.26(三)Saas（Software as a service）.27第四章附录.27一、曙光公司简介.27二、典型案例介绍.29(一)上海超级计算中心.29(二)成都云计算中

3、心.29(三)北京市计算中心.30-2-第一章云计算概述云计算是一种新兴的商业计算模型，它利用高速互联网的传输能力，将数据的处理过程从个人计算机或服务器转移到一个大型的计算中心，并将计算能力、存储能力当作服务来提供，就如同电力、自来水一样按使用量进行计费。云计算并不是一种简单的产品，也不是一个单纯的技术，而是指一种可以根据需要动态地提供、配臵、以及取消供应的计算和存储平台，或者一种可以通过互联网进行访问的应用服务类型。云计算的出现，将会对IT 的应用和部署模式、商业模式产生极大的影响。用户只需要拥有可上网的终端设备，就能享受到自己想要的各种 IT 服务。传统的以PC和服务器为中心的应用模式将发

4、生巨大变化。云计算的出现，也会令现有的IT 生态系统发生极大的变化，各个角色将会重新定位和产生不同作用。在云计算的生态系统中，有三个核心角色，即使用者、提供者和建设者。使用者是指各种云计算服-3-务的最终使用者，包括个人消费者、政府、教育和企业客户；提供者是指各种云计算服务的提供商，包括 SaaS（软件即服务）、PaaS（平台即服务）和 IaaS（基础设施即服务）三类提供商；建设者是为提供商提供各种基础资源、解决方案和服务的供应商。作为国内领先的网格计算与数据中心解决方案供应商,曙光公司多年来一直致力于通过技术创新为用户创造价值。在云计算时代，曙光公司将不仅作为建设者，为云服务提供者提供基础资

5、源和解决方案，还将作为提供者，为最终用户提供云计算应用服务。目前，云计算主要有两种部署模式，公有云和私有云。公共云，是指为外部客户提供服务的云，它所有的服务是供别人使用，而不是自己用。目前，典型的公共云服务提供者包括Google、亚马逊以及国内的成都云计算中心等等。公共云的最大优点是用户的应用程序、服务及相关数据都存放在公共云的提供者处，自己无需做相应的投资和建设，这将极大的降低总体拥有成本。-4-私有云，是指企业自己使用的云，它所有的服务不是供别人使用，而是供自己内部人员或分支机构使用。私有云的部署比较适合于有众多分支机构的大型企业或政府部门。随着这些大型企业数据中心的集中化，私有云将会成为

6、他们部署IT 系统的主流模式。目前，曙光公司可以向用户交付以上两种类型的云计算：公有云/城市超级（云）计算中心解决方案和私有云/动态数据中心解决方案。第二章城市超级（云）计算中心作用及建设意义超级(云)计算中心最基本的功能是为其目标客户提供计算资源、存储资源和软件服务。在目前的技术条件下，超级（云）计算中心是满足政府、教育、科研以及企业用户对计算资源“随需应变”要求的最佳模式。超算（云）中心不仅仅只承担传统的科学计算和工业计算应用，服务企业信息化、政府决策支持、促进区域产业发展同样是超算（云）中心的重要职能。超级（云）计算中心可以满足城市规划与城市管理、政务信息化-5-服务、高性能计算、物联网

7、数据处理、软件服务等多个领域的应用需求。一、国内超级（云）计算中心发展现状互联网产业的快速发展将推动IT 产业发生颠覆性变革，传统以PC为核心的应用模式很可能将不复存在，未来一切应用软件和数据存储都将依赖远端的“超级（云）计算中心”！超级（云）计算中心是指基于高性能计算机系统对外提供计算资源、存储资源等服务的机构或单位。高性能计算机是指经过特殊优化设计的具备超强计算能力、存储能力和通讯能力的计算机系统。现代高性能计算机基于先进的集群技术构建，能够支持大规模科学计算及工程计算，并在商业计算、互联网、电子政务、电子商务等领域拥有巨大发展潜力。建设超级（云）计算中心符合IT 产业的发展趋势，IT 资

