服務器虛擬化節電方程式
日期：2017/2/8 10:29:53 編輯：關於服務器
服務器虛擬化如火如荼，勢不可擋，關於服務器虛擬化帶來的電力節約也有幾多傳說。大家都不懷疑服務器虛擬化為綠色環保做出的積極貢獻，但如何量化服務器虛擬化帶來的電力節約?本文試圖帶領大家一起作些有益的探索，希望能幫我們更清晰地認識服務器虛擬化對綠色數據中心的重要性和緊迫感。 當然，今天的虛擬化產品慢慢多起來，但到今天為止被大家廣為傳頌的還是VMware自去年推出的 Virtual Infrastructure 3(虛擬架構3，簡稱VI3)。所以我們在這裡以此為對象進行探討，就部署VMware VI3前後的電力支出進行對比，從而讓我們可以清楚地了解服務器虛擬化這項新興的技術怎樣改變我們的數據中心能源消耗。 為了說明的方便，在此假定了一個用戶，我們姑且稱這個用戶為上海橡樹公司，下面讓我們一起來研究上海橡樹公司部署虛擬化後的電力節約情況。 上海橡樹公司的IT概況
因為我們主要研究服務器虛擬化帶來的能源節約，因此，我們假定上海橡樹公司的PC服務器組成如下：
300台
500台
200台
服務器整合是服務器虛擬化的最常見應用情景，在此以服務器整合模型為參考來研究虛擬化帶來的電力節約。首先來看數據中心的電力消耗。根據實際情況，數據中心的電力消耗可以分成兩大類： · 計算架構(IT負載)的電力消耗: 服務器硬件、網絡交換設備、存儲網絡設備等； · 網絡關鍵物理架構（簡稱：NCPI，非IT負載)的電力消耗: 變壓器、UPS電源、電源線纜、風扇、空調、加濕器、照明、泵等。 數據中心的直接電力消耗
如要完整地研究整個數據中心電力消耗的情況，需要考慮上面涉及的每個部分。由於我們這裡只就服務器虛擬化進行研究，因此這裡只針對服務器硬件的電力消耗，結合虛擬化進行研究，研究虛擬化前後服務器電力消耗的差異。 要計算整個數據中心服務器的電力消耗量，只需要將數據中心所有服務器的額定功率進行疊加。由於額定功率的疊加是服務器可能消耗的最大功率，為了反映真實的能源消耗情況，需要乘以相應的調節系數，以反映數據中心穩定態的服務器電力消耗。穩定態系數是一個經驗值，根據美國電力轉換公司（American Power Conversion Corporation）的經驗，“…大多數IT設備的標稱功率大概超過實際消耗能量至少33%。”
服務器的電力消耗通常基於服務器的高度尺寸進行計算(如：1U、2U、4U等)，我們這裡假定CPU和機器的高度尺寸有如下的關系： · 1顆CPU = 1U
· 2顆CPU = 2U
· 4顆CPU = 4U
· 8顆CPU = 6U
· 16 顆CPU = 12U
· 32顆 CPU = 24U
上海橡樹公司總體電費支出節約：
上述計算基於如下假設： 部署VMware VI3後，由於CPU的利用率會大幅度提高，因此服務器的電力消耗也會相應增加。也就是說，單台服務器虛擬化後的電力消耗比虛擬化前高。CPU利用率增加和電力消耗增加之間的確切關系很難定量，會隨著CPU不同、服務器型號不同而各有差別。但是，通過戴爾電腦公司的在線工具，可以根據負載類型估計電力消耗。戴爾提供了如下的負載種類：空閒、平均負載、I/O密集型和計算密集型。計算密集型負載可能比空閒狀態多消耗150W的電能，可能比平均負載多消耗80W的電能。(注意：這個工具不提供每種負載CPU的實際利用率)。 下面我們以上海橡樹公司為例子，進行電費支出計算。根據上海2006年電費價格，我們假定上海橡樹公司每度電費為0.8元人民幣，那麼，上海橡樹公司服務器硬件的電力消耗為：
因此，部署VMware虛擬化方案之前，每年的電費支出是：
部署VMware虛擬化方案之後，每年的電費支出是：
通過部署VMware虛擬化方案，數據中心服務器直接電力消耗每年的電費節約為：
數據中心冷卻系統的電力消耗
數據中心的所有電子設備都會發熱，包括服務器、交換機、存儲網絡設備等IT設備，也包括電力供應系統設備，如UPS、電力分配系統。當然，空調設備、照明甚至人都會產生熱。和前面一樣，為了方便討論，這裡僅僅討論服務器硬件產生的熱量。 數據中心的設計很大程度上決定了熱效率和散熱的成本，許多數據中心仍然采用由前到後的通風模式，將所有服務器朝向一個方向，這將導致從一台服務器後面散發的熱空氣會直接進入另外一台服務器的前方。比較好的設計思路在是熱－通道/冷－通道的設計布局，這可以降低由前到後的通風模式帶來的溫度梯級。 即使采用了優化設計，仍然需要大約25％的冗余空氣流動，當機房空調制冷系統故障時，冗余的氣流可以確保數據中心冷卻需求。而且，很多數據中心都有熱點，熱點的熱密度往往大大高於其他區域，而集中的冗余氣流可以滿足數據中心的總統冷卻需求。 除了需要氣流冗余，數據中心還需要額外氣流來滿足冷卻需要，因為有時候潮濕會導致冷卻效率降低。當然適當的濕度也是需要的，過分干燥可能導致靜電放電現象，而靜電放電可能導致某些設備受損。但是，大多數的空調系統都會使凝結水蒸汽，從而降低環境濕度。為了維持合適的濕度，可能需要加濕器。 一般來說，數據中心消耗的電能絕大部分全部變成了熱能，因此，服務器硬件的額定功率基本相當於熱能輸出功率。此外，根據在惠普公司實驗室做出的結果，每1瓦的散熱需要消耗0.8瓦的電能來進行冷卻。(我們將此定義為負載參數L)。基於以上數據，數據中心的冷卻能耗可進行如下推算：
上海橡樹公司冷卻需要的電費支出節約：
上述計算基於如下的假設： 這裡的計算不包括分期付款的成本和電力冷卻系統的維修成本。如果您需要計入這些成本，請結合自己的實際情況進行分別計算。 下面我們基於上海橡樹公司的案例進行計算。通過將服務器的額定功率相加，可以算出在部署虛擬化之前，穩定消耗電力功率為407千瓦，部署VMware虛擬化方案後，電力消耗為51.6千瓦。這也就是上海橡樹公司數據中心服務器散發的熱量。因此，來冷卻這些熱量的成本可以進行如下計算。 部署VMware虛擬化方案之前，數據中心服務器的冷卻成本為：
部署VMware虛擬化方案之後，數據中心服務器的冷卻成本降為：
通過部署VMware虛擬化方案，數據中心服務器冷卻電力消耗每年的電費節約為：
結論：服務器虛擬化為數據中心帶來了巨大的電費節約
通過以上計算可以看到，數據中心服務器虛擬化可以帶來大量的電能節約，電費的節省是相當可觀的。通過部署VMware虛擬化解決方案，上海橡樹公司每年總共可以節約的電費為人民幣5,254,151.00元，這是我們沒有計算之前覺得不可思議的。當然，涉及到具體的案例，可能節省的成本會有有所不同，但是電費的節約是顯著的，這僅僅是部署服務器虛擬化的良好收益之一。 因此，部署服務器虛擬化已經成為大型數據中心的當務之急，成為有效控制數據中心電力緊張的法寶之一。
