優(yōu)化電源、制冷與管理可應(yīng)對(duì)

毫無疑問，IT虛擬化，即對(duì)物理服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)資源的虛擬化，已經(jīng)極大地增加了運(yùn)算能力的利用和規(guī)模?？梢哉f，虛擬化已經(jīng)成為驅(qū)動(dòng)云計(jì)算的強(qiáng)大技術(shù)引擎。然而，由虛擬化導(dǎo)致的更高的功率密度會(huì)使任何現(xiàn)有設(shè)施的制冷能力面臨前所未有的挑戰(zhàn)。本文將涉及到四種IT虛擬化的影響和特性，描述虛擬化對(duì)數(shù)據(jù)中心物理基礎(chǔ)設(shè)施的影響，并提供應(yīng)對(duì)這些影響的可行的解決方案。

高密度的產(chǎn)生

虛擬化可以降低機(jī)房?jī)?nèi)的整體功耗，與此同時(shí)，虛擬化的服務(wù)器也按組部署和分類，這種方式會(huì)在機(jī)房?jī)?nèi)形成高密度區(qū)域，并可能導(dǎo)致“熱區(qū)”的產(chǎn)生。由于物理服務(wù)器可以按10：1或者20：1，甚至更高的比例整合，制冷所面臨的挑戰(zhàn)會(huì)突然加劇。隨著物理主機(jī)承載越來越多的虛擬主機(jī)，其CPU(中央處理器)的使用率也會(huì)增加。盡管兩者之間并不是呈線性關(guān)系，但是物理主機(jī)的功率隨著CPU的利用率的升高而升高。此外，虛擬機(jī)將經(jīng)常提高對(duì)處理器和內(nèi)存的需求，相對(duì)于未虛擬化的服務(wù)器，這也會(huì)進(jìn)一步提高功耗。

較高的機(jī)柜功率密度需要數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)者檢查現(xiàn)有的制冷基礎(chǔ)設(shè)施，從而得出制冷基礎(chǔ)設(shè)施是否能夠?yàn)樨?fù)載提供足夠的冷量。

最簡(jiǎn)單常見的冷卻高密度機(jī)柜的方法是將高密度設(shè)備分散地部署在整個(gè)數(shù)據(jù)中心，而不是將它們放在一個(gè)地點(diǎn)。按這種方法分散負(fù)載，沒有任何機(jī)柜的功率會(huì)超過其設(shè)計(jì)額定功率，而且制冷的效果也會(huì)變得更加易于預(yù)測(cè)。這種策略不需要額外的供電和制冷基礎(chǔ)設(shè)施，但其缺陷在于，浪費(fèi)了更多的占地空間，需要更高的布線成本，用電效率較低，以及機(jī)柜內(nèi)空間的閑置浪費(fèi)等。

一種更高效的方法是隔離高密度的設(shè)備與低密度的設(shè)備，將其封閉在一個(gè)單獨(dú)的區(qū)域。這種高密區(qū)包括將高密度的系統(tǒng)整合至一臺(tái)機(jī)柜或者成行機(jī)柜。專屬的制冷(包括機(jī)柜級(jí)和行級(jí)空調(diào))配合氣流遏制系統(tǒng)(包括冷、熱通道氣流遏制)都可以被用于隔離高密區(qū)，這樣就能確保高密度機(jī)柜(行)能夠在任何時(shí)候得到其所需的穩(wěn)定的制冷。這種方法更高效地利用了空間，也具有更高的制冷效率。

IT負(fù)載降低對(duì)PUE的影響

作為能效參數(shù)，PUE并不是用來反映由能耗大幅降低帶來的環(huán)境上的益處，它被定義為測(cè)量數(shù)據(jù)中心物理基礎(chǔ)設(shè)施效率(例如供電和制冷)，而不是IT運(yùn)算的能效。PUE不應(yīng)該被用于或被認(rèn)為是衡量某一數(shù)據(jù)中心環(huán)?；蛘哒f低能耗的指示。它的目的是顯示供電和制冷系統(tǒng)被用于支持IT負(fù)載的效率。