8、源由分布到集中可以最大化实现资源的整合降低系统TCO，同时集中化有助于提高整个 IT 服务水平，为企业创新提供更好的支撑。目前国内已经建成的超级（云）计算中心包括上海超算中心、中科院超算中心、成都云计算中心、无锡云计算中心、北京市计算中心等。未来 2-3年内，超级（云）计算中心将掀起新一轮建设高潮，包括沈阳、湖南、天津、深圳、广州、厦门等多个城市都在规划建设区域大型超级（云）计算中心。-6-(一)上海超级计算中心上海超级计算中心（SSC）成立于 2000年 12 月，是 2000年上海市一号工程上海信息港主体工程之一。上海超级计算中心是国内首家面向社会开放的、资源可共享的高端计算平台。中心目前

9、配有“神威 I”、“神威 64P”、“曙光 4000A”和“曙光 5000A”四套高性能计算机，总计算能力近250万亿次。上海超级计算中心自投入运行以来，为上海各行业提供了大量的高性能计算应用服务，主机资源得到充分有效地利用，在气象预报、药物设计、生命科学、汽车、新材料、土木工程、物理、化学、航空、航天、船舶等十个应用领域取得了一批重大成果。(二)中科院超级计算中心该中心采用总中心、分中心及所级中心的三层网格结构布局，以实现统一的运维管理与资源调度，统一为用户提供服务，达到资源整合与共享使用、提高资源利用率的目的。中科院超算中心 2008年底装备了一套联想深腾7000超级计算机，核心基于 IB

10、M BladeCenter和 SGI 超级服务器构成，峰值运算能力超过了 100万亿次。此外，2009年中科院超算中心在青岛、大连、深圳、昆明以及兰州建设了 6 个分中心，每个分中心运算能力达到了10万亿次每秒。6个分中心有 4 个基于曙光 5000A超级计算机构建，其余两个分别选用了浪潮和 hp 的系统。-7-(三)北京市计算中心北京市计算中心近年来一直致力于打造创新型公共计算服务平台，可为政府单位和广大中小企业提供最新的硬件和软件设施、虚拟原型制作、可视化技术、网络技术、数据挖掘等，降低政府单位及中小型企业的运营成本，增强工业企业的产品研发能力，提升中国工业在全球经济中的竞争优势。曙光公司

11、联合Platform 公司为北京计算中心构建了运算能力达到20 万亿次每秒的公共云计算平台，并将于2010年底扩展至每秒100万亿次，面向工业领域提供IaaS和 SaaS 为主的云计算服务，增强中小型企业的自主创新及产品研制能力，从而提升中国工业在全球经济的竞争优势。北京计算中心云平台的建成，有助于打造更多更广的高性能应用解决方案，培养高性能高端技术服务人才，创造新型科研和生产手段，推动高性能计算领域的研究水平和提供公共计算的能力，进一步促进北京市计算设施和技术共享，提高资源使用效率和水平，实现北京市与全国其它地区之间的资源共享与信息交流，达到充分整合区域科技资源的目的。(四)成都云计算中心根

12、据成都市政府立足于打造中西部特大中心城市的既定目标，在大力推动建设“两枢纽、三中心、四基地”的基础上，提出建设西南超算中心的构想，并计划用2-3年时间达到 200万亿次的计算能力。-8-为此，成都市2008 年发布的成都通信枢纽建设规划纲要对建设高性能计算中心提出明确要求：国家高性能计算中心（成都）西南网格节点的运算能力显著提升，进入国内领先行列，基本满足成都及周边地区信息处理、科学计算、大型工程和工业应用等方面的需求。2009年 2 月，成都市人民政府工作报告再次提出，要“加快建设西部通信枢纽，推动实施成都直达国际通信出入口局高速电路、国家数据存储灾备中心、国家（成都）高性能计算中心等项目”

13、。成都云计算中心是国内首家规模化的大型云计算中心，是成都地区统一的网络服务平台，是成都市数字城市的基础设施，是成都市科技能力的集中体现。成都云计算中心基于业界领先的曙光5000超级计算机作为后台硬件支撑，并部署了微软、Novell 等公司软件资源与服务，通过互联网和政务网向公众以及政府提供服务。成都云计算中心具有强大的计算能力，一期2009年年底建成，规模达到 30万亿次每秒，2 年内将扩展到 200万亿次每秒。成都云计算中心主要承载如下功能：成都地区政务信息化和业务协同的平台；承担包括研究开发、科学计算、科普教育等功能的计算中心；融合城市应急指挥、平安社区以及信息发布的市政信息化统一办公体系

