云環(huán)境下IT運(yùn)維管理的綠色節(jié)能研究

劉 鋒 ， 李淑芝

(1.江西理工大學(xué)信息工程學(xué)院，江西 贛州341000；2.廣東昆侖信息科技有限公司，廣東 韶關(guān)512123)

0 引 言

隨著云計(jì)算技術(shù)[1]的日益發(fā)展與成熟，建設(shè)云環(huán)境下的IT運(yùn)維管理與服務(wù)平臺(tái)，是主動(dòng)適應(yīng)信息技術(shù)的發(fā)展，并做出積極應(yīng)對(duì)從而轉(zhuǎn)變管理和服務(wù)模式，提高管理工作效率、降低運(yùn)維服務(wù)成本、建設(shè)服務(wù)型運(yùn)維系統(tǒng)的必然要求.因此，該研究將有助于促進(jìn)云環(huán)境下的IT運(yùn)維管理與服務(wù)模式的創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)IT運(yùn)維服務(wù)的“業(yè)務(wù)自助化、操作可視化、資源可控化、監(jiān)控自動(dòng)化、管理智能化、耗能低碳化”.

在云環(huán)境中所有的設(shè)備、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)都會(huì)變得更為集中，設(shè)備的大集中會(huì)使云環(huán)境變得非常復(fù)雜.并且云環(huán)境中大量使用虛擬化的技術(shù)，虛擬化的使用首先是帶來(lái)需要管理目標(biāo)的增加，另外就是系統(tǒng)架構(gòu)會(huì)隨著業(yè)務(wù)的變化而不斷的發(fā)生動(dòng)態(tài)的變更.這些給運(yùn)維管理帶來(lái)一些新的需求，而運(yùn)維管理為了適應(yīng)這一需求會(huì)發(fā)生動(dòng)態(tài)變化、虛擬化的環(huán)境，必須做出相應(yīng)的調(diào)整.

在云計(jì)算市場(chǎng)的上下游產(chǎn)業(yè)鏈中，運(yùn)維市場(chǎng)是其中必不可少的部分，據(jù)IDC咨詢(xún)公司預(yù)測(cè)云計(jì)算與運(yùn)維服務(wù)的支出在IT支出中的比例將由目前的5%提高到10%.隨著云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的快速增加，云環(huán)境下的IT運(yùn)維管理與服務(wù)的需求勢(shì)必也快速增長(zhǎng)，為了滿(mǎn)足現(xiàn)有的IT運(yùn)維市場(chǎng)及發(fā)展趨勢(shì)需要出發(fā)，該研究提出了基于云計(jì)算的IT運(yùn)維管理與服務(wù)模式創(chuàng)新的研究.

1 研發(fā)原理與架構(gòu)設(shè)計(jì)

該研究采用SOA架構(gòu)[2]，結(jié)合ITIL V3.0的框架和方法論，并運(yùn)用基于用戶(hù)偏好的Web服務(wù)選擇的研究方法及Web服務(wù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)云環(huán)境下的IT運(yùn)維管理與服務(wù)平臺(tái)的開(kāi)發(fā).解決了云環(huán)境下的服務(wù)目錄系統(tǒng)的建立與維護(hù)、云服務(wù)的自動(dòng)分配、云服務(wù)資源的管理(如發(fā)現(xiàn)、調(diào)度、遷移等操作)、云環(huán)境的日常運(yùn)維管理等問(wèn)題.對(duì)服務(wù)中心、資源中心和運(yùn)維中心進(jìn)行無(wú)縫銜接，實(shí)現(xiàn)服務(wù)的可視智能化，最終形成云環(huán)境下的IT運(yùn)維體系.三大基礎(chǔ)組件關(guān)系圖如圖1所示.