虛擬化的一個(gè)受到廣泛追捧益處就是進(jìn)行服務(wù)器整合之后可以降低能源成本。虛擬化后能源成本的節(jié)約有時(shí)可高達(dá)70%以上，所以虛擬化被視為數(shù)據(jù)中心的“綠色”科技，并被廣泛推廣。

然而，在這種綠色節(jié)能的背景下，應(yīng)用最廣泛的數(shù)據(jù)中心能效參數(shù)，PUE，卻會(huì)在服務(wù)器整合之后變差。也許有些人會(huì)認(rèn)為這是PUE這個(gè)參數(shù)的一個(gè)不足之處。其實(shí)，作為能效參數(shù)，PUE不應(yīng)該被用于衡量某一數(shù)據(jù)中心環(huán)保或者說低能耗的指標(biāo)。它的目的是顯示供電和制冷系統(tǒng)被用于支持IT負(fù)載的效率。

如果不改變供電和制冷基礎(chǔ)設(shè)施，使之保持與虛擬化之前一樣，那么PUE將會(huì)在服務(wù)器和存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)行物理整合之后變差。供電和制冷容量中固有的損耗稱之為“固定損耗”。這部分供電和制冷損耗不會(huì)因?yàn)樨?fù)載的不同而不同。供電和制冷的容量越大，那么存在的固定損耗就越多。隨著IT負(fù)載規(guī)?？s小(例如整合)，固定損耗在數(shù)據(jù)中心能源使用中所占的比重就越高，這就導(dǎo)致PUE變差。這同時(shí)也意味在較高IT負(fù)載率下的PUE要好于在較低IT負(fù)載率下的PUE。

為了改善虛擬化之后的PUE，數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)設(shè)施效率曲線必須通過優(yōu)化供電和制冷系統(tǒng)，減少容量過大造成的浪費(fèi)，以及與新的、更低的負(fù)載相匹配等措施得到改善。除了效率上的改善之外，通過減少不再使用的供電和制冷容量?jī)?yōu)化供電和制冷系統(tǒng)，還會(huì)對(duì)電費(fèi)方面的支出有直接的影響。

標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化可賦予數(shù)據(jù)中心極高的可擴(kuò)展性。通過設(shè)計(jì)供電和制冷系統(tǒng)，并使之具有標(biāo)準(zhǔn)化，預(yù)組裝測(cè)試，以及模塊化的特性，數(shù)據(jù)中心容量的添加或移除將變得更加易操作，且風(fēng)險(xiǎn)很小。

動(dòng)態(tài)的IT負(fù)載

虛擬機(jī)的創(chuàng)建和遷移都可能在很短時(shí)間內(nèi)完成，而且越來越趨于自動(dòng)化。這需要嚴(yán)格的管理以及行之有效的措施對(duì)機(jī)柜級(jí)的基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)和容量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

物理主機(jī)上的電力負(fù)載會(huì)因虛擬負(fù)載在不同的時(shí)間、不同的主機(jī)之間創(chuàng)建和遷移，并不斷變化。為供電設(shè)定額定值的規(guī)定可以減少這種變化。這樣主機(jī)或虛擬機(jī)的最大功耗就可以受到約束從而對(duì)處理器進(jìn)行約束。在任何額定值，由于數(shù)據(jù)中心物理基礎(chǔ)設(shè)施通常按最高IT設(shè)備的額定值進(jìn)行規(guī)劃選型，在虛擬化比例較低的時(shí)候，這種變化不會(huì)引起物理基礎(chǔ)設(shè)施容量的問題。

高度虛擬化的環(huán)境例如大型的云計(jì)算數(shù)據(jù)中心，與非虛擬化數(shù)據(jù)中心相比其負(fù)載變化幅度會(huì)更大，頻率會(huì)更高。除非具有優(yōu)良的規(guī)劃和高效的管理，這些巨大變化會(huì)引起潛在的容量問題，或者違反與容量余量相關(guān)的規(guī)范。

