第1章 數(shù)據(jù)中心概述

人類社會(huì)的追求是什么？答案可能層出不窮。

但是有一點(diǎn)可以肯定的是：人類社會(huì)一直追求著體力（四肢）、智力（大腦）的無限發(fā)展。

著名經(jīng)濟(jì)學(xué)家、中國人民大學(xué)黃衛(wèi)平教授形象地比喻：追求“時(shí)間的無窮小或無窮大”和“空間的無窮小或無窮大”，是我們?nèi)祟惿鐣?huì)的終極目標(biāo)。

（1）時(shí)間的無窮小，比如相隔幾萬公里的面對(duì)面的溝通、快速穿越太空的宇宙飛船等。

（2）時(shí)間的無窮大，就是持續(xù)的追求長生不老，從2000多年前的秦始皇到今天的基因技術(shù)。

（3）空間的無窮小，地球已經(jīng)是一個(gè)村莊，大洋彼岸的事件瞬時(shí)傳到全世界。

（4）空間的無窮大，地球已經(jīng)遠(yuǎn)不夠人類住居，從而出現(xiàn)登月、火星計(jì)劃、外太空探索等。

為了實(shí)現(xiàn)人類的終極目標(biāo)，人類不斷地繁衍，并不斷地創(chuàng)造新的技術(shù)與科技，從自然中獲取物質(zhì)，并去征服自然。

近代自18世紀(jì)以來，已有三次工業(yè)革命（或科技革命），讓人類社會(huì)獲得空前的發(fā)展，幫助人類社會(huì)逐步地接近終極目標(biāo)。

第一次工業(yè)革命于18世紀(jì)起源于英國，即蒸汽機(jī)革命。人們通過廣泛應(yīng)用蒸汽技術(shù)，極大地解放了人類的體力勞動(dòng)，極大地提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。

19世紀(jì)末，以電的應(yīng)用為標(biāo)志發(fā)展起來的電機(jī)、電信及汽車等技術(shù)，推動(dòng)了人類第二次工業(yè)革命，即電力與大工業(yè)革命。

第二次世界大戰(zhàn)后期開始啟動(dòng)，到20世紀(jì)70年代廣泛應(yīng)用，再到1995年前后的大規(guī)模互聯(lián)網(wǎng)與信息化應(yīng)用，是人類的第三次工業(yè)革命，即信息革命。

三次工業(yè)革命把人類社會(huì)從農(nóng)業(yè)社會(huì)帶入工業(yè)社會(huì)，又從工業(yè)社會(huì)帶入信息化社會(huì)。如果說第一次工業(yè)革命（蒸汽機(jī)革命）、第二次工業(yè)革命（電力革命）是極大地提升了人類體力極限，那么第三次工業(yè)革命（信息革命）則極大地?cái)U(kuò)大了人類的腦力和智力。

信息革命作為第三次工業(yè)革命，提升并擴(kuò)大人類的腦力和智力，必然將伴隨人類社會(huì)持續(xù)發(fā)展。

數(shù)據(jù)中心是信息社會(huì)的大腦與中樞。

1.1 數(shù)據(jù)中心起源與定義

在開始數(shù)據(jù)中心的設(shè)計(jì)與研究之前，先了解第三次工業(yè)革命——信息革命的基石：電話、計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)等發(fā)明歷程。

1.1.1 電報(bào)與電話的發(fā)明

人類歷史上最早的通信手段和現(xiàn)在一樣是“無線”的，如利用以火光傳遞信息的烽火臺(tái)（如圖1-1所示），通常大家認(rèn)為這是最早的傳遞消息方式。事實(shí)上不是，在我國和非洲古代，擊鼓傳信是最早、最方便的辦法，非洲人用圓木特制的大鼓可傳聲至3～4km處，再通過“鼓聲接力”和專門的“擊鼓語言”，可在很短的時(shí)間內(nèi)把消息準(zhǔn)確地傳到50km以外的另一個(gè)部落。

1832年，美國畫家莫爾斯在旅歐學(xué)習(xí)途中，開始對(duì)這種新生的電磁感應(yīng)技術(shù)發(fā)生了興趣，他經(jīng)過3年的鉆研之后，在1835年使第一臺(tái)電報(bào)機(jī)問世。1843年，莫爾斯獲得了3萬美元的資助，他用這筆款修建成了從華盛頓到巴爾的摩的電報(bào)線路，全長為64.4km。

1844年5月24日，在座無虛席的美國國會(huì)大廈里，莫爾斯用他那激動(dòng)得有些顫抖的雙手，操縱著他傾十余年心血研制成功的電報(bào)機(jī)，向巴爾的摩發(fā)出了人類歷史上的第一份電報(bào)：“上帝創(chuàng)造了何等奇跡！”莫爾斯與他發(fā)出第一份電報(bào)的設(shè)備復(fù)制品如圖1-2所示。

