淺析服務(wù)器虛擬化與節(jié)能

張勝武

上海電力股份有限公司吳涇熱電廠

1 虛擬化技術(shù)提出

建立一個(gè)綠色機(jī)房中心，我們已有很多傳統(tǒng)的節(jié)能解決辦法。例如，空氣冷卻方案因地制宜、在非高峰時(shí)段關(guān)閉服務(wù)器運(yùn)轉(zhuǎn)和提高電壓降低能耗等多種技術(shù)手段，然而，在這些節(jié)能手段都做到的同時(shí)，如何才能進(jìn)一步做到綠色節(jié)能，這就需要著眼于信息中心機(jī)房架構(gòu)、整合和虛擬化。

近年來(lái)，隨著VMware、Citrix等國(guó)際知名虛擬化軟件廠商大力開拓中國(guó)市場(chǎng)，虛擬化及云計(jì)算的概念越來(lái)越熱，虛擬化軟件市場(chǎng)大幅升溫，也給提高服務(wù)器使用率、減少服務(wù)器數(shù)量提供了契機(jī)。

維護(hù)一臺(tái)傳統(tǒng)服務(wù)器將消耗很多的工作時(shí)間，導(dǎo)致很多直接或者間接的成本。當(dāng)然，一個(gè)企業(yè)不會(huì)只有一臺(tái)服務(wù)器，而服務(wù)器越多，在維護(hù)成本提升的同時(shí)，所面臨的服務(wù)器失效風(fēng)險(xiǎn)也越大。很多企業(yè)會(huì)用多臺(tái)服務(wù)器來(lái)運(yùn)行一個(gè)應(yīng)用，但如果這個(gè)應(yīng)用每天只運(yùn)行一次甚至一周才運(yùn)行一次，這些利用不足的服務(wù)器就造成了不小的資源和成本浪費(fèi)。

2 虛擬化技術(shù)優(yōu)勢(shì)

虛擬化技術(shù)具有資源共享、負(fù)載動(dòng)態(tài)優(yōu)化、自動(dòng)化管理、安全性、節(jié)省資金、綠色環(huán)保和解決平臺(tái)依賴問(wèn)題的優(yōu)勢(shì)：

（1）資源共享。通過(guò)利用虛擬化的技術(shù)，可以將企業(yè)的一些硬件資源包括服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)都整合起來(lái)，可以高效地利用這些資源，提高其利用率，減少資源的浪費(fèi)。

（2）利用虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)負(fù)載的動(dòng)態(tài)優(yōu)化。隨著應(yīng)用系統(tǒng)的工作負(fù)載動(dòng)態(tài)變化來(lái)調(diào)整資源的供給，有了虛擬化就能方便成為現(xiàn)實(shí)；從整個(gè)企業(yè)的數(shù)據(jù)中心資源利用率方面考慮，通過(guò)使用一些動(dòng)態(tài)優(yōu)化的算法就能夠?qū)⑦@些虛擬化的服務(wù)器在不同的資源、機(jī)器里面進(jìn)行調(diào)配，減少物理機(jī)器的數(shù)量。

（3）虛擬化技術(shù)可以為我們帶來(lái)統(tǒng)一管理的好處。該技術(shù)可以面對(duì)極其豐富多樣的基礎(chǔ)設(shè)施，中間件和操作系統(tǒng)等。

虛擬化技術(shù)讓一臺(tái)物理服務(wù)器可以運(yùn)行多個(gè)虛擬主機(jī)，讓單獨(dú)服務(wù)器的計(jì)算資源可以被多個(gè)環(huán)境共享，通過(guò)調(diào)整服務(wù)器的負(fù)載，可以讓計(jì)算資源得到充分利用。維護(hù)數(shù)量龐大的服務(wù)器群的運(yùn)維管理成本也因?yàn)檎戏?wù)器提高管理效率而得以降低。由于減少了服務(wù)器，通過(guò)控制臺(tái)集中管理，簡(jiǎn)化了管理任務(wù)，使管理工作變得輕松易行。

從圖2中可以看出，當(dāng)沙門氏菌純培養(yǎng)物濃度為5.6×107CFU/g～5.6×104CFU/g時(shí)，熒光曲線出現(xiàn)明顯的擴(kuò)增峰，儀器自動(dòng)判定為陽(yáng)性；當(dāng)培養(yǎng)物濃度為5.6×103CFU/g時(shí)，熒光曲線平緩，未出現(xiàn)擴(kuò)增峰，判定為陰性。因此，研究所建立RF-LAMP檢測(cè)人工污染肉制品的檢出限為5.6×104CFU/g。

