毫無疑問，IT虛擬化，即對物理服務器、網絡和存儲資源的虛擬化，已經極大地增加了運算能力的利用和規模。可以說，虛擬化已經成為驅動云計算的強大技術引擎。然而，由虛擬化導致的更高的功率密度會使任何現有設施的制冷能力面臨前所未有的挑戰。本文將涉及到四種IT虛擬化的影響和特性，描述虛擬化對數據中心物理基礎設施的影響，并提供應對這些影響的可行的解決方案。

高密度的產生

虛擬化可以降低機房內的整體功耗，與此同時，虛擬化的服務器也按組部署和分類，這種方式會在機房內形成高密度區域，并可能導致“熱區”的產生。由于物理服務器可以按10：1或者20：1，甚至更高的比例整合，制冷所面臨的挑戰會突然加劇。隨著物理主機承載越來越多的虛擬主機，其CPU(中央處理器)的使用率也會增加。盡管兩者之間并不是呈線性關系，但是物理主機的功率隨著CPU的利用率的升高而升高。此外，虛擬機將經常提高對處理器和內存的需求，相對于未虛擬化的服務器，這也會進一步提高功耗。

較高的機柜功率密度需要數據中心運營者檢查現有的制冷基礎設施，從而得出制冷基礎設施是否能夠為負載提供足夠的冷量。

最簡單常見的冷卻高密度機柜的方法是將高密度設備分散地部署在整個數據中心，而不是將它們放在一個地點。按這種方法分散負載，沒有任何機柜的功率會超過其設計額定功率，而且制冷的效果也會變得更加易于預測。這種策略不需要額外的供電和制冷基礎設施，但其缺陷在于，浪費了更多的占地空間，需要更高的布線成本，用電效率較低，以及機柜內空間的閑置浪費等。

一種更高效的方法是隔離高密度的設備與低密度的設備，將其封閉在一個單獨的區域。這種高密區包括將高密度的系統整合至一臺機柜或者成行機柜。專屬的制冷(包括機柜級和行級空調)配合氣流遏制系統(包括冷、熱通道氣流遏制)都可以被用于隔離高密區，這樣就能確保高密度機柜(行)能夠在任何時候得到其所需的穩定的制冷。這種方法更高效地利用了空間，也具有更高的制冷效率。

IT負載降低對PUE的影響

作為能效參數，PUE并不是用來反映由能耗大幅降低帶來的環境上的益處，它被定義為測量數據中心物理基礎設施效率(例如供電和制冷)，而不是IT運算的能效。PUE不應該被用于或被認為是衡量某一數據中心環保或者說低能耗的指示。它的目的是顯示供電和制冷系統被用于支持IT負載的效率。

虛擬化的一個受到廣泛追捧益處就是進行服務器整合之后可以降低能源成本。虛擬化后能源成本的節約有時可高達70%以上，所以虛擬化被視為數據中心的“綠色”科技，并被廣泛推廣。

然而，在這種綠色節能的背景下，應用最廣泛的數據中心能效參數，PUE，卻會在服務器整合之后變差。也許有些人會認為這是PUE這個參數的一個不足之處。其實，作為能效參數，PUE不應該被用于衡量某一數據中心環保或者說低能耗的指標。它的目的是顯示供電和制冷系統被用于支持IT負載的效率。

如果不改變供電和制冷基礎設施，使之保持與虛擬化之前一樣，那么PUE將會在服務器和存儲設備進行物理整合之后變差。供電和制冷容量中固有的損耗稱之為“固定損耗”。這部分供電和制冷損耗不會因為負載的不同而不同。供電和制冷的容量越大，那么存在的固定損耗就越多。隨著IT負載規模縮小(例如整合)，固定損耗在數據中心能源使用中所占的比重就越高，這就導致PUE變差。這同時也意味在較高IT負載率下的PUE要好于在較低IT負載率下的PUE。

為了改善虛擬化之后的PUE，數據中心的基礎設施效率曲線必須通過優化供電和制冷系統，減少容量過大造成的浪費，以及與新的、更低的負載相匹配等措施得到改善。除了效率上的改善之外，通過減少不再使用的供電和制冷容量優化供電和制冷系統，還會對電費方面的支出有直接的影響。