電報(bào)的發(fā)明，拉開了電信時(shí)代的序幕，開創(chuàng)了人類利用電來傳遞信息的歷史。從此，新的信息革命開始了。

1875年6月2日，貝爾通過送話機(jī)喊道：“沃森先生，請(qǐng)過來！我有事找你！”在實(shí)驗(yàn)室里的沃森助手聽到召喚，像發(fā)瘋一樣，沖出實(shí)驗(yàn)室，奔向貝爾喊話的寢室。他一路大叫著：“我聽到了貝爾在叫我！我聽到了貝爾在叫我！”…… 這樣，人類有了最初的電話，揭開了一頁嶄新的交往史。

1877年，第一份用電話發(fā)出的新聞電訊稿被發(fā)送到波士頓《世界報(bào)》，標(biāo)志著電話為公眾所采用。

1878年，貝爾電話公司正式成立。

1965年5月，美國貝爾系統(tǒng)的1號(hào)電子交換機(jī)問世，它是世界上第一部開通使用的程控電話交換機(jī)。程控電話交換機(jī)的出現(xiàn)標(biāo)志著電話大規(guī)模進(jìn)入家庭，成為人們生活與工作必備的通信工具。

1.1.2 計(jì)算機(jī)的發(fā)明

第一部真正可以稱得上計(jì)算機(jī)的機(jī)器，則誕生于1946年的美國，毛琪利與愛克特發(fā)明了名為ENIAC的機(jī)器（如圖1-3所示）。因?yàn)檫@部計(jì)算機(jī)使用真空管來處理信號(hào)，所以體積龐大（占滿一個(gè)房間）、耗電量高（使用時(shí)，全鎮(zhèn)的人都知道，因?yàn)榧壹覒魬舻碾姛舳甲儼盗耍。矣洃浫萘坑址浅５停ㄖ挥?00多個(gè)字）。但是，它卻已經(jīng)是人類科技的一大進(jìn)展。通常把這種使用真空管的計(jì)算機(jī)稱為第一代計(jì)算機(jī)。

1950年，美國費(fèi)城艾克特-莫奇里電腦公司率先大規(guī)模生產(chǎn)通用電子計(jì)算機(jī)。

1953年，IBM生產(chǎn)的第一種商用計(jì)算機(jī)（701型）正式投放市場，機(jī)體內(nèi)采用的是電子管。

1960年，美國數(shù)字設(shè)備公司首次在商用計(jì)算機(jī)中用晶體管代替了電子管。

1971年，研制了袖珍電子計(jì)算機(jī)。

1981年，IBM公司成功研制的PC（人個(gè)計(jì)算機(jī)），是最早的微型計(jì)算機(jī)。從此，PC廣泛進(jìn)入人們的工作和生活。

1.1.3 互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)明

1969年，美國國防部國防高級(jí)研究計(jì)劃署（DOD/DARPA）資助建立了一個(gè)名為阿帕網(wǎng)（ARPANET）的網(wǎng)絡(luò)，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)把位于洛杉磯的加利福尼亞大學(xué)、位于圣巴巴拉的加利福尼亞大學(xué)、斯坦福大學(xué)，以及位于鹽湖城的猶他州州立大學(xué)的計(jì)算機(jī)主機(jī)連接起來，位于各個(gè)節(jié)點(diǎn)的大型計(jì)算機(jī)采用分組交換技術(shù)，通過專門的通信交換機(jī)（IMP）和專門的通信線路相互連接。這個(gè)阿帕網(wǎng)就是Internet的最早雛形。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)示意圖如圖1-4所示。

1972年，ARPANET上的網(wǎng)點(diǎn)數(shù)已經(jīng)達(dá)到40個(gè)，這40個(gè)網(wǎng)點(diǎn)之間可以發(fā)送小文本文件（當(dāng)時(shí)稱這種文件為電子郵件，也就是現(xiàn)在的E-mail）和利用文件傳輸協(xié)議發(fā)送大文本文件，包括數(shù)據(jù)文件（即現(xiàn)在Internet中的FTP），同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了通過把一臺(tái)計(jì)算機(jī)模擬成另一臺(tái)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)的一個(gè)終端而使用遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)上的資源的方法，這種方法稱為Telnet。E-mail、FTP和Telnet是在Internet上較早出現(xiàn)的重要工具，特別是E-mail仍然是目前In-ternet上的最主要應(yīng)用。

1989年，伯納斯·李為了設(shè)計(jì)一個(gè)供同事們交換資料的線上工作空間，提出了一個(gè)稱為“World Wide Web”的全球超文本項(xiàng)目計(jì)劃，目的是能夠?qū)⒏髯缘男畔⑼ㄟ^超文本傳輸實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)共享。一年以后，伯納斯·李開發(fā)出架構(gòu)起全球資訊網(wǎng)的三大基本技術(shù)：HTTP/HTML/URL。

1991的新年剛過，伯納斯·李把自己開發(fā)的全球資訊網(wǎng)放到網(wǎng)際網(wǎng)路上。于是，一個(gè)劃時(shí)代的奇跡誕生了，這就是今天風(fēng)靡世界的互聯(lián)網(wǎng)。