3 實(shí)施虛擬化前后的對(duì)比

公司信息中心機(jī)房，原有服務(wù)器50臺(tái)，分別用于各種應(yīng)用平臺(tái)與數(shù)據(jù)備份，在這些服務(wù)器中，有U式架構(gòu)、塔式架構(gòu)與臺(tái)式架構(gòu)。每臺(tái)服務(wù)器功耗約為500W，每年將消耗約219 000kWh電量。

服務(wù)器虛擬化后，將由6臺(tái)服務(wù)器取代之前的50臺(tái)服務(wù)器，消耗電能降為31 536kWh電量，與改造前的用電量相比有較大幅度的降低，年節(jié)約用電量約187 464kWh。

根據(jù)服務(wù)器機(jī)房布置要求，需要恒定在26℃室溫、30%左右濕度，因機(jī)房所有電子設(shè)備都會(huì)發(fā)熱，包括服務(wù)器、交換機(jī)、存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等IT設(shè)備，也包括電力供應(yīng)系統(tǒng)設(shè)備，如UPS等。本文僅討論服務(wù)器硬件本身產(chǎn)生的熱量。

SPOWER（服務(wù)器總功率）=25kW（虛擬化前）/3.6kW（虛擬化后）

E$（每度電單價(jià)）=1元（參考上海市商業(yè)電價(jià)）

λ（穩(wěn)定系數(shù)）=1-0.33=0.67（參考美國(guó)電力轉(zhuǎn)換公式經(jīng)驗(yàn)值）

L（冷卻負(fù)載參數(shù)）=0.8（參考惠普實(shí)驗(yàn)室經(jīng)驗(yàn)值）

ρ（氣流冗余常量-冷卻機(jī)房需要的冗余氣流）=25%（參考SEARCHDATACENTER.COM網(wǎng)站）

δ（潮濕非充分常量-冗余氣流來(lái)抵消潮濕引起的冷卻不充分）=80%（參考SEARCHDATACENTER.COM網(wǎng)站）

機(jī)房冷卻電費(fèi)支出：

虛擬化之前：

虛擬化之后：

由此可見，服務(wù)器機(jī)房在經(jīng)過(guò)虛擬化之后，每年節(jié)約了234 330元，服務(wù)器虛擬化之后減少的電費(fèi)187 464元，每年共計(jì)節(jié)約電費(fèi)成本約420 000元。

4 其他企業(yè)現(xiàn)狀

通常企業(yè)數(shù)據(jù)應(yīng)用復(fù)雜性較高，在硬件、軟件、散熱等方面的資金投入非常大。為了避免發(fā)生兼容性問(wèn)題，一臺(tái)服務(wù)器部署一個(gè)業(yè)務(wù)，所造成服務(wù)器數(shù)量增加但性能較低，運(yùn)行穩(wěn)定性差的狀況，應(yīng)用虛擬化技術(shù)，可極大地提高每一臺(tái)服務(wù)器的利用率，降低整體服務(wù)器基礎(chǔ)架構(gòu)的總成本。利用虛擬化最關(guān)鍵的好處是可以創(chuàng)建一個(gè)高利用率的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)，以及一個(gè)更強(qiáng)壯、更有彈性的備份和冗災(zāi)平臺(tái)。還可以降低管理和運(yùn)營(yíng)成本，降低二氧化碳排放量。

服務(wù)器虛擬化技術(shù)降低成本是非常明顯的，虛擬化技術(shù)會(huì)讓企業(yè)更加綠色，尤其是電力系統(tǒng)，運(yùn)行多臺(tái)服務(wù)器會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，并需要額外的能耗進(jìn)行冷卻。

由于物理服務(wù)器數(shù)量的減少，服務(wù)器能耗、制冷電器等的用電量也大大降低，還有利于創(chuàng)建更加綠色環(huán)保的環(huán)境，響應(yīng)國(guó)家提倡節(jié)能減排的號(hào)召。

5 進(jìn)一步利用服務(wù)器虛擬化技術(shù)

信息機(jī)房采用虛擬化技術(shù)之后，在節(jié)省電費(fèi)的同時(shí)，虛擬化還可以減輕服務(wù)器的系統(tǒng)負(fù)荷，當(dāng)出現(xiàn)電力不足或者意外中斷的情況時(shí)，虛擬化能夠幫助機(jī)房快速?gòu)姆?wù)器系統(tǒng)崩潰中恢復(fù)。此外因所配置的UPS供電系統(tǒng)容量得到充分利用，使造成過(guò)載的概率降低。

與新一代服務(wù)器硬件提供的虛擬化能力相比，大多數(shù)一臺(tái)物理服務(wù)器完全可以支持約15個(gè)虛擬機(jī)，增加每臺(tái)物理服務(wù)器上的虛擬機(jī)數(shù)量就可以提高物理服務(wù)器的利用率，在減少總體物理服務(wù)器的數(shù)量的同時(shí)節(jié)省了服務(wù)器的占地空間和處置未來(lái)電子垃圾的成本。

