优化电源、制冷与管理可应对

毫无疑问，IT虚拟化，即对物理服务器、网络和存储资源的虚拟化，已经极大地增加了运算能力的利用和规模。可以说，虚拟化已经成为驱动云计算的强大技术引擎。然而，由虚拟化导致的更高的功率密度会使任何现有设施的制冷能力面临前所未有的挑战。本文将涉及到四种IT虚拟化的影响和特性，描述虚拟化对数据中心物理基础设施的影响，并提供应对这些影响的可行的解决方案。

高密度的产生

虚拟化可以降低机房内的整体功耗，与此同时，虚拟化的服务器也按组部署和分类，这种方式会在机房内形成高密度区域，并可能导致“热区”的产生。由于物理服务器可以按10：1或者20：1，甚至更高的比例整合，制冷所面临的挑战会突然加剧。随着物理主机承载越来越多的虚拟主机，其CPU(中央处理器)的使用率也会增加。尽管两者之间并不是呈线性关系，但是物理主机的功率随着CPU的利用率的升高而升高。此外，虚拟机将经常提高对处理器和内存的需求，相对于未虚拟化的服务器，这也会进一步提高功耗。

较高的机柜功率密度需要数据中心运营者检查现有的制冷基础设施，从而得出制冷基础设施是否能够为负载提供足够的冷量。

最简单常见的冷却高密度机柜的方法是将高密度设备分散地部署在整个数据中心，而不是将它们放在一个地点。按这种方法分散负载，没有任何机柜的功率会超过其设计额定功率，而且制冷的效果也会变得更加易于预测。这种策略不需要额外的供电和制冷基础设施，但其缺陷在于，浪费了更多的占地空间，需要更高的布线成本，用电效率较低，以及机柜内空间的闲置浪费等。

一种更高效的方法是隔离高密度的设备与低密度的设备，将其封闭在一个单独的区域。这种高密区包括将高密度的系统整合至一台机柜或者成行机柜。专属的制冷(包括机柜级和行级空调)配合气流遏制系统(包括冷、热通道气流遏制)都可以被用于隔离高密区，这样就能确保高密度机柜(行)能够在任何时候得到其所需的稳定的制冷。这种方法更高效地利用了空间，也具有更高的制冷效率。

IT负载降低对PUE的影响

作为能效参数，PUE并不是用来反映由能耗大幅降低带来的环境上的益处，它被定义为测量数据中心物理基础设施效率(例如供电和制冷)，而不是IT运算的能效。PUE不应该被用于或被认为是衡量某一数据中心环保或者说低能耗的指示。它的目的是显示供电和制冷系统被用于支持IT负载的效率。

虚拟化的一个受到广泛追捧益处就是进行服务器整合之后可以降低能源成本。虚拟化后能源成本的节约有时可高达70%以上，所以虚拟化被视为数据中心的“绿色”科技，并被广泛推广。

然而，在这种绿色节能的背景下，应用最广泛的数据中心能效参数，PUE，却会在服务器整合之后变差。也许有些人会认为这是PUE这个参数的一个不足之处。其实，作为能效参数，PUE不应该被用于衡量某一数据中心环保或者说低能耗的指标。它的目的是显示供电和制冷系统被用于支持IT负载的效率。

如果不改变供电和制冷基础设施，使之保持与虚拟化之前一样，那么PUE将会在服务器和存储设备进行物理整合之后变差。供电和制冷容量中固有的损耗称之为“固定损耗”。这部分供电和制冷损耗不会因为负载的不同而不同。供电和制冷的容量越大，那么存在的固定损耗就越多。随着IT负载规模缩小(例如整合)，固定损耗在数据中心能源使用中所占的比重就越高，这就导致PUE变差。这同时也意味在较高IT负载率下的PUE要好于在较低IT负载率下的PUE。

为了改善虚拟化之后的PUE，数据中心的基础设施效率曲线必须通过优化供电和制冷系统，减少容量过大造成的浪费，以及与新的、更低的负载相匹配等措施得到改善。除了效率上的改善之外，通过减少不再使用的供电和制冷容量优化供电和制冷系统，还会对电费方面的支出有直接的影响。