14、平台的数据存储和处理中心；为各行业用户提供计算资源和存储资源服务的服务中心，并以成都市为中心，其辐射范围将涵盖整个四川省、西南周边省份和地区乃至全国。-9-二、城市超级（云）计算中心主要应用(一)政府辅助决策支持经济技术的快速发展，城市规模的扩大，使很多城市在 IT 基础架构方面跟不上城市快速发展的步伐。建设超级（云）计算中心有助于提升整个城市管理和公共服务水平，创造一个更加和谐的城市环境。城市规划决策支持：城市防灾减灾、城市零售网点布局规划、城市交通发展规划、城市环保与生态整治对策等，都是政府决策部门非常迫切需要解决好的问题，这些问题的解决都需要超级（云）计算中心高端计算资源的支持。例如考虑

15、 10000个出发地和 200个可能目的地所构成的大区域零售网络，欲在这 200个可能目的地中选择 50 个最佳区位，以使整个零售网络的效益最大化。如顾客的行为符合空间互作用模型的基本假设，那么模型可能的解将有 50 个，这在普通的计算机上无法求解，只有在高性能计算机上进行并行处理，才能有效地求解。城市建筑的工程仿真：大型城市建筑工程如桥梁、地铁、高层建筑等基础设施的抗震性能分析需要大量的计算资源，超级（云）计算中心可以很好的满足这一要求，这一点已经在上海超算中心等多个单位得到了充分说明。城市管理：应急指挥、危险源监控、环境监测、交通管理和优化以及城市地下管网监控等都离不开超级（云）计算中心的

16、支持。-10-例如在智能交通系统中，通过随处安臵的传感器实时收集路况信息并通过无线网络传送给后端的超级（云）计算中心处理，市民则可以通过手机、GPS等终端设备获取实时的交通信息，并据此调整路线以避免拥堵，最终实现社会资源的大幅节约以及城市空气质量的明显改善。气象预报：高性能计算技术是解决数值预报中大规模科学计算的必要手段。依靠高性能计算技术，进行繁复的海量数据采集、计算和分析，实现大面积、三维立体、高精度、及时、准确的气象预报。(二)促进区域产业发展高性能计算技术在教育、科研、工业等领域应用日趋广泛，超级（云）计算中心的建设能够显著提升区域科研水平、增强企业的核心竞争力、进而推动地方经济发展。

17、制造业：在全球金融危机大潮的冲击下，制造业面临产业结构升级、市场竞争加剧，持续创新能力不强等困难。制造业信息化是制造业迈向现代化，增强竞争力的必然过程，其主要的手段就是广泛采用基于高性能计算的CAD/CAE/CAM技术，实现“虚拟产品设计与优化仿真”，以促进传统制造业改造，提高制造业产品研制能力。通信及互联网：通过运行 Hadoop 分布式文件系统、DRAC 分布式数据库和 Map reduce分布式编程模型，超级（云）计算中心可以满足电信、移动、互联网等行业客户的海量数据挖掘需求。中国移动依托“BigCloud 计划”构建了基于云计算技术的移动互-11-联网业务海量数据存储和处理试验平台，开

18、展云计算应用研发和试验，包括并行数据挖掘、搜索引擎等。在电子商务方面，结合分布式数据库技术、无线移动计算技术、搜索引擎技术以及新的用户体验技术，高性能、高扩展、高容量和高安全的云计算服务将成为未来电子商务创新的基石。数字新媒体：广电数字新媒体业务是以新一代数字技术、网络技术、信息技术为基础，具有兼容、开放、共享、多样、对等、通用的突出特点，给广播电视的传播技术、传播方式、传播水平带来巨大而深刻的变革。在三网融合的技术发展背景下，广电数字新媒体业务必将呈现爆炸式增长。云计算在广电领域拥有巨大发展潜力，因为广电网络天然就具备了视频云计算的终端、宽带网络两大必备条件，借助超级（云）计算中心便可向终端

