如何消除虚拟化对数据中心的弊端

不久以前，一些软件工程师发现，运行一个应用程序的服务器是浪费的，因为这台服务器耗费了大量的资源却仅仅使用了一小部分的处理能力。目前，IT部门利用服务器虚拟化好处的理由之一就是减少数据中心的耗电量。遗憾的是，他们不知道促使他们采用虚拟化的同样的理由也影响到了他们数据中心的效率。为什么做服务器虚拟化这样的好事会对数据中心的效率产生负面影响呢？本文将帮助你理解这个潘多拉的盒子，并且提出一些避免这些问题的建议。

　　一台服务器有电源、内存、硬盘、风扇、板卡、处理器和其它消耗电源的组件。这些组件产生某种形式的有价值的计算能力。在服务器接通电源之后，所有这些组件立即要消耗电源，即使在没有任何计算任务的时候也是如此。这就是已知的固定损耗。服务器的固定损耗一般占服务器最大耗电量的33%至50%.随着处理器利用率的增加，电源的消耗也增加，但是，固定的损耗没有变化。遗憾的是没有采用虚拟化的服务器一般运行一个应用程序，处理器的平均利用率大约是5%至10%.这就意味着这台服务器的每千瓦小时的成本要远远高于运行10个应用程序/操作系统（也就是虚拟机）的主机服务器。

　　这种情况与数据中心发生的情况非常相似。一个数据中心在开始运行的第一天就是一个超过当前使用规模的以便应付未来的最大IT负荷。在那个最大负荷到达之前，这个数据中心运行较轻的IT负荷，不间断电源、变压器、冷冻器、风扇和空调都要消耗固定的电量。要记住的重要事情是这些固定的数据中心损耗占整个电费账单的很大一部分。IT管理员认识到，通过在一台主机上放置更多的虚拟机能够更有效率地运行服务器（也就是利用率更高）。要这样做，他们实际上是把更高的计算工作量增加到处理器上来提高服务器的效率。这是最有效地利用IT资源的极好的解决方案。但是，IT管理员没有认识到他们同时还减少了数据中心的能源效率。换句话说，通过虚拟化，大部分电费账单是与物理基础设施联系在一起的。数据中心在实施虚拟化之前一直以低容量运行（一般是工作负荷的50%至60%），在虚拟化之后，一些不担负任务的服务器拔掉电源之后，这种情况会更糟糕。

　　IT管理员如何在虚拟化环境中提高数据中心基础设施的效率？两个最有效的改进方法是正确的尺寸和转换到紧靠热源的制冷。

　　正确的尺寸包括用可升级的高效率不间断电源替换老式的单模块不间断电源。可升级的不间断电源系统总是高效率地运行，因为它安装了足够的电源模块支持这个IT工作量。例如，一个有61千瓦IT工作量的数据中心将得到7个10千瓦电源模块的支持。这些电源模块将嵌入到一个模块化的不间断电源设备中。如果这个IT工作量增加到75千瓦，这个不间断电源模块就要在不关机的情况下增加一个额外的10千瓦电源模块。转换到可升级的高效率不间断电源可以将运营电源成本减少50%至70%。

　　转换到紧靠热源的制冷包括使用模块化队列空调关闭或者替换部分或者全部传统的基于环境的空调。传统的制冷设备需要超大尺寸的风扇电动机以便克服冷空气在进入IT设备前走过的长距离。现在，在活地板下面经常发现一些障碍，恰当地冷却一个高密度机架的服务器是非常困难的。另一方面，基于队列的冷却设备按照服务器机架同样的队列进行安装。这就意味着风扇电动机要小得多，因为它们只需要向附近只有几英尺远的IT设备送风。传统的冷却设备中的风扇一般以固定的速度运转，不管IT的工作量如何。这就好像是你以每分钟6000转的速度开车，而不管驾驶的情况如何，更不用说要经常加油了。模块化基于队列的空调配置了与IT工作量匹配的可变速度的风扇，提供了正确选择数据中心尺寸的另一种方法，减少了电费账单。通过紧靠热源的制冷和使用变速风扇电动机，基于队列的冷却系统能够使风扇电动机的耗电量减少大约65%.

　　模块化可升级基础设施随着IT工作量的增加而增加。使用这种基础设施的数据中心能够把总电费账单节省60%以上（或者减少虚拟化的应用规模）。除了节省能源之外，采用模块化不间断电源系统和队列内冷却设备有两个主要的好处：有针对性的可用性和改善的容量以及改变管理。

　　在一台主机服务器上的多个虚拟机将极大地提高主机服务器的重要性，因为一个电源或者热事件能够破坏整个虚拟化的机架（假如没有现成的备份策略的话）。采用模块化电源和冷却设备，单个机架可以有针对性地使用N+1不间断电源或者N+1队列内冷却设备，达到具体的可用性水平。这种有针对性的可用性将节省提供不必要的高电源和冷却的成本，减少不需要的IT机架和设备。

　　采用模块化不间断电源系统和队列内冷却设备的最后一个好处是显著改善容量和改变管理。想想你上一次必须要安装一台新的服务器并且要设法搞清楚这台服务器应该安装到哪一个机架上的情况。头脑中出现的问题是"哪一个机架有足够的电源和冷却容量可以插入一台新的服务器？"，或者"我会通过在机架中放入额外的服务器破坏为具体机架提供的冷却冗余度吗？"或者"额外增加的服务器会使这个机架过热吗？"这些问题老式的数据中心是不可能回答的，因为地板下面冷却的不可预见的性质和缺少测量电源的设备。

　　专门用于机架的具体区域的模块化电源系统能够向集中的管理系统实时报告电源容量的状态。同样，由于空气路经短和有温度监视功能，队列内冷却设备按照设计也拥有可预见性。当这些系统的实时信息发送到一个集中的容量和改变管理应用程序时，就消除了安装一台新服务器的猜测工作和浪费的时间。可预见性的电源和冷却基础设施还允许一个容量管理系统实施"如果出现什么情况将采取什么行动"的分析，以便理解在做任何事情之前变化产生的影响。

　　对于虚拟化的所有这些好处（包括减少的电费账单），它展示了一些挑战，迫使IT人员很好地理解自己的电源和冷却系统，以保证主机服务器需要的更高的可用性。通过采用可升级的模块化电源和冷却系统，这项工作被极大地简化了，同时，利用全面的权利以减少数据中心的电费账单。