浅析服务器虚拟化与节能

张胜武

上海电力股份有限公司吴泾热电厂

1 虚拟化技术提出

建立一个绿色机房中心，我们已有很多传统的节能解决办法。例如，空气冷却方案因地制宜、在非高峰时段关闭服务器运转和提高电压降低能耗等多种技术手段，然而，在这些节能手段都做到的同时，如何才能进一步做到绿色节能，这就需要着眼于信息中心机房架构、整合和虚拟化。

近年来，随着VMware、Citrix等国际知名虚拟化软件厂商大力开拓中国市场，虚拟化及云计算的概念越来越热，虚拟化软件市场大幅升温，也给提高服务器使用率、减少服务器数量提供了契机。

维护一台传统服务器将消耗很多的工作时间，导致很多直接或者间接的成本。当然，一个企业不会只有一台服务器，而服务器越多，在维护成本提升的同时，所面临的服务器失效风险也越大。很多企业会用多台服务器来运行一个应用，但如果这个应用每天只运行一次甚至一周才运行一次，这些利用不足的服务器就造成了不小的资源和成本浪费。

2 虚拟化技术优势

虚拟化技术具有资源共享、负载动态优化、自动化管理、安全性、节省资金、绿色环保和解决平台依赖问题的优势：

（1）资源共享。通过利用虚拟化的技术，可以将企业的一些硬件资源包括服务器、网络都整合起来，可以高效地利用这些资源，提高其利用率，减少资源的浪费。

（2）利用虚拟化技术实现负载的动态优化。随着应用系统的工作负载动态变化来调整资源的供给，有了虚拟化就能方便成为现实；从整个企业的数据中心资源利用率方面考虑，通过使用一些动态优化的算法就能够将这些虚拟化的服务器在不同的资源、机器里面进行调配，减少物理机器的数量。

（3）虚拟化技术可以为我们带来统一管理的好处。该技术可以面对极其丰富多样的基础设施，中间件和操作系统等。

虚拟化技术让一台物理服务器可以运行多个虚拟主机，让单独服务器的计算资源可以被多个环境共享，通过调整服务器的负载，可以让计算资源得到充分利用。维护数量庞大的服务器群的运维管理成本也因为整合服务器提高管理效率而得以降低。由于减少了服务器，通过控制台集中管理，简化了管理任务，使管理工作变得轻松易行。

从图2中可以看出，当沙门氏菌纯培养物浓度为5.6×107CFU/g～5.6×104CFU/g时，荧光曲线出现明显的扩增峰，仪器自动判定为阳性；当培养物浓度为5.6×103CFU/g时，荧光曲线平缓，未出现扩增峰，判定为阴性。因此，研究所建立RF-LAMP检测人工污染肉制品的检出限为5.6×104CFU/g。

3 实施虚拟化前后的对比

公司信息中心机房，原有服务器50台，分别用于各种应用平台与数据备份，在这些服务器中，有U式架构、塔式架构与台式架构。每台服务器功耗约为500W，每年将消耗约219 000kWh电量。

服务器虚拟化后，将由6台服务器取代之前的50台服务器，消耗电能降为31 536kWh电量，与改造前的用电量相比有较大幅度的降低，年节约用电量约187 464kWh。

根据服务器机房布置要求，需要恒定在26℃室温、30%左右湿度，因机房所有电子设备都会发热，包括服务器、交换机、存储网络设备等IT设备，也包括电力供应系统设备，如UPS等。本文仅讨论服务器硬件本身产生的热量。

SPOWER（服务器总功率）=25kW（虚拟化前）/3.6kW（虚拟化后）

E$（每度电单价）=1元（参考上海市商业电价）

λ（稳定系数）=1-0.33=0.67（参考美国电力转换公式经验值）

L（冷却负载参数）=0.8（参考惠普实验室经验值）

ρ（气流冗余常量-冷却机房需要的冗余气流）=25%（参考SEARCHDATACENTER.COM网站）

δ（潮湿非充分常量-冗余气流来抵消潮湿引起的冷却不充分）=80%（参考SEARCHDATACENTER.COM网站）

机房冷却电费支出：

虚拟化之前：

虚拟化之后：

由此可见，服务器机房在经过虚拟化之后，每年节约了234 330元，服务器虚拟化之后减少的电费187 464元，每年共计节约电费成本约420 000元。

4 其他企业现状

通常企业数据应用复杂性较高，在硬件、软件、散热等方面的资金投入非常大。为了避免发生兼容性问题，一台服务器部署一个业务，所造成服务器数量增加但性能较低，运行稳定性差的状况，应用虚拟化技术，可极大地提高每一台服务器的利用率，降低整体服务器基础架构的总成本。利用虚拟化最关键的好处是可以创建一个高利用率的网络基础架构，以及一个更强壮、更有弹性的备份和冗灾平台。还可以降低管理和运营成本，降低二氧化碳排放量。