19、提供视频服务。软件服务：云计算技术的快速发展使得越来越多的软件开发商推出运行于互联网之上的应用软件，例如Salesforce CRM、金算盘、亿企通的企业协同管理平台等。超级（云）计算中心拥有庞大的计算资源，可以充分满足各大Saas软件供应商的需求，软硬结合，使得用户以更低的成本、更快的得到软件，而且无需维护。文化创意产业：基于高性能计算的三维动漫渲染技术是文化创意产业发展的基础。动漫产业是许多城市着力发展的新兴数字文化产业，是基于高性能计算的“高可视”产品。超级（云）计算中心的建-12-立将为区域文化创意产业的发展提供有力保障。生物医药：超级（云）计算中心通过提供高性能计算环境和基于高性能计

20、算的药物设计和生物信息学等专业软件，帮助药物企业提升新药研发能力、缩短新药研发时间。例如国外的某种胃药，运用数值模拟技术，研究不同胃酸环境与胃动力环境中药物的溶解、扩散、吸收规律，指导胃药包缚工艺设计，实现了药效优化与产品增值。(三)服务政务信息化当前各级政府的信息化系统建设大多处于粗放式发展阶段，各部门各自为政，各自提出自己的系统建设要求，分散投资、分散建设，缺乏以区域为单位、着眼全局的统筹规划。由于分散购臵分散管理，设备与投资不能共享，整体使用效率很低，资源浪费严重。建设超级（云）计算中心统一提供政务应用服务可以很好地解决上述问题，实现资源共享，有效节约政府财政支出。例如，在成都云计算中心

21、，工商、社保等部门十几个民生相关的信息化系统已经陆续移植到了“电子政务云”服务平台，并按照实际需求向“电子政务云”动态申请计算与存储能力，极大的降低了成都市政府信息化总体投入。(四)物联网数据处理物联网数据的交换和处理是物联网技术体系的核心内容之一。由于存在大量的交换和处理业务，对计算平台提出了很高的要求。超级-13-（云）计算中心拥有强大的计算能力和存储能力，可以作为物联网基础信息交换和数据处理平台，助推物联网产业的发展。例如，成都市生猪溯源管理信息系统以生猪屠宰、流通、消费各个环节质量安全追溯为突破口，采用 RFID 技术跟踪生猪收购、屠宰、流通、消费各个环节，建立食安、商务、工商、农委、

22、卫生等各部门共用的统一监管平台，顾客可以通过互联网、短消息、电话查询到猪肉食品的来龙去脉。未来成都市将在生猪溯源管理信息系统基础上，逐步扩展应用到其它食品领域，基于成都云计算中心建成全市统一的食品质量安全信息平台，为政府监管、市民查询提供有效的手段。三、城市超级（云）计算中心建设意义城市超级（云）计算中心作为区域标志性的IT 基础设施，是集政务云中心、超级计算中心、信息处理中心、云计算服务基础平台多功能于一体的复合型计算中心。一个区域拥有一座高水平的超级（云）计算中心意义重大：1.云计算本身作为信息领域的新的发展方向正在蓬勃发展，云计算中心的设立对推动区域云计算产业的发展具有明显的聚集及支撑作

23、用。同时也可以作为物联网等新兴应用的支撑平台，带动相关产业的发展。2.云计算中心具有的超级计算中心的效能可以提供超强的计算能力，而高性能计算发展及应用水平正日益成为一个城市科研-14-实力的重要标志之一。在高性能计算领域处于领先地位就等于占领了未来发展的制高点，将能够迅速提高城市的综合竞争力。云计算中心将使城市成为具有强大集聚能力和辐射能力的经济中心。3.云计算中心的建设对城市支柱产业：汽车工业、石化工业、电子信息制造业、生物医药业等都将有很好的提升和支持；同时对于发展高新技术产业，尤其在新材料产业、环保新能源产业、动漫创意产业等方面提供强大的支持；对改造提升传统工业，包括钢铁工业、机械装备制