1.1.4 數(shù)據(jù)中心的興起

通信、計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)的先后發(fā)明與規(guī)模應(yīng)用，標(biāo)志著近代社會(huì)人類第三次工業(yè)革命——信息革命的大規(guī)模興起與應(yīng)用。在由通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)組成的IT基礎(chǔ)設(shè)施中，數(shù)據(jù)中心（Data Center）則成為“集大成者”。數(shù)據(jù)中心及與之對(duì)應(yīng)的客戶端/服務(wù)器（Cli-ent/Server）模式的出現(xiàn)，對(duì)整個(gè)IT的革命意義，類似猿人直立解放雙手，是在信息化階段中，公認(rèn)為從計(jì)算機(jī)時(shí)代跨越到信息時(shí)代的關(guān)鍵一步。

集中和分散是兩個(gè)在計(jì)算機(jī)、通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中至關(guān)重要的概念。從第一臺(tái)計(jì)算機(jī)發(fā)明以來，就是一道永遠(yuǎn)無法避開的選擇題。猶如我國古人所云“天下分久必合，合久必分”，在信息革命中一次又一次地演繹。

從發(fā)明計(jì)算機(jī)到目前網(wǎng)絡(luò)盛行的橫跨60余年的時(shí)間大尺度來看，人類社會(huì)的計(jì)算方式經(jīng)歷了從集中主機(jī)—分散運(yùn)算—再次集中的過程。這個(gè)過程當(dāng)然不是簡單的往復(fù)的過程，分為如下階段。

第一階段：1945—1971年。計(jì)算機(jī)器件組成主要以電子管、晶體管為主，體積大，耗電大，主要用于國防機(jī)構(gòu)、科學(xué)研究等軍事或者準(zhǔn)軍事機(jī)構(gòu)。由于計(jì)算消耗的資源過大，成本過高，因此計(jì)算的各種資源集中也就是必然的選擇。同時(shí)，也誕生了與之配套的第一代的數(shù)據(jù)機(jī)房。UPS/機(jī)房精密空調(diào)就是在這個(gè)時(shí)代誕生的。

第二階段：1971—1995年。隨著大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展，計(jì)算機(jī)除了向巨型機(jī)方向發(fā)展外，更多地朝著小型機(jī)和微型機(jī)方向快速演進(jìn)。1971年年末，世界上第一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)在美國舊金山南部的硅谷應(yīng)運(yùn)而生，它開創(chuàng)了微型計(jì)算機(jī)的新時(shí)代。在這個(gè)時(shí)代，計(jì)算的形態(tài)總的來說是以分散為主，分散與集中并存。因此，數(shù)據(jù)機(jī)房的形態(tài)也就必然是各種小型、中型、大型機(jī)房并存的態(tài)勢(shì)，特別是中、小型機(jī)房得到了爆炸式的發(fā)展。

第三階段：1995年至今，互聯(lián)網(wǎng)的興起被視為計(jì)算行業(yè)自發(fā)明計(jì)算機(jī)之后的第二個(gè)里程碑。互聯(lián)網(wǎng)的興起在本質(zhì)上是對(duì)計(jì)算資源的優(yōu)化與整合。對(duì)人類社會(huì)分散計(jì)算資源的整合是計(jì)算發(fā)展本身的內(nèi)在的要求與趨勢(shì)。本階段計(jì)算資源再次集中的過程絕不是對(duì)第一階段的簡單復(fù)制，具有兩個(gè)典型的特點(diǎn)：

（1）分散的個(gè)體計(jì)算資源本身的計(jì)算能力急速發(fā)展，比如摩爾定律和其后的多核技術(shù)就是典型的應(yīng)用。

（2）個(gè)體計(jì)算資源被互聯(lián)網(wǎng)整合。這種整合現(xiàn)在也成了一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因此也會(huì)不斷地演進(jìn)。

按照上述兩條思路看現(xiàn)今的熱點(diǎn)：Intel和AMD的白熱化競爭、刀片服務(wù)器、互聯(lián)網(wǎng)寬帶、IPv6、虛擬化、云計(jì)算等均在上述思路覆蓋之中。

在具備網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)之后，歷史又回到了集中的模式上，數(shù)據(jù)機(jī)房在這個(gè)階段呈現(xiàn)出一種新的形態(tài)：數(shù)據(jù)中心以及與之對(duì)應(yīng)的Client/Server模式的出現(xiàn)。數(shù)據(jù)中心的出現(xiàn)，是IT世界從第一個(gè)“集中—分布”輪回走向第二個(gè)“集中—分布”輪回的標(biāo)志。

數(shù)據(jù)中心通過實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)定義與命名規(guī)范、集中的數(shù)據(jù)環(huán)境，從而達(dá)到數(shù)據(jù)共享與利用的目標(biāo)，其機(jī)房建設(shè)的理念在發(fā)展的里程中也更加成熟和理性，不斷地超越原來“機(jī)房”的范疇，日益演進(jìn)為組織內(nèi)部的支撐平臺(tái)以及對(duì)外營運(yùn)的業(yè)務(wù)平臺(tái)。數(shù)據(jù)中心及其C/S體系的出現(xiàn)，是信息革命的第二次高峰，為信息革命縱深發(fā)展奠定了基石。計(jì)算與數(shù)據(jù)機(jī)房的演進(jìn)路線示意圖如圖1-5所示。