一個(gè)IT管理人員可以用來(lái)判定每個(gè)物理服務(wù)器最多可以支持多少虛擬機(jī)的重要指標(biāo)，就是該服務(wù)器的CPU利用率。一個(gè)沒有采用虛擬化技術(shù)的服務(wù)器計(jì)算能力的平均利用率為10%～15%，而虛擬化后服務(wù)器的平均利用率理論上可以達(dá)到100%。而CPU使用率、每個(gè)物理主機(jī)上的虛擬機(jī)數(shù)量和用電量之間有直接關(guān)系，值得注意的是，低利用率的服務(wù)器浪費(fèi)的能源也是驚人的。

6 展望服務(wù)器虛擬化的前景

通過(guò)以上分析得知，當(dāng)充分了解實(shí)現(xiàn)服務(wù)器虛擬化技術(shù)，或已經(jīng)意識(shí)到在部署更高端的服務(wù)器基礎(chǔ)設(shè)施之后，需要采購(gòu)更高效節(jié)能的服務(wù)器和架構(gòu)的可能是減少能源消耗唯一的選擇。單臺(tái)服務(wù)器的耗電量可能會(huì)有所增加，但由于減少了服務(wù)器總的數(shù)量，總的服務(wù)器能耗將降低。另外，假如企業(yè)不允許把所有的應(yīng)用都放到虛擬機(jī)上運(yùn)行，那么這些更高效的服務(wù)器環(huán)境也可能是唯一可行的選擇。

通過(guò)以上討論，對(duì)于信息中心機(jī)房來(lái)說(shuō)，我們需要以全局的眼光，來(lái)看待綠色節(jié)能戰(zhàn)略。可以把機(jī)房分成三大部分：應(yīng)用服務(wù)器、電源機(jī)架、以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備。當(dāng)我們把虛擬化整合手段真正應(yīng)用到以上三大部分時(shí)，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，綠色的空間還很大，僅僅有服務(wù)器虛擬化還不夠。針對(duì)應(yīng)用服務(wù)器的綠色節(jié)能，當(dāng)前主要分成兩個(gè)部分：一是通過(guò)技術(shù)手段減少服務(wù)器的發(fā)熱量，二是提高單臺(tái)服務(wù)器的應(yīng)用效率，減少服務(wù)器數(shù)量。

7 服務(wù)器虛擬化所帶來(lái)的弊端

當(dāng)然，服務(wù)器虛擬化，也有其一定弊端，比如一臺(tái)服務(wù)器上部署了多個(gè)虛擬服務(wù)器時(shí)，一定要有萬(wàn)一發(fā)生故障的心理準(zhǔn)備，否則，一旦發(fā)生故障而不能及時(shí)修復(fù)，將給企業(yè)帶來(lái)致命沖擊。因此，建議使用另一臺(tái)物理服務(wù)器做鏡像備份及冗余設(shè)置，一旦發(fā)生故障，備用的服務(wù)器便能立刻上線，有效避免了企業(yè)不必要的損失。

更合理的做法是為每一臺(tái)虛擬機(jī)映射一個(gè)獨(dú)立的物理磁盤分區(qū)，以便將其從邏輯上隔離，起到互不干擾的效果。尤其針對(duì)大型服務(wù)器集群。當(dāng)某一塊物理硬件出現(xiàn)故障，其對(duì)應(yīng)的應(yīng)用能及時(shí)從這臺(tái)機(jī)器上動(dòng)態(tài)遷移到別的機(jī)器上，保證了應(yīng)用服務(wù)不會(huì)異常中斷，提供了高可靠性，減少損失。

由于減少了物理服務(wù)器總量，虛擬機(jī)的數(shù)據(jù)安全保護(hù)尤為重要，每臺(tái)虛擬服務(wù)器，都必須實(shí)施相應(yīng)的備份策略，對(duì)配置文件、虛擬機(jī)文件及其中的重要數(shù)據(jù)都應(yīng)該進(jìn)行備份。需要做完善的備份計(jì)劃，包括完整備份、增量備份或差量備份方式。此外，將數(shù)據(jù)和備份數(shù)據(jù)保存至其他物理服務(wù)器是行之有效的安全保護(hù)方法，但是這也增加了成本和管理復(fù)雜度。

8 結(jié)束語(yǔ)

綜上分析，服務(wù)器虛擬化目前遇到的利與弊，既是一個(gè)挑戰(zhàn)，也是一個(gè)很好的機(jī)遇，抓住了這個(gè)機(jī)遇，就會(huì)創(chuàng)造更高的價(jià)值，綠色機(jī)房，任重而道遠(yuǎn)。