随着现代计算机技术的不断发展与成熟，越来越多的企业、政府部门、社会团体、军队等都面临着数字化转型的发展机遇与挑战。近些年来，数据已成成为主要的生产要素，数据驱动业务也逐渐成为各个单位的技术发展方向，而数据中心则肩负着数据的采集、计算、存储、转发等重要任务，是IT系统新基建中最关键的数字基础设施。尤其是在云计算技术发展成熟的大背景下，云数据中心已经是数字基础设施建设的必然选择。诚然，直接使用公有云是一种成本最低的选择，然而很多企业、政府单位、军队等由于业务的特殊性，都存在着很多敏感数据不能直接存储在公有云的环境中，而自建私有云数据中心则成为这些单位基础设施建设升级的唯一选择。
私有云数据中心是在数据中心物理设备的基础上采用云计算架构将物力资源进行统一管理和调度，实现物理资源的合理利用和利用率的最大化。其由两部分构成：模块化数据中心基础环境和云操作系统。
图：
1、模块化数据中心的系统构成
模块化数据中心，也称为微模块数据中心、一体化数据中心，是一种将数据中心各组成部分进行功能划分和按照统一标准设计，可以随着需求、负载的增加而不断进行扩展的数据中心建设模式，能够更好的应对云计算、虚拟化、集中化、高密化等服务器的变化，提高数据中心的运营效率，降低能耗，实现快速扩容且互不影响。
模块化数据中心主要由机柜、密闭通道、供配电系统、制冷系统、智能监控系统、综合布线和消防系统组成。模块化数据中心在相同功率的情况下可以拥有更高的机柜密度，且对机房环境要求较低，模块之间基于统一标准实现快速部署，整体建设实施周期短、见效快，模块（包括服务器机柜、网络机柜、综合布线柜）可以随着需求的增加进行线性扩容而无需像传统机房一样需要一次性投入，总体运营成本下降10%～30%。
2、模块化数据中心的优势：
（1）快速部署，实施周期短
模块化数据中心可根据设计目标以合理的方式配置系统结构，客户只需要根据自身需求选择响应的模块即可完成相应功能设计，设计完成后各组成模块可以在工厂预制生产，现场只需要进行安装和调试，大大缩短了数据中心建设周期，相比传统数据中心建设实施的周期可以缩短一半。
（2）分期建设，灵活扩展
采用标准的微模块架构，数据中心规模可以逐步增加，一个模块化数据中心最小支持可以只有一个模块化机柜，最大支持扩展到几十个机柜，并且可以根据需求的变化分期建设而无需一次性建设投入。对机房层高、机房装修具有较低的要求。
（3）标准化和高可靠性
模块化数据中心采用标准化程度极高的智能模块设计，冷通道系统、制冷系统、供配电系统等集成一体化，且具有自监控和自管理能力，从而使得整个系统具有很高的稳定性。在电力备援方案上可以根据需求提供N、N+1、2N等配置方案，满足TIA-942最高Tier4水平。
（4）低能耗和高效率
智能的管理系统能够有效的节能降耗，实现数据机房多层级、精细化能耗管理，通过多种报表精确定位能源额外损耗点。配合IoT智能监控管理平台能够实时监控数据中心的整体运行情况和运行效率，实现对数字资产的全生命周期闭环管理，真正实现一个平台掌控全局。
3、灵活的数据中心设计方案
（1）小型模块化数据中心
可以采用单排模块化或者双排模块化设计，包括1个电源柜、1个电池柜、1-2个空调柜以及2-6个IT机柜。UPS容量一般不超过20KW，空调容量一般不超过20KW，单机柜功率一般不超过3KW，能够满足一般单位组建小型数据中心使用。封闭式冷风通道设计带来高效的节能效果，在温度恒定的情况下有效降低空调制冷量。
（2）中大型数据中心
采用双排模块化设计，封闭式冷通道配合端门使整个数据中心成为一个密封的整体，保证安全的同时也保证人员与设备的正常进出。以一个20个IT机柜为例，整个数据中心构成包括2个电源柜，4个电池柜，4个空调柜以及20个IT机柜，单个IT机柜的功率大于5KW，总功率负载大于100KW，可以满足一般单位较大规模的数据中心使用。由于模块化设计对机房空间及装修的要求较低，可以通过多个数据中心模块的方式组建成更大规模的模块化数据中心。
如下图：
（3）联排智能机柜实现与传统机房的兼容
由于很多单位已经建有机房并且在运行使用中，因此不能将整个机房按照模块化数据中心的模式完全重建，此时可以利用已有的供配电系统、消防系统、UPS系统、空调系统等机房子系统，只在部分区域（10平米左右空间）通过扩展联排智能机柜系统实现部分模块化数据中心的功能建设。
