李步宵

（中國人民銀行西寧中心支行 青海省西寧市 810000）

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及已經(jīng)是必然趨勢，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲與數(shù)據(jù)傳輸已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代信息社會的節(jié)奏快、效率高、穩(wěn)定強(qiáng)等需求。隨著資源稀缺的進(jìn)一步凸顯，企業(yè)及個人對信息數(shù)據(jù)的“消費(fèi)”呈現(xiàn)出平方遞增的趨勢，現(xiàn)在人們的衣食住行都被各種新穎的互聯(lián)技術(shù)充斥著。一個大型企業(yè)的穩(wěn)定運(yùn)營很大程度上依賴于數(shù)據(jù)的穩(wěn)定及可追溯性，數(shù)據(jù)的穩(wěn)定傳輸是依靠各種IT 設(shè)備(如交換機(jī)、服務(wù)器、PC)支持的，大量的數(shù)據(jù)傳輸所需的大量IT 設(shè)備則需要依托大型的數(shù)據(jù)機(jī)房來保證專業(yè)的電力系統(tǒng)及運(yùn)行環(huán)境的安全。各種科技類公司如百度、騰訊、阿里等，都已建立了大型的數(shù)據(jù)中心來處理各種服務(wù)所需的數(shù)據(jù)交換;各類金融企業(yè)如建設(shè)銀行、工商銀行、交通銀行等，都籌建了大型的數(shù)據(jù)中心來處理各種金融所需的數(shù)據(jù);各種通信公司如中國移動、中國電信、中國聯(lián)通等，也都興建了各自的數(shù)據(jù)中心來處理各種通訊所需的數(shù)據(jù)。各個行業(yè)所需的數(shù)據(jù)中心層出疊嶂，數(shù)據(jù)中心里面的各種設(shè)備也是五花八門。每一個數(shù)據(jù)中心就像一個企業(yè)，數(shù)據(jù)中心里面的各種設(shè)備就像各個部門的員工，如何讓這些員工相互配合、運(yùn)作最優(yōu)，如何讓這些員工多工作，少費(fèi)力、提高效率、提高生產(chǎn)力，即如何讓這些數(shù)據(jù)中心的能源更加綠色環(huán)保，更加便于管理，解決當(dāng)代社會信息、數(shù)據(jù)量迸發(fā)與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、傳輸方式的需求關(guān)系。

1 虛擬化技術(shù)概述

虛擬化起源于1960年代，其由IBM 采用此技術(shù)將大型、主機(jī)硬件邏輯分割成數(shù)個虛擬機(jī)器，而這些分割區(qū)讓主機(jī)能以多工之方式進(jìn)行運(yùn)作。由于當(dāng)時主機(jī)是屬于昂貴的資源，因此分割的設(shè)計能完全發(fā)揮投資的使用率，借以提高硬件的利用率。時至今日，虛擬機(jī)器可以說是一套完全隔離的軟件容器，就像實體計算機(jī)一樣，可執(zhí)行專屬作業(yè)系統(tǒng)和應(yīng)用程序，然而，虛擬機(jī)器完全是由軟件所組成，因此不包含任何硬件元件。虛擬機(jī)器能提供兼容性、隔離性、封裝硬件獨立性等優(yōu)點。在計算機(jī)方面通常是指計算元件在虛擬的基礎(chǔ)上而不是真實的基礎(chǔ)上運(yùn)行。如圖1 是本研究的服務(wù)器虛擬化視圖結(jié)構(gòu)圖。