圖1 三大基礎(chǔ)技術(shù)組件關(guān)系

云服務(wù)管理系統(tǒng)向用戶(hù)開(kāi)放服務(wù)，并使運(yùn)營(yíng)管理人員擁有運(yùn)營(yíng)管理的性能，它由門(mén)戶(hù)應(yīng)用、業(yè)務(wù)運(yùn)維、資源管理以及數(shù)據(jù)和接口等模塊組成.云服務(wù)運(yùn)營(yíng)平臺(tái)主要負(fù)責(zé)對(duì)虛擬化數(shù)據(jù)中心(Virtual Data Center，VDC)的各種資源進(jìn)行管理，并把資源封裝成模板，定義IaaS服務(wù)，滿(mǎn)足VDC各類(lèi)業(yè)務(wù)的運(yùn)營(yíng).云服務(wù)運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)作為一個(gè)對(duì)外服務(wù)的平臺(tái)，通過(guò)接口層與現(xiàn)有的各種應(yīng)用與管理系統(tǒng)組合在一起，如資源池系統(tǒng)管理接口、認(rèn)證與授權(quán)系統(tǒng)、審批系統(tǒng)、財(cái)務(wù)/CRM、網(wǎng)管系統(tǒng)等相連接；云服務(wù)運(yùn)營(yíng)平臺(tái)在內(nèi)部業(yè)務(wù)邏輯和流程不變的前提下，與外部業(yè)務(wù)系統(tǒng)組合起來(lái)，進(jìn)而完成資源的整合、管理與交付等功能.

借用與資源管理模塊間的管理接口傳達(dá)執(zhí)行命令，資源池模塊接收并執(zhí)行來(lái)自運(yùn)營(yíng)平臺(tái)的指行命令后，按照命令實(shí)現(xiàn)資源的部署、操作等工作，并向運(yùn)營(yíng)管理平臺(tái)上報(bào)資源使用情況.通過(guò)與短信模塊的接口，運(yùn)營(yíng)管理平臺(tái)能夠向用戶(hù)及運(yùn)營(yíng)管理人員發(fā)送短信通知，也能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò)管理接口把運(yùn)營(yíng)管理平臺(tái)的設(shè)置、性能和告警監(jiān)控發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)管理模塊，監(jiān)控保障VDC的各種資源、管理平臺(tái)正常運(yùn)行.云服務(wù)運(yùn)營(yíng)管理平臺(tái)技術(shù)架構(gòu)如圖2所示.

圖2 技術(shù)架構(gòu)設(shè)計(jì)圖

2 技術(shù)路線

2.1 云服務(wù)資源的自動(dòng)發(fā)現(xiàn)與部署技術(shù)

云服務(wù)資源的自動(dòng)發(fā)現(xiàn)、部署與監(jiān)控，是云服務(wù)運(yùn)維管理最基本的要求，它是實(shí)現(xiàn)云服務(wù)中心的一項(xiàng)核心技術(shù)[3].在云環(huán)境下，云服務(wù)資源的發(fā)現(xiàn)、配置、部署、遷移、卸載等一系列工作必須由部署在IT運(yùn)維與服務(wù)平臺(tái)上的資源管理工具根據(jù)業(yè)務(wù)應(yīng)用的需求自動(dòng)完成.研究中要解決的問(wèn)題是，將發(fā)現(xiàn)引擎找到的資源進(jìn)行預(yù)處理，然后將它們置于一個(gè)分類(lèi)的服務(wù)目錄體系結(jié)構(gòu)中，這些預(yù)處理包括了對(duì)服務(wù)資源的分類(lèi)、過(guò)濾、合并等工作.

該研究采用“自組織的動(dòng)態(tài)的云資源網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)技術(shù)”和“自組織的云計(jì)算資源分類(lèi)和標(biāo)識(shí)技術(shù)”來(lái)處理云環(huán)境下的計(jì)算資源自動(dòng)配置與部署方面的問(wèn)題[1].對(duì)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進(jìn)行部署，應(yīng)用開(kāi)發(fā)和測(cè)試，并最終安裝運(yùn)行，減少了大量的開(kāi)銷(xiāo)時(shí)間和人工費(fèi)用，有利于用戶(hù)快捷的部署服務(wù)應(yīng)用以及對(duì)業(yè)務(wù)的開(kāi)拓，完成了用戶(hù)使用的自助化與自動(dòng)化.

在此研究中，各模塊數(shù)據(jù)采用ESB（Enterprise Service Bus）方式，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的動(dòng)態(tài)要求管理.組件組裝模型的過(guò)程如圖3所示.

