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绿色数据中心:虚拟化很重要

2019/12/05 来源:淮北信息港

导读

一、“绿色”是数据中心健康发展的关键数据中心的大量建设的确提升了企业的信息化水平,但随着数据中心服务器等IT 设

一、“绿色”是数据中心健康发展的关键

数据中心的大量建设的确提升了企业的信息化水平,但随着数据中心服务器等IT 设备数量迅速增长,能耗也急剧增加。如何衡量一个数据中心是否绿色节能,目前国际公认的指标就是PUE 值:

PUE值越低,意味着节能做的越好。PUE 越大说明越多的电能都被电源、UPS、服务器风扇、空调等其他设备消耗了。目前国内数据中心的PUE 平均值在2.5 以上,能做到2 以下的寥寥无几。如果PUE 值是2.5,说明IT设备每耗一度电,就有多达1.5 度电被其他配套设备及环境保障设备消耗掉了。而国外的数据中心PUE 可做到1.5 甚至更低。这说明我国数据中心在绿色节能方面还有很大的潜力。从PUE 公式可见,通过降低数据中心总用电消耗或增加IT 设备能源消耗所占的比例都可以降低PUE 以达到数据中心节能减排的作用。

在数据中心采用虚拟化技术可以有效降低IT 设备的耗电量以减少数据中心总用电量。通过虚拟化技术对IT 设备的整合,可以大大减少数据中心IT 设备的数量及其使用空间,降低电力消耗和冷量需求,减少数据中心整体的运维成本,进而减少碳排放量和降低PUE 值,推动建设绿色环保的数据中心。

二、虚拟化是实现绿色数据中心的有效手段

虚拟化技术产生于20世纪60 年代,早应用于IBM 大型机硬件的分区。虚拟化是指通过向资源客户屏蔽这些资源的物理性质和边界的方式将IT资源合并。简单地理解,虚拟化就是将各类计算机资源进行逻辑抽象、分配、管理的过程。虚拟化改变了传统计算机的资源应用模式,将实际应用运行在虚拟的基础上,并且用户体验丝毫不会下降。经过多年的发展,虚拟化技术日趋成熟,数据中心通过使用虚拟化,可以将各类计算机资源有机整合,集中管理,提高资源利用率,进而减少企业大量的采购成本、电力成本、制冷成本和管理成本,当然也就为实现绿色数据中心打开了一条重要的技术通道。

目前,虚拟化技术在数据中心中的应用主要体现在以下几方面:

(一)服务器虚拟化

服务器虚拟化技术的价值已在许多环境中得到验证,越来越多的用户开始借助服务器虚拟化技术提高数据中心的业务处理效率。服务器虚拟化是现代数据中心比较成熟的技术,就是将服务器物理资源抽象成逻辑资源,将一台服务器抽象成多台虚拟服务器,或者将多台服务器抽象成一台虚拟服务器来用,这样我们就不受服务器物理上的限制,精简服务器的基础架构,实现服务器整合,提高IT资源的利用率。[page]

目前主要有4 种类型的服务器虚拟化技术:

1、完全虚拟化

这是目前各大数据中心主要的虚拟化方法,借助介于虚拟服务器和底层硬件之间的VMM 中间层来管理包括CPU、内存和磁盘等在内的所有物理设备。在完全虚拟化环境下,VMM 运行在硬件上,将原有物理设备虚拟化成不同属性的虚拟设备,供上层多个客户操作系统访问。

客户操作系统不用改动就可以安装到完全虚拟化的服务器上,但VMM 加大了处理器的负担。VMware 的Workstation、GSX、ESX 和微软的Virtual PC、Virtual Server 就是全虚拟化技术的产品。

2、半虚拟化

依然是通过VMM 来管理对硬件的访问,但需要修改客户操作系统的内核代码,通过为客户操作系统提供操作接口来达到客户操作系统直接访问硬件的作用。半虚拟化减轻了处理器的负担,提高了系统性能。但只适用于某些开源操作系统的使用。Xen 就是半虚拟化技术的产品。