圖1：服務(wù)器虛擬化視圖

服務(wù)器虛擬化的應(yīng)用實現(xiàn)，依靠的是硬件虛擬化和操作系統(tǒng)虛擬化。服務(wù)器虛擬化就是將一臺服務(wù)器變?yōu)槎嗯_服務(wù)器使用，提高服務(wù)器的使用率。以前，一臺服務(wù)器主機(jī)裝一個操作系統(tǒng)，只能作為一臺服務(wù)器使用，使用率較低。通過虛擬化，一臺服務(wù)器主機(jī)上裝多個操作系統(tǒng)，并且可以同時運(yùn)行，就相當(dāng)于多臺服務(wù)器同時運(yùn)行了，利用率大大提高。應(yīng)用程序虛擬化可以讓原本無法于新作業(yè)系統(tǒng)執(zhí)行的程序，在不須重新修改程序的狀況下就可以移植至新作業(yè)系統(tǒng)，同時因為每個虛擬化程序各自有一獨立的執(zhí)行環(huán)境，可以保護(hù)作業(yè)系統(tǒng)或其它應(yīng)用程序不會因元件遭其它程序覆蓋而影響。換言之，可以讓原來兩個或多個不兼容的軟件同時存在于一個作業(yè)系統(tǒng)內(nèi)。使用應(yīng)用程序虛擬化的計算機(jī)并不作實際軟件安裝的動作，所以應(yīng)用程序可利用虛擬化工具將其封裝成軟件套件存在網(wǎng)絡(luò)上的某臺檔案伺服主機(jī)，如此使用者在登入網(wǎng)路后可立即取得所需之應(yīng)用程序，大幅縮短軟件布署時間。（見圖2）。

圖2：物理服務(wù)器與虛擬服務(wù)器的比較

2 數(shù)據(jù)中心的基本組成機(jī)構(gòu)

2.1 基礎(chǔ)設(shè)施支持

（1）電力系統(tǒng)支持：如UPS 電源、柴油發(fā)電機(jī)、配電系統(tǒng)等。

（2）環(huán)境系統(tǒng)監(jiān)管：如環(huán)境監(jiān)控、門禁系統(tǒng)。

（3）數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)：如服務(wù)器、交換機(jī)、大型機(jī)等。

2.2 數(shù)據(jù)支持

（1）數(shù)據(jù)安全，數(shù)據(jù)保存，應(yīng)用架構(gòu)，備份和恢復(fù)。

（2）系統(tǒng)架構(gòu)，系統(tǒng)管理，網(wǎng)絡(luò)部署。

2.3 管理支持

（1）業(yè)務(wù)連續(xù)性，風(fēng)險管理。

（2）組織結(jié)構(gòu)，相關(guān)技能。

（3）業(yè)務(wù)流程，IT 流程。

對于數(shù)據(jù)中心來說，能源管理主要集中于第1 部分，即基礎(chǔ)設(shè)施支持單元，因為主要的用電耗電單元都是在基礎(chǔ)設(shè)施上，其中的用電大戶主要為機(jī)房空調(diào)或制冷設(shè)備、UPS 電源及數(shù)據(jù)處理設(shè)備。從系統(tǒng)上來說，應(yīng)該將盡可能多的電力消耗使用在IT 負(fù)載的使用上，而不是支持系統(tǒng)的設(shè)備上。

3 實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的能源優(yōu)化

在視數(shù)據(jù)為生命的信息時代，數(shù)據(jù)中心不再是一個躲在后臺的龐然大物，它已經(jīng)成為IT 巨頭們的新一輪“信息競賽”的戰(zhàn)場。

能源危機(jī)已經(jīng)在數(shù)據(jù)中心電老虎的發(fā)威下凸顯出來了，因數(shù)據(jù)中心的耗電量大、電費(fèi)支出高已經(jīng)成為新的電老虎。如此巨大的消耗是任何一家企業(yè)和政府都不愿看到的，如何解決目前數(shù)據(jù)中心普遍存在成本快速增加、資源管理復(fù)雜、能源危機(jī)等問題將是數(shù)據(jù)中心發(fā)展中需要解決的問題。