圖3 組件組裝模型過(guò)程

研究中，各模塊采用組件技術(shù)進(jìn)行封裝，利于后續(xù)系統(tǒng)的維護(hù)和完善.系統(tǒng)消息通信采用基于XML的ESB總線設(shè)計(jì)，通過(guò)XML完成對(duì)數(shù)據(jù)總線、系統(tǒng)控制總線和組裝總線的設(shè)計(jì)，完成模塊間快速的形成數(shù)據(jù)流和業(yè)務(wù)規(guī)則等基礎(chǔ)應(yīng)用的資源集成和元信息描述，創(chuàng)建以組裝服務(wù)為核心的SOA架構(gòu)[4].

基于XML技術(shù)的ESB組裝總線主要是用來(lái)表達(dá)各類(lèi)系統(tǒng)數(shù)據(jù)模型和業(yè)務(wù)規(guī)則，將技術(shù)實(shí)現(xiàn)與業(yè)務(wù)需求相分隔，快速的完成各類(lèi)業(yè)務(wù)需求[5].通過(guò)控制總線的基本設(shè)計(jì)思路，就能夠?qū)⑵髽I(yè)已實(shí)施的規(guī)則與商務(wù)邏輯分離出來(lái)，形成一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的個(gè)體再以組件的形式進(jìn)行整合[6].

2.2 可自組織的云資源分類(lèi)與標(biāo)識(shí)技術(shù)

對(duì)資源的分類(lèi)和標(biāo)識(shí)是云服務(wù)資源的核心技術(shù).如果該系統(tǒng)只是概念性地分類(lèi)，云資源是沒(méi)有辦法運(yùn)維的，該研究只有把服務(wù)資源的顆粒度細(xì)化到一個(gè)服務(wù)組件的時(shí)候，才能夠完成對(duì)服務(wù)的組合.

云計(jì)算運(yùn)營(yíng)服務(wù)管理平臺(tái)主要包括三大中心，它們分別是服務(wù)中心、運(yùn)營(yíng)中心和資源中心，通過(guò)面向服務(wù)架構(gòu)整體解決方案，搭建了一套符合SOA標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)交互的松耦合支撐環(huán)境.該研究在基于SOA的標(biāo)準(zhǔn)和方法論的基礎(chǔ)上，對(duì)云服務(wù)資源的分類(lèi)和標(biāo)識(shí)設(shè)計(jì)了一套服務(wù)體系，并以此為基礎(chǔ)構(gòu)建云環(huán)境下的多個(gè)資源池，當(dāng)多個(gè)云環(huán)境下的資源池構(gòu)建成為可能的話(huà)，那么對(duì)云資源進(jìn)行分類(lèi)和標(biāo)識(shí)，也就找到了合適的方法.

該系統(tǒng)在服務(wù)目錄的開(kāi)發(fā)中采用了Web服務(wù)技術(shù)，使得目錄管理具有了更好的動(dòng)態(tài)交互性，能夠主動(dòng)管理用戶(hù)的習(xí)慣和行為.通過(guò)簡(jiǎn)易信息聚合方式（Really Simple Syndication,RSS）向用戶(hù)傳遞，這種方式帶給用戶(hù)的是全新的服務(wù)體驗(yàn)，與傳統(tǒng)建立在Web1.0的門(mén)戶(hù)中的實(shí)現(xiàn)方式有實(shí)質(zhì)性的不同.云服務(wù)目錄管理應(yīng)用無(wú)縫對(duì)接的Web服務(wù)技術(shù)進(jìn)行研發(fā).在整個(gè)IT資源中劃分多種異構(gòu)的虛擬資源和物理資源，通過(guò)兼容異構(gòu)虛擬平臺(tái)的虛擬化技術(shù)，把計(jì)算任務(wù)運(yùn)行在虛擬的基礎(chǔ)上而不是真實(shí)的物理硬件上.本系統(tǒng)支持完全虛擬化和準(zhǔn)虛擬化技術(shù)，可以采用 XenServer、VMware、KVM（kernel-based Virtual Machine）、Hyper-V 和 OVM（Oracle Virtual Machine）等多種虛擬化軟件技術(shù).