24、造业、轻纺服装工业等方面提供科研创新的平台。4.云计算中心建设一般规模较大、投入较大，应用可以辐射周边区域，相邻区域基本不太可能重复建设，所以抢占建设先机，对争夺区域科技发展的引领地位、争取高端产业聚集至关重要。5.云计算中心在重大市政建设项目和重要社会活动中将发挥不可替代的作用，会带来巨大的社会效益。对依赖于高性能计算的气象、台风等灾难性天气预报的减灾和防灾工作可以提供有力保证。6.云计算中心的高性能的超级计算计算机作为IT 基础设施，可以改善区域投资环境，促进招商引资。7.建设云计算中心是具有高显示度的亮点工程。政府信息化建设得到了各级领导的高度重视，电子政务等重点工程已经实施多-15-年

25、，各地的建设模式基本类似，单纯的政府信息化项目很难在建设方式和内容上推陈出新，而且多部门、分行业的建设投入很难产生规模影响。超级计算中心的建设，因为建设规模大，投入资金多，区域影响大，可以产生长时间持续的影响，可以提升政府形象。8.云计算中心可以作为吸引、引进高端人才的硬件条件，提升当地的教育、科研水平和质量。第三章城市超级（云）计算中心建设方案一、方案概述随着科学技术水平的提高，信息化技术越来越成为保障和改善民生、促进社会和谐进步、建设人民满意的服务型政府、优化和调整产业结构、促进经济发展的重要手段和工具。云计算（包括物联网）是新一代信息技术的发展方向和应用方向，率先理解和接受新的概念、新的

26、理念，就占领了社会发展、产业发展的制高点，在未来的区域和城市发展进程中就占据了主动，在新的产业机会来临时就更容易抓住机会，更能实现跨越式的、可持续发展。建设城市超级（云）计算中心，可以极大地提高城市的运营效率，节约社会资源，提高政府的决策水平，促进产业升级，最终实现区域及城市的长期可持续发展。一直以来，曙光公司都将超级计算（云计算）视为一项重要战略，-16-已经在国内建设、部署超过10个大型计算中心，这其中包括中国运营最为成功的上海超级计算中心，以及中国第一个由企业投资并采用商业化运营的超级（云）计算中心：成都云计算中心等等。依托中科院计算所的高端技术资源，曙光公司已经在高性能计算、云计算关键

27、技术研究和产品研发方面取得了重大成果，并在建设和运营超级计算中心及云计算中心方面拥有丰富经验，能够为客户提供全套超级（云）计算中心建设和运营方案，真正实现“交钥匙工程”。城市超级（云）计算中心解决方案由云基础设施、云操作系统与云服务交付三方面组成。云基础设施主要包括曙光液体冷却散热系统、曙光千万亿次“星云”高端计算机、曙光公有云存储系统以及曙光私有云存储系统。云操作系统是曙光公司研发的适用于云计算环境的综合管理平台，能够实现资源抽象、负载均衡、存储管理以及安全和计费等功能。基于云基础设施和云操作系统，曙光公司可以向客户提供基础设施服务、平台服务以及软件服务三方面内容。-17-二、云基础设施云基

28、础设施包括云运行支撑环境、计算云、存储云、安全云等。根据应用需求的不同，城市超级（云）计算中心基础设施可能包含多个分区，例如数据计算区、高性能计算区、VM 区、集群 SAN 存储、集群 NAS 存储、备份存储以及安全网关等。(一)运行支撑环境云计算需要一个高效、绿色的运行支撑环境，主要包括高效能配电系统、制冷系统、功耗管理系统等几个核心组成。曙光公司数据中心解决方案团队可以为客户提供全方面的方案咨询和工程实施服务。配电系统主要采用曙光公司战略合作伙伴、业界领先的爱默生公司产品，电源效率达到90%以上，已经在上海超算成功部署。制冷系统采用曙光公司自主研发的 CloudCube水平送风或水冷散 热

29、 解 决 方 案，单 机 柜 实 现15-30KW 的制冷量，解决高密度计算散热难题，同时相对于传统散热-18-方式实现节能10-20%以上。该套制冷系统解决方案已经在成都云计算中心、中科院过程所、中科院5 个超算分中心成功部署。曙光 Powerconf功耗管理系统，从数据中心整体上对设备功耗进行控制和调配，并可根据实际负载分配系统功耗，该系统已经在上海超算、中石油东方地球物理公司、国家某大型网络安全管理机构等大规模计算中心得到成功部署，经实际测试节约能耗达20%以上。曙光云计算运行支撑环境解决方案可以实现50%以上的节能，能够大幅度降低云计算中心的后期运维成本。(二)高端服务器云计算对服务器

