淺析服務器虛擬化與節能

張勝武

上海電力股份有限公司吳涇熱電廠

1 虛擬化技術提出

建立一個綠色機房中心，我們已有很多傳統的節能解決辦法。例如，空氣冷卻方案因地制宜、在非高峰時段關閉服務器運轉和提高電壓降低能耗等多種技術手段，然而，在這些節能手段都做到的同時，如何才能進一步做到綠色節能，這就需要著眼于信息中心機房架構、整合和虛擬化。

近年來，隨著VMware、Citrix等國際知名虛擬化軟件廠商大力開拓中國市場，虛擬化及云計算的概念越來越熱，虛擬化軟件市場大幅升溫，也給提高服務器使用率、減少服務器數量提供了契機。

維護一臺傳統服務器將消耗很多的工作時間，導致很多直接或者間接的成本。當然，一個企業不會只有一臺服務器，而服務器越多，在維護成本提升的同時，所面臨的服務器失效風險也越大。很多企業會用多臺服務器來運行一個應用，但如果這個應用每天只運行一次甚至一周才運行一次，這些利用不足的服務器就造成了不小的資源和成本浪費。

2 虛擬化技術優勢

虛擬化技術具有資源共享、負載動態優化、自動化管理、安全性、節省資金、綠色環保和解決平臺依賴問題的優勢：

（1）資源共享。通過利用虛擬化的技術，可以將企業的一些硬件資源包括服務器、網絡都整合起來，可以高效地利用這些資源，提高其利用率，減少資源的浪費。

（2）利用虛擬化技術實現負載的動態優化。隨著應用系統的工作負載動態變化來調整資源的供給，有了虛擬化就能方便成為現實；從整個企業的數據中心資源利用率方面考慮，通過使用一些動態優化的算法就能夠將這些虛擬化的服務器在不同的資源、機器里面進行調配，減少物理機器的數量。

（3）虛擬化技術可以為我們帶來統一管理的好處。該技術可以面對極其豐富多樣的基礎設施，中間件和操作系統等。

虛擬化技術讓一臺物理服務器可以運行多個虛擬主機，讓單獨服務器的計算資源可以被多個環境共享，通過調整服務器的負載，可以讓計算資源得到充分利用。維護數量龐大的服務器群的運維管理成本也因為整合服務器提高管理效率而得以降低。由于減少了服務器，通過控制臺集中管理，簡化了管理任務，使管理工作變得輕松易行。

從圖2中可以看出，當沙門氏菌純培養物濃度為5.6×107CFU/g～5.6×104CFU/g時，熒光曲線出現明顯的擴增峰，儀器自動判定為陽性；當培養物濃度為5.6×103CFU/g時，熒光曲線平緩，未出現擴增峰，判定為陰性。因此，研究所建立RF-LAMP檢測人工污染肉制品的檢出限為5.6×104CFU/g。

3 實施虛擬化前后的對比

公司信息中心機房，原有服務器50臺，分別用于各種應用平臺與數據備份，在這些服務器中，有U式架構、塔式架構與臺式架構。每臺服務器功耗約為500W，每年將消耗約219 000kWh電量。

服務器虛擬化后，將由6臺服務器取代之前的50臺服務器，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，年節約用電量約187 464kWh。

根據服務器機房布置要求，需要恒定在26℃室溫、30%左右濕度，因機房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等。本文僅討論服務器硬件本身產生的熱量。

SPOWER（服務器總功率）=25kW（虛擬化前）/3.6kW（虛擬化后）

E$（每度電單價）=1元（參考上海市商業電價）

λ（穩定系數）=1-0.33=0.67（參考美國電力轉換公式經驗值）

L（冷卻負載參數）=0.8（參考惠普實驗室經驗值）

ρ（氣流冗余常量-冷卻機房需要的冗余氣流）=25%（參考SEARCHDATACENTER.COM網站）

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

機房冷卻電費支出：

虛擬化之前：

虛擬化之后：

由此可見，服務器機房在經過虛擬化之后，每年節約了234 330元，服務器虛擬化之后減少的電費187 464元，每年共計節約電費成本約420 000元。

4 其他企業現狀

通常企業數據應用復雜性較高，在硬件、軟件、散熱等方面的資金投入非常大。為了避免發生兼容性問題，一臺服務器部署一個業務，所造成服務器數量增加但性能較低，運行穩定性差的狀況，應用虛擬化技術，可極大地提高每一臺服務器的利用率，降低整體服務器基礎架構的總成本。利用虛擬化最關鍵的好處是可以創建一個高利用率的網絡基礎架構，以及一個更強壯、更有彈性的備份和冗災平臺。還可以降低管理和運營成本，降低二氧化碳排放量。