2.3 基于MVC思想的多層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)基于MVC(Model View Controller)的多層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思想，通過(guò)先進(jìn)的面向?qū)ο蟮能浖こ虂?lái)分析、設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā).對(duì)于本系統(tǒng)這樣一個(gè)業(yè)務(wù)復(fù)雜、功能眾多、海量數(shù)據(jù)的平臺(tái)，采用結(jié)構(gòu)化的設(shè)計(jì)方法很難滿(mǎn)足需要.因此系統(tǒng)應(yīng)用了Brower-Server架構(gòu)，此架構(gòu)包括客戶(hù)端 (Client)、應(yīng)用服務(wù)層(Application)、數(shù)據(jù)服務(wù)層 (Database)、表現(xiàn)層(Presentation)4層結(jié)構(gòu)，分別由 Client、Application Server、Database Server、Presentation Server組成.在這種架構(gòu)中，只需要一個(gè)很小的客戶(hù)端(瘦客戶(hù)機(jī))，這種客戶(hù)端對(duì)中間驅(qū)動(dòng)程序和設(shè)置的需求較少，并通過(guò)應(yīng)用程序服務(wù)器來(lái)解決與底層數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的工作.客戶(hù)端只要使用操作系統(tǒng)提供的通信功能與應(yīng)用程序服務(wù)器進(jìn)行互訪，并且在這個(gè)過(guò)程中應(yīng)用程序服務(wù)器只要維護(hù)它和后端數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器數(shù)據(jù)通信處理.這樣不僅可以減少系統(tǒng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載，還加大了應(yīng)用程序與系統(tǒng)的運(yùn)行速度.三層結(jié)構(gòu)模式如圖4所示.

圖4 三層結(jié)構(gòu)模式圖

3 綠色節(jié)能計(jì)算系統(tǒng)的能耗分析

3.1 終端設(shè)備

訪問(wèn)云計(jì)算服務(wù)的終端設(shè)備包括臺(tái)式電腦、移動(dòng)電話(huà)、筆記本電腦、平板機(jī)等，這些電腦通常包括內(nèi)存(RAM)、中央處理單元(CPU)、圖形處理單元(GPU)、硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)(HDD)、顯卡、顯示器和主板等，電腦作為綠色節(jié)能計(jì)算系統(tǒng)中最基本的硬件資源，也是能效研究的最重要的一個(gè)領(lǐng)域，研究中檢測(cè)了家用筆記本電腦的能耗損失，一臺(tái)普通筆記本電腦的能耗大概是92W，具體能源損耗如圖5所示.

圖5 筆記本電腦各部件能耗

CPU的最佳節(jié)能方案一直都是大家所關(guān)注的熱點(diǎn)，文獻(xiàn)[7]利用數(shù)字建模轉(zhuǎn)換方法，根據(jù)不同問(wèn)題建立CPU如何處理多任務(wù) （假設(shè)為10個(gè)任務(wù)）的設(shè)計(jì)模型，該方法是先利用交通流的函數(shù)模型求解CPU處理不同任務(wù)的時(shí)間及速度，再利用線性規(guī)劃計(jì)算方式和約束條件使得CPU的總消耗最少.

其中Z表示電腦除去CPU及電腦的散熱損耗(TDP)外的能源消耗值，忽略外界環(huán)境的影響，假設(shè)其為一常量；Y表示CPU的除去TDP的能耗；Z、c為一常量；CPU能耗和PC綠色節(jié)能問(wèn)題逐漸成為IT界關(guān)注的核心問(wèn)題.

3.2 數(shù)據(jù)中心

近年來(lái)，數(shù)據(jù)中心的功耗問(wèn)題已逐步成為大家關(guān)注和研究的熱點(diǎn)，綠色網(wǎng)絡(luò)組織(Green Grid)制定數(shù)據(jù)中心的功耗比指標(biāo)，分別叫能量使用效率(Power Usage Effectiveness,PUE)和數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)架構(gòu)效率 (Data Center Infrastructure Effectiveness,DCIE)[8]，數(shù)據(jù)中心除了之前兩種效率之外還包括單位功率性能(Unit Power Performance,UPP)、睡眠模式效率(Sleep Mode Effectiveness,SME)、存儲(chǔ)能耗效率(Storage Power efficiency,SPE)、綠色能源效率(Green Energy Effectiveness,GEE)、溫度環(huán)境比(Temperature Environment Ratio,TER)、空間使用效率(Space Use Effectiveness,SUE)：

數(shù)據(jù)中心主要由IT設(shè)備和基礎(chǔ)設(shè)施兩部分組成，它們的能效乘積構(gòu)成了整個(gè)數(shù)據(jù)中心的能效，數(shù)據(jù)中心總能耗則是制冷用電荷、供配電能耗和IT設(shè)備能耗三部分的總和.IT設(shè)備的能效評(píng)價(jià)指標(biāo)現(xiàn)在還沒(méi)有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的定義，而基礎(chǔ)設(shè)備的能耗定義則由PUE和DCIE來(lái)描述[9].