30、的需求与传统超级计算中心或者数据中心有明显不同。云计算不是长时间运行同一个计算程序，而是要同时处理成千上万个服务请求，要求响应时间很短、对通信带宽和存储容量的需求巨大，目前的产品很难满足需要。曙光公司早在5 年前就开始研究适用于云计算环境的高端服务器并将于 2010年 6 月发布第一代产品：曙光“星云”系统。曙光“星云”系统计算能力可扩展至每秒千万亿次以上，存储能力可扩展至10PB量级，采用 10Gb以太网和 40Gb 专用网络实现系统互联，能够充分满足大型超级（云）计算中心的业务需求。-19-曙光全自主研发的面向云计算环境的刀片计算机TC3600，在密度、功耗、网络、计算性能方面进行了全面优

31、化，是星云系统的核心计算部件，可以很好的支持各种应用加速方案。曙光全自主研发的CB50-A 已经正式对外发布，它是中国第一台基于自主处理器龙芯3A而设计的刀片服务器，具备高安全、低能耗、全自主的优势，是构建自主云计算平台的最佳选择。(三)云存储系统云存储是指通过集群应用、网格技术或分布式文件系统等功能，将网络中大量各种不同类型的存储设备通过应用软件集合起来协同工作，共同对外提供数据存储和业务访问功能的一个系统。曙光 Parastorage并行存储系统是曙光全面独立开发的面向云计算的高可靠性分布式存储系统。云存储的优势明显：多应用、多租户、多层、多点、安全、可预-20-测、高效、自动。云存储支持

32、两种实施模式：公有云(Public Cloud)存储和私有云(Private Cloud)存储。曙光公有云存储解决方案公有云是由云计算中心提供存储空间，作为一种服务提供给客户，客户可以通过支付一定的费用获得这种服务，从而可以将自己的数据通过网络传输并存储到这些存储空间中。曙光公有云存储系统由以下三个部分组成：一、基本存储单元基本存储单元是一个4U 的机架式系统，能够支持最大24TB 的存储空间。基本存储单元针对云计算环境进行了性能优化，并采用了多副本、集群等大量容错技术，各项技术性能指标可以达到EMC 中高端存储阵列水平。-21-曙光公有云存储目前可以支持最多512个这样的基本存储单元，彼此之

33、间通过高速内部网络连接在一起，构建最大 12PB的存储系统。二、基础管理层基础管理层是云存储系统最核心的部分，它通过集群、分布式文件系统和网格计算等技术，实现云存储中多个基本存储设备之间的协同工作，使多个的存储设备可以对外提供同一种服务，并提供更大更强更好的数据访问性能。三、应用程序访问接口曙光公有云存储系统提供满足第三方开发需求的应用程序访问接口 API。云计算中心可以根据实际业务类型，开发不同的应用服务。比如视频监控应用平台、IPTV 和视频点播应用平台、网络硬盘应用平台，远程数据备份应用平台等。曙光私有云存储解决方案私有云是企业或者相关机构在自己的计算中心或数据中心内部构建的弹性存储池并

34、由企业或相关机构完全控制。私有云存储往往需要建立在数据中心的防火墙后面，使用数据中心所拥有或授权的硬件和软件。-22-曙光的私有云存储系统是由众多存储节点构成的存储池，它可以支持超过 10,000个虚拟卷，这些虚拟卷可以分配给不同的用户使用，用户可以共用这些硬件，但没法存取其他用户的数据，每个用户的数据是互相独立的。曙光的私有云存储系统，可以很好地满足云计算中心大量应用系统对高吞吐带宽的需求，并能够适应未来不断扩展容量的应用需求。(四)云安全云计算的安全性是业界非常关注的问题，由于使用模式的转变，传统用户无法确认自身使用的资源是否完全可控，并随着网络技术、网络安全的发展，如何对用户环境进行有效