服务器虚拟化技术降低成本是非常明显的，虚拟化技术会让企业更加绿色，尤其是电力系统，运行多台服务器会产生大量的热量，并需要额外的能耗进行冷却。

由于物理服务器数量的减少，服务器能耗、制冷电器等的用电量也大大降低，还有利于创建更加绿色环保的环境，响应国家提倡节能减排的号召。

5 进一步利用服务器虚拟化技术

信息机房采用虚拟化技术之后，在节省电费的同时，虚拟化还可以减轻服务器的系统负荷，当出现电力不足或者意外中断的情况时，虚拟化能够帮助机房快速从服务器系统崩溃中恢复。此外因所配置的UPS供电系统容量得到充分利用，使造成过载的概率降低。

与新一代服务器硬件提供的虚拟化能力相比，大多数一台物理服务器完全可以支持约15个虚拟机，增加每台物理服务器上的虚拟机数量就可以提高物理服务器的利用率，在减少总体物理服务器的数量的同时节省了服务器的占地空间和处置未来电子垃圾的成本。

一个IT管理人员可以用来判定每个物理服务器最多可以支持多少虚拟机的重要指标，就是该服务器的CPU利用率。一个没有采用虚拟化技术的服务器计算能力的平均利用率为10%～15%，而虚拟化后服务器的平均利用率理论上可以达到100%。而CPU使用率、每个物理主机上的虚拟机数量和用电量之间有直接关系，值得注意的是，低利用率的服务器浪费的能源也是惊人的。

6 展望服务器虚拟化的前景

通过以上分析得知，当充分了解实现服务器虚拟化技术，或已经意识到在部署更高端的服务器基础设施之后，需要采购更高效节能的服务器和架构的可能是减少能源消耗唯一的选择。单台服务器的耗电量可能会有所增加，但由于减少了服务器总的数量，总的服务器能耗将降低。另外，假如企业不允许把所有的应用都放到虚拟机上运行，那么这些更高效的服务器环境也可能是唯一可行的选择。

通过以上讨论，对于信息中心机房来说，我们需要以全局的眼光，来看待绿色节能战略。可以把机房分成三大部分：应用服务器、电源机架、以及数据存储设备。当我们把虚拟化整合手段真正应用到以上三大部分时，我们会发现，绿色的空间还很大，仅仅有服务器虚拟化还不够。针对应用服务器的绿色节能，当前主要分成两个部分：一是通过技术手段减少服务器的发热量，二是提高单台服务器的应用效率，减少服务器数量。

7 服务器虚拟化所带来的弊端

当然，服务器虚拟化，也有其一定弊端，比如一台服务器上部署了多个虚拟服务器时，一定要有万一发生故障的心理准备，否则，一旦发生故障而不能及时修复，将给企业带来致命冲击。因此，建议使用另一台物理服务器做镜像备份及冗余设置，一旦发生故障，备用的服务器便能立刻上线，有效避免了企业不必要的损失。

更合理的做法是为每一台虚拟机映射一个独立的物理磁盘分区，以便将其从逻辑上隔离，起到互不干扰的效果。尤其针对大型服务器集群。当某一块物理硬件出现故障，其对应的应用能及时从这台机器上动态迁移到别的机器上，保证了应用服务不会异常中断，提供了高可靠性，减少损失。

由于减少了物理服务器总量，虚拟机的数据安全保护尤为重要，每台虚拟服务器，都必须实施相应的备份策略，对配置文件、虚拟机文件及其中的重要数据都应该进行备份。需要做完善的备份计划，包括完整备份、增量备份或差量备份方式。此外，将数据和备份数据保存至其他物理服务器是行之有效的安全保护方法，但是这也增加了成本和管理复杂度。

8 结束语

综上分析，服务器虚拟化目前遇到的利与弊，既是一个挑战，也是一个很好的机遇，抓住了这个机遇，就会创造更高的价值，绿色机房，任重而道远。