PUE是一個(gè)大于1的能耗比，通常介于1.6～2.0之間，它的值越趨近于1就表示能效水平越好，因此常用PUE來(lái)衡量數(shù)據(jù)中心效應(yīng).DCIE是一個(gè)小于1的百分比，數(shù)值越大越好，它與PUE是一對(duì)倒數(shù)，目前 PUE在 2.4～2.8的較多，較理想狀態(tài)是 PUE≤1.6.

3.3 網(wǎng) 絡(luò)

網(wǎng)絡(luò)是將服務(wù)器與用戶(hù)連接的紐帶，在云計(jì)算中的網(wǎng)絡(luò)主要有兩種：公有網(wǎng)絡(luò)和私有網(wǎng)絡(luò).私有網(wǎng)絡(luò)一般由幾個(gè)以太網(wǎng)組成，數(shù)據(jù)中心通過(guò)以太網(wǎng)傳送1Bit數(shù)據(jù)給用戶(hù)的能耗表示為[10]：

其中，Ples、Pg和Pes分別是小型以太網(wǎng)交換機(jī)、數(shù)據(jù)中心網(wǎng)關(guān)路由器和以太網(wǎng)交換機(jī)的消耗功率；Cles、Cg和Ces是這些設(shè)備每Bit損耗的功率，有研究表明，現(xiàn)在鏈接到局域網(wǎng)的典型以太網(wǎng)利用率平均值小于5%，假設(shè)能再提升25%，那將提高資源利用率，大大降低設(shè)備的功耗.

公有網(wǎng)絡(luò)獲取信息的主要方式是通過(guò)Internet網(wǎng)從數(shù)據(jù)中心傳送給用戶(hù)，數(shù)據(jù)中心通過(guò)Internet網(wǎng)傳送1Bit數(shù)據(jù)給用戶(hù)的能源損耗表示為：

其中，Pw、Pc、Ppe、Pg、Pbg、Pes是 WDM 傳輸設(shè)備、 核心路由器、運(yùn)營(yíng)商邊緣路由器、數(shù)據(jù)中心網(wǎng)關(guān)路由器、寬帶網(wǎng)關(guān)路由器和以太網(wǎng)交換機(jī)的能源損耗，Cw、Cc、Cpe、Cg、Cbg和 Ces分別是對(duì)應(yīng)設(shè)備每 Bit損耗的功率，研究資料表明，現(xiàn)在公有網(wǎng)只有50%的利用率，但最大的能耗幾乎可達(dá)到100%，因此，如何在它們之間尋找平衡，加大對(duì)網(wǎng)絡(luò)的利用率以及減少最大功耗還具有很大的發(fā)展前景.

3.4 服務(wù)應(yīng)用

所有的應(yīng)用都是用戶(hù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接服務(wù)器來(lái)獲取服務(wù)，而該過(guò)程必然離不開(kāi)應(yīng)用軟件的支持，研究中把與云計(jì)算服務(wù)相關(guān)的軟件分為兩類(lèi)：一種是作為服務(wù)的軟件；一種是作為支持整個(gè)綠色節(jié)能云系統(tǒng)正常運(yùn)行的軟件.應(yīng)用能耗是指對(duì)一個(gè)軟硬件復(fù)雜的平臺(tái)而言，完成一定計(jì)算工作量的能耗總和[11]，軟件在一定時(shí)間內(nèi)的能耗近似為：

其中，P（t）是對(duì)應(yīng)硬件的能耗，軟件的功耗與對(duì)應(yīng)硬件的平均能耗和軟件的工作時(shí)間對(duì)應(yīng)成正比，所以可以通過(guò)減少硬件資源能耗、縮短軟件執(zhí)行時(shí)間來(lái)減少軟件的能耗，進(jìn)而達(dá)到綠色節(jié)能環(huán)保的目的.