35、隔离，如何从技术上真正解决用户的安全问题，仍然是目前云计算面临的主要挑战。曙光自主开发的Nikey 个人密钥、天机加密卡、IDS 入侵监测系统、龙芯防火墙系统等是曙光云安全方案的重要组成，可以实现从网络层到数据层的真正安全。-23-(五)应用加速在互联网时代，视频分享、网络游戏、动漫渲染、搜索引擎等应用需要消耗大量的后台计算机资源，传统数据中心早已不堪重负。应用加速技术是解决当前困境的有效方法。曙光应用加速技术包括计算加速、网络加速和存储加速三种。GPU 加速卡可以实现浮点运算加速，适用于动漫渲染、分子模拟等领域；VideoSpeed 加速卡基于众核技术实现整数运算加速，适用于视频编解码、基因

36、比对等领域；Netfirm 智能网卡基于FPGA 技术实现网络加速，可以在 cpu零占用的情况下实现网络流量线速处理，适用于网络信息监管领域；SysCache 加速卡则通过在磁盘存储和内存之间设臵一个高速缓冲区实现IO 的加速，适用于互动电视、数据挖掘和搜索引擎等领域。-24-Netfirm 网络加速卡VideoSpeed 视频加速卡GPU 加速卡SysCache 加速卡三、云操作系统曙光云操作系统 Cloudview V1.0主要进行虚拟化资源的抽象与管理、快速部署和按需使用、智能化的任务调度和负载管理、海量数据管理和分布式存储、功耗管理和节能降耗、安全机制及记账计费的保证等。借助云操作系统

37、，可以构建易于管理、动态高效、灵活扩展、稳定可靠、按需使用、节能环保的新一代云计算中心。(一)物理资源抽象云计算需要将数据中心中的所有资源（包括服务器、网络、存储等）进行统一的管理，但由于各种硬件设计之间的差异及操作系统的差异，为数据中心整体的兼容性及数据中心之间的互操作带来了很大-25-问题。通过资源虚拟化技术，可实现从芯片到虚拟操作系统、到虚拟集群、到虚拟数据中心及云等各个层次和粒度的资源抽象，为实现资源的负载管理和动态调度、快速部署及按需分配、资源隔离与安全可靠等方面打下了坚实的基础。当前资源虚拟化技术主要基于Xen或 VMware 实现。(二)快速部署和按需使用云计算的架构是通过云计算

38、操作系统提供对资源的统一管理，并以服务的方式为用户提供一个完整的运行平台，将资源和功能进行服务转化是云计算的核心问题，需要有标准化的服务流程机制、面向服务的组件化的设计方法、快速自动的资源部署方法。(三)智能化的任务调度和负载管理云计算通过对资源的统一管理，实现对各种资源的高效利用，面对不同用户的不同任务，通过全局的细粒度的调度方式，实现对业务系统的负载均衡和对资源的充分利用。在云计算环境中，对物理硬件层、资源抽身层及业务服务层均需要进行实时的监控和分析，对应用和资源配臵调度策略，设定服务级别，并对关键指标进行统计预测，保证资源可满足应用负载，同时实现多种应用之间的负载均衡，充分利用资源的效能

39、。(四)海量数据管理和分布式存储在云计算中心，需要实现对超大规模数据的有效管理，通过并行文件系统和数据库管理方式，实现数据的分布式管理和存储冗余可靠，以及快速处理，并根据按需使用的特点，将不同用户的数据进行-26-有效的隔离，保证数据的安全可靠，同时，需要解决云计算环境的灵活性和扩展性要求，保证系统数据容量的平滑伸缩。(五)功耗管理和节能降耗能耗管理是云计算操作系统的重要功能之一，在满足用户应用的性能要求之上，通过芯片级、系统级、数据中心级各层次的功耗管理技术对能耗进行有效合理的控制，最大限度的降低能源消耗，实现真正的绿色低成本云计算中心。四、云服务交付云计算中心向客户交付的服务类型主要包括如

40、下三种：(一)Iaas（Infrastructure as a service）借助曙光云操作系统，实现以按需服务的形式提供虚拟主机/存储空间/网络带宽等资源。政府或企业无需购买服务器、网络设备、存储设备，只需通过互联网租赁即可搭建自己的应用系统。(二)Paas（Platform as a service）基于多年在服务器领域的经验，曙光公司可以提供面向高性能计算、数据计算以及J2EE WEB服务的开发环境及运行平台。高性能计算平台支持MPI 和 OpenMP应用程序开发和部署。数据计算基于 Hadoop框架，支持数据密集型程序开发和运行。J2EE WEB 服务支持 Apache/Tomcat