模块化数据中心能够继承高分辨率的液晶显示屏，且集成了数据采集、协议解析、数据存储、数据展示、告警管理、数据查询、曲线报表等丰富的管理功能，能够对以下范围内的设备进行监控管理：
■ 动力设备：不间断电源（UPS）、配电柜、电量仪、电池巡检仪等。
■ 制冷设备：精密空调、普通空调等。
■ 环境设备：温湿度、压差传感器、漏水传感器等。
■ 安防/消防设备：门禁控制器、视频刻录机、摄像头、温感传感器、烟感传感器等。
5、XX模块化数据中心设计效果
模块化数据中心是以“硬件+软件”构建了私有云数据中心的底层基础，XX云操作系统是位于底层基础之上的上层建筑，负责统筹管理与协调所有底层基础资源进行协同一致的工作。因此，其必须满足以下要求：
1、基础架构平台统一
能够构建通用型、高兼容性的架构平台，采用统一的标准实现基础资源按需调度、业务分布式部署、数据线性存储，实现企业信息化建设的的可持续性发展。
2、资源整合逐步扩容
私有云数据中心的建设不是完全的推倒重来，必须能够兼顾老旧资源的整合利用，拒绝简单的推倒重建模式；后期根据平台流量以及使用效果，要能够支持基础资源的线性扩容。
3、完善的运维管理体系
云操作系统作为业务的支撑层，本身必须具备完善的智能化运维管理体系，包括集群高可用、业务负载均衡、资源监控告警等自动化策略，将业务需求响应从小时缩短到分钟甚至秒级。
（一）XX云操作系统的特点
1、云资源池
■ 整个数据中心一个资源池，全局管理、应用按需调用
■ 资源池支持线性扩充，架构可持续
2、双引擎
■ 同时运行虚拟机引擎及容器引擎，满足Iaas、PaaS多场景业务需求
■ 资源配置根据业务需求可界面化调整，更加灵活精细
3、高速自治网络
■ 网络架构无缝对接，简单高效
■ 跨区域路由转发，流量容灾和业务容灾双向策略支持
4、业务高可用
■ 负载均衡、业务迁移、微服务架构，运维由故障解决向故障预防快速转变
■ 分布式存储架构,数据安全可靠
5、智能运维管理
■ 全自动化运维策略，快速响应
■ 全局资源实时把控
■ 完善监控报警策略，集群无人值守运行
（二）XX云操作系统的应用层级
云操作系统可以分为三个体系：硬件资源体系、容器云支撑平台体系、业务集群体系。结合微服务架构、智能运维、集群安全等，构成功能相对完善的数据中心云平台。
1、基础资源层：主要包括计算、存储、网络等业务运行基础资源。平台不绑定硬件架构和品牌，兼容X86、ARM、MIPS等主流架构，可异构搭建并进行统一资源管理；同时已适配信创体系硬件、操作系统及中件间，如龙芯+中标麒麟，飞腾+银河麒麟等。
2、云平台层：处于基础硬件层之上，负责管理所有基础硬件资源；业务集群之下，负责为业务提供运行所需的资源，并监控硬件和业务的运行状态。
3、业务集群层：应用业务作为数据中心核心，平台不仅提供完全符合业务架构的资源组，实现业务无缝上云；同时也提供包括业务负载均衡、热迁移等多种平台自动策略，实现业务的稳定运行。
（三）云操作系统的网络架构
XX云操作系统是采用全球最先进的虚拟化引擎技术－容器，融合谷歌倡导的分布式集群管理平台建设模式，推出的全新的容器云平台。其架构特点是：
1、资源统一调度：智能调度平台作为人机交互接口，对底层资源进行整合共建、统一调度；
2、先进虚拟引擎：采用容器作为虚拟引擎，对上层业务，提供统一接口，按需求的颗粒度进行配置和调度，可以按需满足大小各异的业务需求的伸缩性和对资源需求的可持续性。
3、支持线性扩展：允许不同品牌的服务器融合在一个集群资源池中，采用接入即用策略，通过设备利旧有效的保护了原有投资。
4、资源动态监控：让管理员实时了解集群资源池的实际情况，还能够按照不同的资源配置阀值主动对管理员提醒和预警。
（四）单个数据中心的业务负载与弹性伸缩管理
业务负载均衡和弹性伸缩是云平台实现业务高可用提供的智能化运维策略。结合微服务架构，平台将大的业务系统切分成不同的业务模块，并根据每个业务模块运行状态和流量压力，既可以使用多个实例分担一个业务模块的业务压力，又可以防止单个服务器或者容器实例出现故障而导致服务中断的情况的发生。
（五）异地多活数据中心管理
异地多活数据中心提供多中心集群管理，包括：
1、多中心资源集中监视、统一管理等功能；
2、跨中心资源管理调度引擎、跨中心服务迁移、多中心多活互备、异地容灾、异地恢复等功能；
3、多中心安全防护框架，包括多中心各自安全服务的集中管理，同时搭建多中心之间安全防护的基础框架，对多中心提供网络、数据、服务、权限等多层次安全防护。