云計(jì)算作為軟件即服務(wù)(SaaS)，用戶(hù)從終端設(shè)備通過(guò)網(wǎng)絡(luò)向服務(wù)器提交請(qǐng)求，服務(wù)器接收響應(yīng)并在遠(yuǎn)程海量計(jì)算服務(wù)器上處理數(shù)據(jù)，再把處理后的數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳遞給用戶(hù)服務(wù)，在這過(guò)程中，云計(jì)算在服務(wù)器和用戶(hù)之間傳遞1Bit數(shù)據(jù)的能耗損失功率為：

其中，ET是每Bit的能耗；A是每個(gè)用戶(hù)的數(shù)據(jù)傳輸速率(bit/s)；Bd是單位時(shí)間內(nèi)數(shù)據(jù)的下載量(M/h)；Bsd是硬盤(pán)陣列的大小；Psd是硬盤(pán)陣列的功耗；Nsf,sr是每個(gè)服務(wù)上的用戶(hù)數(shù)；Psf,sr是每個(gè)服務(wù)器的能耗；Psf,pc用戶(hù)終端的能耗.

目前對(duì)于綠色節(jié)能計(jì)算系統(tǒng)而言的能耗因子很多，還不能從單一因素去分析能耗，假設(shè)用環(huán)境系數(shù)（E）表示綠色節(jié)能計(jì)算的一些基本特征，E可表示為下面8元組[12]：

其中，w表示水耗因子；l表示排放因子；r表示回收因子；e表示經(jīng)濟(jì)因子，p表示功耗因子，v表示體積因子，a表示面積因子，q表示質(zhì)量因子，綠色節(jié)能計(jì)算系統(tǒng)可以認(rèn)為是這些因子的總集.

4 實(shí)驗(yàn)描述和結(jié)果分析

從生態(tài)系統(tǒng)層面和時(shí)間層面上考慮綠色節(jié)能計(jì)算系統(tǒng)的能耗度量分析指標(biāo)主要包括以下6個(gè)指標(biāo)：執(zhí)行時(shí)間、響應(yīng)時(shí)間、延遲時(shí)間、吞吐量、可伸縮性、服務(wù)整合性.通過(guò)對(duì)這6個(gè)指標(biāo)的判斷與優(yōu)化，從而使系統(tǒng)達(dá)到綠色節(jié)能環(huán)保的效果.

4.1 實(shí)驗(yàn)描述

不管云計(jì)算的綠色節(jié)能環(huán)保系統(tǒng)有多復(fù)雜，在請(qǐng)求與響應(yīng)模型中，用戶(hù)的需求都是通過(guò)請(qǐng)求響應(yīng)來(lái)體現(xiàn)，而在這個(gè)過(guò)程中則是由用戶(hù)、網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)三個(gè)部分組成，而在這過(guò)程中網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)發(fā)揮了至關(guān)重要的作用，所以服務(wù)都通過(guò)Web服務(wù)構(gòu)建等軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)服務(wù)請(qǐng)求.為了分析驗(yàn)證云計(jì)算的綠色節(jié)能環(huán)保系統(tǒng)各層面是能耗情況，設(shè)計(jì)兩個(gè)情景模式，分別測(cè)試一個(gè)高校里整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中心機(jī)房的資源利用率與耗電情況和服務(wù)請(qǐng)求的響應(yīng)時(shí)間對(duì)能耗的影響，它們的具體情景模式如下.

情景模式一，用于測(cè)試機(jī)房的耗電情況.由于支持系統(tǒng)的各種資源（服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)設(shè)備）必須24 h不間斷運(yùn)行，能源消耗非常厲害.假設(shè)在某大學(xué)數(shù)字校園建設(shè)中，根據(jù)業(yè)務(wù)擴(kuò)展的需要，所有應(yīng)用系統(tǒng)的運(yùn)行，按照傳統(tǒng)方式部署將有約100臺(tái)服務(wù)器，每臺(tái)服務(wù)器的功率為500W，分別測(cè)試應(yīng)用傳統(tǒng)的技術(shù)與采用了此云計(jì)算平臺(tái)技術(shù)后的資源利用率與耗電情況.