標準化和模塊化可賦予數據中心極高的可擴展性。通過設計供電和制冷系統，并使之具有標準化，預組裝測試，以及模塊化的特性，數據中心容量的添加或移除將變得更加易操作，且風險很小。

動態的IT負載

虛擬機的創建和遷移都可能在很短時間內完成，而且越來越趨于自動化。這需要嚴格的管理以及行之有效的措施對機柜級的基礎設施狀態和容量進行監測。

物理主機上的電力負載會因虛擬負載在不同的時間、不同的主機之間創建和遷移，并不斷變化。為供電設定額定值的規定可以減少這種變化。這樣主機或虛擬機的最大功耗就可以受到約束從而對處理器進行約束。在任何額定值，由于數據中心物理基礎設施通常按最高IT設備的額定值進行規劃選型，在虛擬化比例較低的時候，這種變化不會引起物理基礎設施容量的問題。

高度虛擬化的環境例如大型的云計算數據中心，與非虛擬化數據中心相比其負載變化幅度會更大，頻率會更高。除非具有優良的規劃和高效的管理，這些巨大變化會引起潛在的容量問題，或者違反與容量余量相關的規范。

目前，越來越多的數據中心管理軟件已經具備自動地創建和移動虛擬機的功能，可以幫助虛擬化數據中心更具容錯性。如果虛擬機或者主機崩潰導致軟件應用的故障，其它的虛擬機能夠很快地恢復工作負載，最小化用戶的宕機時間，最大限度的提高運算能力的可擴展性。

降低對冗余的要求

IT虛擬化同樣可以降低物理基礎設施的冗余度。通過使用管理得當的虛擬機來提供容錯性，這樣基礎設施冗余的降低可以簡化設計，降低投資成本，并且為將來IT增長時部署其它設備節約空間。

高度虛擬化的環境在容錯能力和恢復能力方面與RAID磁盤陣列相似。如果一旦出現問題，負載包括所有的虛擬機和虛擬存儲設備都能自動地并且快速地通過網絡遷移到安全的區域。這種通過轉移資源來維持不間斷服務的過程對用戶來說必須是可見的。但是，根據IT實施的質量和虛擬機管理軟件集成的深度，當遷移發生時，終端客戶可能會經歷短暫的不可見期。但是通常來說，在幾臺服務器或者幾臺機柜不可用的時候，服務等級仍然能夠有效地達成。

具有這種容錯性以后，在高虛擬化的數據中心環境中對高冗余性(27或2(N+1)的供電和制冷系統的需求會有所降低。假設某臺UPS的故障不會導致業務中斷，那么就不需要為其配置備用的冗余UPS系統。原先規劃建設2N冗余的供電和制冷系統，也許現在就可以考慮建設兩個N+1的數據中心取而代之。建設兩個500kW的N+1供電和制冷冗余的數據中心所需的投資比建設一個1MW的2N供電和制冷冗余的數據中心的成本低35%。高度虛擬化環境下的容錯能力使降低物理基礎設施的冗余度成為了一種切實的選擇。在作出這種決定之前，IT管理人員和設施管理人員應當全面的考慮如果物理基礎設施故障或者不可用，其對業務連續性所可能產生的影響。這就意味著應該重新考慮和審視IT管理系統和制度以確保它們在降低物理基礎設施冗余的情況下，有能力提供所需的服務等級和容錯能力。物理基礎設施的冗余性與虛擬IT環境的容錯性相匹配，也是正確規劃選型的一種方式。這種方式的正確規劃選型能夠進一步減少能耗，投資成本和固定損耗，從而改善數據中心基礎設施效率PUE。

數據中心IT資源虛擬化會對相關的物理基礎設施產生影響。如果無視這些影響和可能產生的后果，虛擬化和云計算帶來的巨大收益就會受到限制和削弱。實施本文中所描述的解決方案能夠為高度虛擬化的數據中心帶來高度的可用性，能效和擴展的靈活性，進而滿足高度動態運算的電力需求。

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