41、/MySQL 开发运行环境。-27-(三)Saas（Software as a service）以 WEB 服务的方式向客户提供高性能计算应用、云存储备份等应用，用户不必购买软件，只需按需租用软件。此外，曙光公司与微软、用友软件、多讯科技、金目标等公司合作，可以向用户提供企业IT 管理领域应用软件服务。第四章附录一、曙光公司简介曙光公司是一家在科技部、信息产业部、中科院大力推动下，以国家“863”计划重大科研成果为基础组建的高新技术企业。依托中科院计算所、国家智能计算机研究开发中心和国家高性能计算机工程中心，曙光公司拥有强大的技术实力，是中国高性能服务器领域的领军企业。中国高性能计算领域的“领

42、导者”-28-从曙光 1 号、曙光 1000、曙光 2000、曙光 3000、曙光 4000A直到 2008 年的曙光 5000A，曙光系列超级计算机多次获得国家科技进步一、二等奖。在全球 TOP 500排名中，曙光系列超级计算机多次进入前 10名。曙光公司不仅在技术上保持领先，在市场上也获得了广泛认可。在 2009 年最新公布的 TOP100 排行榜中，曙光公司中国总体市场份额上达到了29%排名第一，成为中国高性能计算领域事实的“领导者”。图图：TOP100 2009厂商入围份额分布中国超级（云）计算中心建设的“先行者”2008年，曙光公司发布“宏计划”战略，率先开始推动超级（云）计算中心建

43、设，力图复制上海超算成功经验，带动区域经济发展。“宏计划”战略已经在2009 年获得收获，曙光公司与成都市政府合作建设了国内第一家商业运营的云计算中心。此外，在曙光公司及合作伙伴的推动下，国内包括广州、沈阳等多个城市开始建设或筹备建设超级（云）计算中心，并将曙光公司作为主要战略合作伙伴。“应用为先、服务超越”的“倡导者”曙光公司 2007 年起率先倡导“应用为先、服务超越”的发展战略，投资 3000万建立应用体验中心，并在气象、石油、生物、物理、化学、动漫、CAE、CFD、信息处理、数据库等多个行业设立技术支-29-撑团队，深入用户应用领域，提高用户高性能计算应用水平。2009年，曙光公司成功

44、开始运营成都云计算中心，并在电子政务、城市管理、城市规划、物联网、软件服务等领域积累了丰富经验。二、典型案例介绍(一)上海超级计算中心上海超级计算中心（Shanghai Supercomputer Center）成立于 2000年 12 月，是中国第一个面向社会开放，资源共享、设施一流、功能齐全的高性能计算公共服务平台，目前拥有曙光 4000A（2004年世界排名第十）和“魔方”（曙光5000A，2008年世界排名第十、亚洲第一）等 3 台超级计算机，同时配备丰富的科学和工程计算软件，致力于为国家科技进步和企业创新提供高端计算服务。(二)成都云计算中心成都云计算中心由曙光集团下属“成都超级计算

45、中心有限公司”建设并于 2009年底开通运营，一期建设规模达到30万亿次每秒，并将于 2 年内扩展至 200万亿次每秒。-30-中心依托中科院计算机技术研究所以及曙光集团的优势资源，在国内率先将超级计算技术用于云计算服务提供，并创新性的采用了“政府指导、企业投资建设和运营”的全新模式，具有里程碑式意义，标志着超级计算（云计算）在中国的发展进入一个新的阶段。(三)北京市计算中心北京市计算中心近年来一直致力于打造创新型公共计算服务平台，可为政府单位和广大中小企业提供最新的硬件和软件设施、虚拟原型制作、可视化技术、网络技术、数据挖掘等服务，降低政府单位及中小型企业的运营成本，增强工业企业的产品研发能力，提升竞争优势。曙光公司联合Platform 公司为北京市计算中心构建了运算能力达到 20万亿次每秒的公共云计算平台，面向工业领域提供IaaS和 SaaS为主的云计算服务。北京市计算中心公共云计算平台二期预计2010年底建成，计算规模将扩展至每秒100万亿次。-31-