情景模式二,用于測(cè)試服務(wù)請(qǐng)求的響應(yīng)時(shí)間.在一個(gè)服務(wù)器中集成網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、數(shù)據(jù)服務(wù)與應(yīng)用服務(wù)，分別完成網(wǎng)絡(luò)服務(wù)中文件的上傳下載(上傳一個(gè)1M的文件)、數(shù)據(jù)服務(wù)中數(shù)據(jù)的瀏覽與顯示、應(yīng)用服務(wù)中視頻的點(diǎn)擊與播放，同時(shí)設(shè)計(jì)一個(gè)將這些服務(wù)都集成在一個(gè)服務(wù)器上，分別測(cè)試集成與非集成的請(qǐng)求與響應(yīng)時(shí)間.

4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

圖6 數(shù)據(jù)中心平均能源消耗值

圖7 資源利用率

情景模式一的實(shí)驗(yàn)結(jié)果分別如圖6、圖7所示.圖6表明在沒(méi)有運(yùn)用云計(jì)算平臺(tái)技術(shù)的情況下，機(jī)房每天的耗電量為1200 kW·h，那么一年的耗電量就為43.8000×104kW·h，考慮到冷卻、照明等用電，每年的耗電超過(guò)100×104kW·h.采用了云計(jì)算平臺(tái)的虛擬化技術(shù)后，并通過(guò)先進(jìn)的運(yùn)維手段，可以實(shí)現(xiàn)資源的動(dòng)態(tài)分配和調(diào)整，在非正常上班時(shí)間只需20臺(tái)服務(wù)器可以支撐整個(gè)系統(tǒng)，僅就服務(wù)器運(yùn)行能耗（不含冷卻、照明等配套能耗）這一項(xiàng)每年可節(jié)省用電28.6400×104kW·h.圖7表明系統(tǒng)在可靠性原則之下，采用內(nèi)存處理數(shù)據(jù)響應(yīng)，內(nèi)存利用率大于40%、磁盤(pán)利用率為50%、網(wǎng)絡(luò)利用率為20%，它的資源利用率遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)技術(shù)的利用率.這說(shuō)明應(yīng)用了云計(jì)算技術(shù)明顯降低了機(jī)房的能源消耗、增加了資源的利用率，有助于節(jié)約能源，實(shí)現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)和綠色環(huán)保.

情景模式二的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖8所示.該實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明第一次服務(wù)請(qǐng)求時(shí)，非集成服務(wù)的響應(yīng)時(shí)間包括文件下載、瀏覽顯示、視頻點(diǎn)播的總時(shí)間為89.94 s，而服務(wù)集成的響應(yīng)時(shí)間為54.22 s；第二次服務(wù)請(qǐng)求時(shí)，非集成服務(wù)的響應(yīng)時(shí)間為47.46 s，而服務(wù)集成的響應(yīng)時(shí)間為28.31 s.這說(shuō)明服務(wù)集成環(huán)境下的響應(yīng)時(shí)間只是非服務(wù)集成環(huán)境下的60%.這說(shuō)明集成環(huán)境下比非集成環(huán)境下的響應(yīng)時(shí)間快很多.

圖8 服務(wù)請(qǐng)求響應(yīng)時(shí)間

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著云計(jì)算技術(shù)應(yīng)用的不斷發(fā)展、服務(wù)器的海量增加，能源成本和環(huán)境保護(hù)已經(jīng)成為大家當(dāng)下非常關(guān)注的問(wèn)題，該研究把IT運(yùn)維管理與服務(wù)平臺(tái)建設(shè)云環(huán)境下，提高了管理工作效率、降低了運(yùn)維服務(wù)成本、減少了能源消耗.最終實(shí)現(xiàn)IT運(yùn)維服務(wù)的智能化、可視化、耗能低碳化.最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比，驗(yàn)證了該研究方法的有效節(jié)能性和可行性.不過(guò)由于物理軟硬件等因素的制約，該研究只從綠色節(jié)能這一方面去驗(yàn)證基于云計(jì)算的IT運(yùn)維服務(wù)的有效性與可行性.

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