在美國俄勒岡州的哥倫比亞河河畔，Google 建成的用于處理每天數(shù)十億次搜索以及提供其他互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的數(shù)據(jù)中心占地有兩個足球場那么大，并且旁邊還伴隨著兩個龐大的冷凝工廠來給機(jī)房設(shè)備進(jìn)行降溫，因為大量的IT 設(shè)備需要處理過多繁雜的數(shù)據(jù)，還有各種供電設(shè)備，會產(chǎn)生大量的熱量，需要強(qiáng)大的降溫設(shè)備來保證設(shè)備的運(yùn)行溫度，所以這種能源消耗是我們無法想象的，如果說我們?nèi)粘Ｔ诩依锼璧挠秒娏渴怯梦芎瓤蓸?，那么?shù)據(jù)中心的用電量就是用水泵在從水庫里抽水，并且可樂還有喝完的時候，但是只要水泵不壞，是不會停止從水庫抽水的(數(shù)據(jù)中心的運(yùn)行時持續(xù)的，不允許間斷的)。為了解決制冷帶來的巨大能源損耗問題，Google 開始計劃一項驚人的數(shù)據(jù)中心工程一“海上漂浮數(shù)據(jù)中心”，以期望完全利用海洋的能源和海水的溫度冷卻設(shè)備。Google 的這種思想給了數(shù)據(jù)機(jī)房一種方向，越來越多的數(shù)據(jù)機(jī)房慢慢向兩極地帶進(jìn)行發(fā)展，美國的一個大型綜合性超市將數(shù)據(jù)中心建設(shè)在了阿拉斯基的一個洞穴中，一年四季的溫度總體穩(wěn)定，并且偏低，冬天的時候通過將冷空氣引進(jìn)數(shù)據(jù)機(jī)房進(jìn)行自然冷卻，可以完全停止空調(diào)的使用，從而節(jié)省制冷系統(tǒng)產(chǎn)生的能耗，不僅減少了大量碳排放，每年節(jié)省的制冷電費(fèi)將近500 萬美元。

上面的情形是企業(yè)從外部來尋求能源優(yōu)化及資本降低的案例，合理選址可以從設(shè)計源頭就帶來良好的收益，我們可以獲得優(yōu)質(zhì)的環(huán)境支持，但是對于數(shù)據(jù)中心內(nèi)部，為了達(dá)到合理的制冷效果，做到能源管理，我們還有兩個問題需要解決：優(yōu)化氣流和制冷分布。

（1）數(shù)據(jù)中心不缺乏冷空氣，各種制冷設(shè)備可以產(chǎn)生足夠的降溫氣體，但是實際上空氣是靜止的，如何讓冷氣精確地輸送至需要冷卻的位置，同時排出服務(wù)器所產(chǎn)生的熱氣，并且降低冷空氣輸送過程中的損耗，就可以讓能源得到良好的管理和優(yōu)化。

為了提高數(shù)據(jù)中心制冷系統(tǒng)效率，從而減少能耗和實現(xiàn)綠色服務(wù)器環(huán)境，其中一個好方式是隔離機(jī)房的氣流。即放置IT 硬件所排放的熱氣和注人硬件的冷氣混合。數(shù)據(jù)中心設(shè)計人員和管理人員開始設(shè)計冷熱通道，他們認(rèn)識到如果調(diào)整數(shù)據(jù)中心臨近的服務(wù)器排列，機(jī)房制冷系統(tǒng)的性能就會提高。后來的經(jīng)驗表明，冷熱通道的配置通過放置服務(wù)器機(jī)柜或幾家排尾的冷熱空氣混合，能夠進(jìn)一步提高制冷性能。

（2）解決制冷分布的問題，我們需要關(guān)注基本的原則是縮短制冷設(shè)備與制冷目標(biāo)的距離，在希望冷卻的系統(tǒng)中或附近位置安裝制冷設(shè)備比增大風(fēng)扇推動冷氣的風(fēng)力更加有效。并且需要安裝盡可能少的大型管道，這能夠減少摩擦損失，減少制冷系統(tǒng)氣泵的工作負(fù)載達(dá)到提高制冷系統(tǒng)的性能和降低能耗。