标准化和模块化可赋予数据中心极高的可扩展性。通过设计供电和制冷系统，并使之具有标准化，预组装测试，以及模块化的特性，数据中心容量的添加或移除将变得更加易操作，且风险很小。

动态的IT负载

虚拟机的创建和迁移都可能在很短时间内完成，而且越来越趋于自动化。这需要严格的管理以及行之有效的措施对机柜级的基础设施状态和容量进行监测。

物理主机上的电力负载会因虚拟负载在不同的时间、不同的主机之间创建和迁移，并不断变化。为供电设定额定值的规定可以减少这种变化。这样主机或虚拟机的最大功耗就可以受到约束从而对处理器进行约束。在任何额定值，由于数据中心物理基础设施通常按最高IT设备的额定值进行规划选型，在虚拟化比例较低的时候，这种变化不会引起物理基础设施容量的问题。

高度虚拟化的环境例如大型的云计算数据中心，与非虚拟化数据中心相比其负载变化幅度会更大，频率会更高。除非具有优良的规划和高效的管理，这些巨大变化会引起潜在的容量问题，或者违反与容量余量相关的规范。

目前，越来越多的数据中心管理软件已经具备自动地创建和移动虚拟机的功能，可以帮助虚拟化数据中心更具容错性。如果虚拟机或者主机崩溃导致软件应用的故障，其它的虚拟机能够很快地恢复工作负载，最小化用户的宕机时间，最大限度的提高运算能力的可扩展性。

降低对冗余的要求

IT虚拟化同样可以降低物理基础设施的冗余度。通过使用管理得当的虚拟机来提供容错性，这样基础设施冗余的降低可以简化设计，降低投资成本，并且为将来IT增长时部署其它设备节约空间。

高度虚拟化的环境在容错能力和恢复能力方面与RAID磁盘阵列相似。如果一旦出现问题，负载包括所有的虚拟机和虚拟存储设备都能自动地并且快速地通过网络迁移到安全的区域。这种通过转移资源来维持不间断服务的过程对用户来说必须是可见的。但是，根据IT实施的质量和虚拟机管理软件集成的深度，当迁移发生时，终端客户可能会经历短暂的不可见期。但是通常来说，在几台服务器或者几台机柜不可用的时候，服务等级仍然能够有效地达成。

具有这种容错性以后，在高虚拟化的数据中心环境中对高冗余性(27或2(N+1)的供电和制冷系统的需求会有所降低。假设某台UPS的故障不会导致业务中断，那么就不需要为其配置备用的冗余UPS系统。原先规划建设2N冗余的供电和制冷系统，也许现在就可以考虑建设两个N+1的数据中心取而代之。建设两个500kW的N+1供电和制冷冗余的数据中心所需的投资比建设一个1MW的2N供电和制冷冗余的数据中心的成本低35%。高度虚拟化环境下的容错能力使降低物理基础设施的冗余度成为了一种切实的选择。在作出这种决定之前，IT管理人员和设施管理人员应当全面的考虑如果物理基础设施故障或者不可用，其对业务连续性所可能产生的影响。这就意味着应该重新考虑和审视IT管理系统和制度以确保它们在降低物理基础设施冗余的情况下，有能力提供所需的服务等级和容错能力。物理基础设施的冗余性与虚拟IT环境的容错性相匹配，也是正确规划选型的一种方式。这种方式的正确规划选型能够进一步减少能耗，投资成本和固定损耗，从而改善数据中心基础设施效率PUE。

数据中心IT资源虚拟化会对相关的物理基础设施产生影响。如果无视这些影响和可能产生的后果，虚拟化和云计算带来的巨大收益就会受到限制和削弱。实施本文中所描述的解决方案能够为高度虚拟化的数据中心带来高度的可用性，能效和扩展的灵活性，进而满足高度动态运算的电力需求。

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