服務器虛擬化技術降低成本是非常明顯的，虛擬化技術會讓企業更加綠色，尤其是電力系統，運行多臺服務器會產生大量的熱量，并需要額外的能耗進行冷卻。

由于物理服務器數量的減少，服務器能耗、制冷電器等的用電量也大大降低，還有利于創建更加綠色環保的環境，響應國家提倡節能減排的號召。

5 進一步利用服務器虛擬化技術

信息機房采用虛擬化技術之后，在節省電費的同時，虛擬化還可以減輕服務器的系統負荷，當出現電力不足或者意外中斷的情況時，虛擬化能夠幫助機房快速從服務器系統崩潰中恢復。此外因所配置的UPS供電系統容量得到充分利用，使造成過載的概率降低。

與新一代服務器硬件提供的虛擬化能力相比，大多數一臺物理服務器完全可以支持約15個虛擬機，增加每臺物理服務器上的虛擬機數量就可以提高物理服務器的利用率，在減少總體物理服務器的數量的同時節省了服務器的占地空間和處置未來電子垃圾的成本。

一個IT管理人員可以用來判定每個物理服務器最多可以支持多少虛擬機的重要指標，就是該服務器的CPU利用率。一個沒有采用虛擬化技術的服務器計算能力的平均利用率為10%～15%，而虛擬化后服務器的平均利用率理論上可以達到100%。而CPU使用率、每個物理主機上的虛擬機數量和用電量之間有直接關系，值得注意的是，低利用率的服務器浪費的能源也是驚人的。

6 展望服務器虛擬化的前景

通過以上分析得知，當充分了解實現服務器虛擬化技術，或已經意識到在部署更高端的服務器基礎設施之后，需要采購更高效節能的服務器和架構的可能是減少能源消耗唯一的選擇。單臺服務器的耗電量可能會有所增加，但由于減少了服務器總的數量，總的服務器能耗將降低。另外，假如企業不允許把所有的應用都放到虛擬機上運行，那么這些更高效的服務器環境也可能是唯一可行的選擇。

通過以上討論，對于信息中心機房來說，我們需要以全局的眼光，來看待綠色節能戰略。可以把機房分成三大部分：應用服務器、電源機架、以及數據存儲設備。當我們把虛擬化整合手段真正應用到以上三大部分時，我們會發現，綠色的空間還很大，僅僅有服務器虛擬化還不夠。針對應用服務器的綠色節能，當前主要分成兩個部分：一是通過技術手段減少服務器的發熱量，二是提高單臺服務器的應用效率，減少服務器數量。

7 服務器虛擬化所帶來的弊端

當然，服務器虛擬化，也有其一定弊端，比如一臺服務器上部署了多個虛擬服務器時，一定要有萬一發生故障的心理準備，否則，一旦發生故障而不能及時修復，將給企業帶來致命沖擊。因此，建議使用另一臺物理服務器做鏡像備份及冗余設置，一旦發生故障，備用的服務器便能立刻上線，有效避免了企業不必要的損失。

更合理的做法是為每一臺虛擬機映射一個獨立的物理磁盤分區，以便將其從邏輯上隔離，起到互不干擾的效果。尤其針對大型服務器集群。當某一塊物理硬件出現故障，其對應的應用能及時從這臺機器上動態遷移到別的機器上，保證了應用服務不會異常中斷，提供了高可靠性，減少損失。

由于減少了物理服務器總量，虛擬機的數據安全保護尤為重要，每臺虛擬服務器，都必須實施相應的備份策略，對配置文件、虛擬機文件及其中的重要數據都應該進行備份。需要做完善的備份計劃，包括完整備份、增量備份或差量備份方式。此外，將數據和備份數據保存至其他物理服務器是行之有效的安全保護方法，但是這也增加了成本和管理復雜度。

8 結束語

綜上分析，服務器虛擬化目前遇到的利與弊，既是一個挑戰，也是一個很好的機遇，抓住了這個機遇，就會創造更高的價值，綠色機房，任重而道遠。