4 通過數(shù)據(jù)中心電力系統(tǒng)效率提高來進(jìn)系統(tǒng)優(yōu)化

現(xiàn)今的虛擬機(jī)器是邁向更大型解決方案的基本元件，朝著虛擬云端者的基礎(chǔ)架構(gòu)。虛擬機(jī)器代表的是整部計算機(jī)上的硬件資源，虛擬云端基礎(chǔ)架構(gòu)則代表了整個IT 基礎(chǔ)架構(gòu)上相互連接的硬件資源，包括計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)裝置和共享儲存設(shè)備。不論建置的規(guī)模為何，使用虛擬機(jī)器來建置虛擬服務(wù)器和桌面平臺基礎(chǔ)架構(gòu)，可以改善重要任務(wù)應(yīng)用程序的可用性、安全性，以及資源配置的管理能力。各種電氣產(chǎn)品的發(fā)展都是依托其制造工藝和元器件一起進(jìn)步的，就像我們使用的電腦，三十年前一個大塊頭機(jī)箱，處理速度還沒有現(xiàn)在一部手機(jī)的運(yùn)算能力強(qiáng)，UPS 也同樣受到主要元器件的約束，通過十多年的發(fā)展，慢慢做到高效穩(wěn)定。

一個大型的數(shù)據(jù)中心，要建造一個完善穩(wěn)定的電力系統(tǒng)，需要配備幾兆瓦到幾十兆瓦的UPS 電力儲備，而UPS 電源作為一個電力系統(tǒng)穩(wěn)定傳輸系統(tǒng)，如何降低自身成本，如何提高自身效率，就是進(jìn)行綠色能源的貢獻(xiàn)。

5 通過虛擬化整合實現(xiàn)綠色數(shù)據(jù)中心

從數(shù)據(jù)中心兩大支持設(shè)備了解了如何管理和優(yōu)化能源，下面我們要從最終的應(yīng)用硬件系統(tǒng)來了解綠色能源前沿方向。

要以應(yīng)用程序虛擬化來達(dá)到版權(quán)管理，在設(shè)計上必須符合兼容性和方便性兩大需求。軟件安裝于Windows 作業(yè)系統(tǒng)長久以來就存在著兼容性問題，而問題產(chǎn)生的主要原因就是元件的版本問題，例如如果同時安裝兩個不同版本的Office 會造成mapi32.dll 產(chǎn)生沖突以致于無法正常執(zhí)行Outlook。

眾所周知，數(shù)據(jù)中心的核心存儲運(yùn)算設(shè)備就是服務(wù)器，處理各種數(shù)據(jù)及傳輸功能，他就像一個大腦，控制著整個數(shù)據(jù)中心王國的命脈，其工作的效率直接影響了數(shù)據(jù)中心的能效效果。虛擬化，顧名思義就是在計算上虛擬出一些實際計算機(jī)里真實存在的東西，以達(dá)到更方便、簡單、成本低、安全性高的目的。隨著今日計算機(jī)普及以及企業(yè)日益依賴計算機(jī)，企業(yè)軟件版權(quán)管理對信息人員往往造成相當(dāng)大的困擾，即使和軟件廠商簽定大量授權(quán)，也幾乎每一年都得重新回到談判桌來進(jìn)行一場費(fèi)時費(fèi)力的攻防戰(zhàn)，爭取最佳的價格優(yōu)惠。如果利用應(yīng)用程序虛擬化技術(shù)可以讓單機(jī)版軟件快速進(jìn)行移除及安裝的動作，再加上我們參考DHCP 原理所實做的預(yù)約管理子系統(tǒng)并配合其他管理模塊，可以讓一套軟件在不同時段提供給不同的使用者，合法的降低軟件需求套數(shù)。也可以讓企業(yè)掌握軟件的實際使用狀況，然后依據(jù)需求成長趨勢來預(yù)先增加版權(quán)套數(shù)。

總而言之，企業(yè)的管理與運(yùn)營是多方面體現(xiàn)的，對于科技型企業(yè)，尤其以數(shù)據(jù)中心為核心的科技型企業(yè)，做到將能源合理分配、降低設(shè)備生命周期損耗和提高產(chǎn)品效率就是對企業(yè)競爭力及可發(fā)展性的突破。