3、操作系统虚拟化

操作系统虚拟化没有VMM 中间层,在操作系统之上实现服务器的虚拟化,即操作系统本身负责为上层的虚拟服务器分配硬件资源。由于采用这种技术的虚拟服务器要运行在统一操作系统上,管理方便,但灵活性差。SWsoft的Virtuozzo 和Sun 基于Solaris 平台的Container 就是操作系统虚拟化的代表。

4、硬件虚拟化

硬件虚拟化技术就是用硬件来实现虚拟化技术。AMD 和英特尔提供的新一代芯片的设计都考虑到了硬件虚拟化功能。

(二)存储虚拟化

随着各公司数据中心数据量的增长,对于采用传统存储管理模式的中心,通常是在需要扩展的时候增加新的存储子系统,存储管理员要熟练掌握各种存储管理工具,才能对大型、复杂和异构的存储环境实施管理。存储虚拟化正慢慢地向数据中心渗透,它将数据中心内的所有存储资源当做是一个巨大的虚拟池,存储虚拟化技术集中管理资源池中的各种存储资源,并根据具体的需求把存储资源动态地分配给各个应用。存储虚拟化技术的出现,可以整合异构存储环境,创建存储空间利用率更高的环境,降低单位存储容量成本,简化存储管理,并提供一系列差异化的存储服务,包括快照、磁盘镜像、数据保护服务,比如针对灾难恢复的备份和复制等。

存储虚拟化可以通过三个层面来实现:首先,通过特有的虚拟化设备或在网络交换机上安装虚拟化软件来控制存储资源的分配和管理。其次,通过具有虚拟化功能的存储控制器统一管理存储系统,并向服务器提供存储资源;,通过管理软件对分配给主机的逻辑卷实现进一步虚拟化。

(三)网络虚拟化

随着企业IT 业务的快速增长,运行模式不断变化,基础网络不断变化、扩展,形成了冗余复杂的网状网结构,使得数据中心基础网络的运维管理难度较高。网络虚拟化技术的出现简化了这种管理难题。网络虚拟化与服务器虚拟化的思路相似,也是将物理网络设备抽象成多个具有相同功能的虚拟设备,而且每台虚拟出来的设备上也可以进行不同功能的配置,目前广泛应用在防火墙、路由器、交换机以及负载均衡设备上。

另外,虚拟专用网络(VPN)也是网络虚拟化的一种实现技术。VPN 已经是各个企业数据中心应用多年的技术了,是一种在公用网络上建立专用网络的技术。VPN 对网络连接进行了抽象,允许远程用户访问组织的内部网络,就像物理上连接到该网络一样。网络虚拟化可以防止来自Internet的威胁,使用户快速安全的访问应用程序和数据。

(四)应用虚拟化

应用虚拟化,就是虚拟使用应用程序。由于服务器的性能、稳定性和安全性都远远高于客户端计算机,可以将应用程序安装在服务器端并发布,用户端无需安装,只要通过应用虚拟化技术就可以快速、灵活地使用服务器端的应用程序。例如用户端没有安装word,却可以通过应用虚拟化照样阅读word文档。

(五)桌面虚拟化

与应用虚拟化密不可分的是桌面虚拟化。Windows 的远程链接功能就是桌面虚拟化的一个原始雏形。操作系统、各种应用程序全部被安装到数据中心服务器的一个虚拟机里,用户可以通过桌面虚拟化技术访问其在服务器虚拟机上的桌面环境。桌面虚拟化的实质是将用户使用同运维管理分离,一来所有的应用环境都被安装在服务器的各个虚拟机里,无需运维人员对物理机逐个升级打补丁,便于统一配置、集中管理;二来用户只需通过一个能上网的设备就可以随时随地访问所需的复杂应用环境。桌面虚拟化使数据中心的IT 架构更加安全,更加可控,同时运维成本更加低廉。

综上所述,虚拟化技术能够帮助企业数据中心使用较少的硬件资源和较少的电力成本实现更大的业务处理能力,是推动数据中心绿色节能应用的重要技术手段。

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