目前，越來越多的數(shù)據(jù)中心管理軟件已經(jīng)具備自動(dòng)地創(chuàng)建和移動(dòng)虛擬機(jī)的功能，可以幫助虛擬化數(shù)據(jù)中心更具容錯(cuò)性。如果虛擬機(jī)或者主機(jī)崩潰導(dǎo)致軟件應(yīng)用的故障，其它的虛擬機(jī)能夠很快地恢復(fù)工作負(fù)載，最小化用戶的宕機(jī)時(shí)間，最大限度的提高運(yùn)算能力的可擴(kuò)展性。

降低對(duì)冗余的要求

IT虛擬化同樣可以降低物理基礎(chǔ)設(shè)施的冗余度。通過使用管理得當(dāng)?shù)奶摂M機(jī)來提供容錯(cuò)性，這樣基礎(chǔ)設(shè)施冗余的降低可以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，降低投資成本，并且為將來IT增長(zhǎng)時(shí)部署其它設(shè)備節(jié)約空間。

高度虛擬化的環(huán)境在容錯(cuò)能力和恢復(fù)能力方面與RAID磁盤陣列相似。如果一旦出現(xiàn)問題，負(fù)載包括所有的虛擬機(jī)和虛擬存儲(chǔ)設(shè)備都能自動(dòng)地并且快速地通過網(wǎng)絡(luò)遷移到安全的區(qū)域。這種通過轉(zhuǎn)移資源來維持不間斷服務(wù)的過程對(duì)用戶來說必須是可見的。但是，根據(jù)IT實(shí)施的質(zhì)量和虛擬機(jī)管理軟件集成的深度，當(dāng)遷移發(fā)生時(shí)，終端客戶可能會(huì)經(jīng)歷短暫的不可見期。但是通常來說，在幾臺(tái)服務(wù)器或者幾臺(tái)機(jī)柜不可用的時(shí)候，服務(wù)等級(jí)仍然能夠有效地達(dá)成。

具有這種容錯(cuò)性以后，在高虛擬化的數(shù)據(jù)中心環(huán)境中對(duì)高冗余性(27或2(N+1)的供電和制冷系統(tǒng)的需求會(huì)有所降低。假設(shè)某臺(tái)UPS的故障不會(huì)導(dǎo)致業(yè)務(wù)中斷，那么就不需要為其配置備用的冗余UPS系統(tǒng)。原先規(guī)劃建設(shè)2N冗余的供電和制冷系統(tǒng)，也許現(xiàn)在就可以考慮建設(shè)兩個(gè)N+1的數(shù)據(jù)中心取而代之。建設(shè)兩個(gè)500kW的N+1供電和制冷冗余的數(shù)據(jù)中心所需的投資比建設(shè)一個(gè)1MW的2N供電和制冷冗余的數(shù)據(jù)中心的成本低35%。高度虛擬化環(huán)境下的容錯(cuò)能力使降低物理基礎(chǔ)設(shè)施的冗余度成為了一種切實(shí)的選擇。在作出這種決定之前，IT管理人員和設(shè)施管理人員應(yīng)當(dāng)全面的考慮如果物理基礎(chǔ)設(shè)施故障或者不可用，其對(duì)業(yè)務(wù)連續(xù)性所可能產(chǎn)生的影響。這就意味著應(yīng)該重新考慮和審視IT管理系統(tǒng)和制度以確保它們?cè)诮档臀锢砘A(chǔ)設(shè)施冗余的情況下，有能力提供所需的服務(wù)等級(jí)和容錯(cuò)能力。物理基礎(chǔ)設(shè)施的冗余性與虛擬IT環(huán)境的容錯(cuò)性相匹配，也是正確規(guī)劃選型的一種方式。這種方式的正確規(guī)劃選型能夠進(jìn)一步減少能耗，投資成本和固定損耗，從而改善數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施效率PUE。

數(shù)據(jù)中心IT資源虛擬化會(huì)對(duì)相關(guān)的物理基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)生影響。如果無視這些影響和可能產(chǎn)生的后果，虛擬化和云計(jì)算帶來的巨大收益就會(huì)受到限制和削弱。實(shí)施本文中所描述的解決方案能夠?yàn)楦叨忍摂M化的數(shù)據(jù)中心帶來高度的可用性，能效和擴(kuò)展的靈活性，進(jìn)而滿足高度動(dòng)態(tài)運(yùn)算的電力需求。

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