運(yùn)營(yíng)商IT 云資源池節(jié)能及效率提升方法研究

［李紅雙 孫淳曄 趙秋爽］

1 引言

隨著運(yùn)營(yíng)商IT 云資源池集中化部署進(jìn)程的推進(jìn)，IT云資源池的規(guī)模在不斷擴(kuò)大。以移動(dòng)公司為例，全國(guó)IT云資源池現(xiàn)網(wǎng)已部署了10.7 萬(wàn)臺(tái)服務(wù)器，而且在以每年3萬(wàn)臺(tái)的規(guī)模增長(zhǎng)。資源池不僅對(duì)機(jī)房空間和電力資源提出了巨大需求，同時(shí)也帶來(lái)了建設(shè)和維護(hù)成本的巨大投入。目前IT 云資源池存在的共性問(wèn)題是數(shù)據(jù)中心PUE 較高，設(shè)備利用率普遍偏低。各省公司省內(nèi)資源池還存在大量偏低性能的服務(wù)器在線運(yùn)行、服務(wù)器重復(fù)計(jì)算、數(shù)據(jù)重復(fù)存儲(chǔ)等問(wèn)題，這些都在阻礙企業(yè)集約型發(fā)展。在國(guó)家大力提倡節(jié)能減排、降本增效的背景下，運(yùn)營(yíng)商有責(zé)任和義務(wù)響應(yīng)國(guó)家的號(hào)召，貢獻(xiàn)自己的一份力量，同時(shí)從企業(yè)發(fā)展角度來(lái)看，也是百利而無(wú)一害。

從技術(shù)角度分析，隨著技術(shù)的發(fā)展，X86 服務(wù)器及存儲(chǔ)的性能在不斷提升，功耗也在不斷降低，以及隨著分布式計(jì)算、分布式存儲(chǔ)、容器、虛擬化、人工智能等技術(shù)的成熟，淘汰落后產(chǎn)能提升設(shè)備利用率，降低設(shè)備能耗，采用智能手段提升運(yùn)維效率均變的可能。

2 IT 云資源池存在的主要問(wèn)題分析

從IT 云資源池部署的機(jī)房環(huán)境、資源池硬件配置及使用、資源池管理以及在IT 云上部署的上層應(yīng)用等多個(gè)層面進(jìn)行分析，目前IT 云資源池還存在以下主要問(wèn)題：

（1）機(jī)房環(huán)境方面

目前省內(nèi)IT 云資源池部署的機(jī)房普遍存在PUE 值偏高，空調(diào)對(duì)電力資源消耗較大，存在機(jī)房空間布局不合理，機(jī)柜利用率低，標(biāo)準(zhǔn)化程度差的現(xiàn)象，同時(shí)還存在業(yè)務(wù)已經(jīng)下線但設(shè)備仍在占用機(jī)柜及電力資源的現(xiàn)象。

（2）資源池使用方面

從目前IT 云資源池的使用來(lái)看，存在整理資源利用率低，云化程度差，資源分配不靈活，缺少智能的節(jié)能措施和工具的問(wèn)題。同時(shí)功耗高、性能差、故障率高的設(shè)備仍占有較高比例。

（3）云管平臺(tái)方面

目前云資源池整體缺乏智能的運(yùn)維手段，自動(dòng)化程度低。應(yīng)用部署、資源監(jiān)控、資源分配各自為戰(zhàn)，沒(méi)有形成有機(jī)統(tǒng)一。

（4）上層應(yīng)用方面

目前IT 云資源池虛擬化的進(jìn)程推進(jìn)較慢，虛擬化的應(yīng)用范圍還有待擴(kuò)大。上層應(yīng)用微服務(wù)能力弱，存在設(shè)備資源獨(dú)占的現(xiàn)象；應(yīng)用系統(tǒng)功能臃腫、繁多，系統(tǒng)間共享能力差，存在功能或接口重復(fù)開(kāi)發(fā)，數(shù)據(jù)重復(fù)計(jì)算及存儲(chǔ)的問(wèn)題。

本文將結(jié)合以上幾個(gè)方面IT 云資源池存在的主要問(wèn)題，逐一進(jìn)行分析，尋找節(jié)能及效率提升的方法。

3 IT 云資源池節(jié)能及效率提升方法

3.1 機(jī)房配套節(jié)能措施

（1）選用合理的空調(diào)送風(fēng)方式

目前數(shù)據(jù)中心常用的空調(diào)送風(fēng)方式包括：精密空調(diào)+地板下送風(fēng)（封閉冷通道）、熱管背板空調(diào)、列間空調(diào)（封閉熱通道）等。每種送風(fēng)方式適用于不同的場(chǎng)景，根據(jù)資源池設(shè)備部署及配置情況，選用合理的空調(diào)送風(fēng)方式，可以提高空調(diào)的制冷效果，達(dá)到節(jié)能的目的。

精密空調(diào)+地板下送風(fēng)：這種送風(fēng)方式的優(yōu)點(diǎn)是精密空調(diào)風(fēng)量大、焓差小，地板下送風(fēng)方式送風(fēng)均勻；采用封閉冷通道，由于模塊內(nèi)外冷熱通道的氣流互相分隔，冷量得到有效管理，避免了氣流短路，制冷效率高。這種送風(fēng)方式適用于設(shè)備布局均衡、散熱均勻、地板密閉性好的云資源池機(jī)房。

熱管背板空調(diào)：這種空調(diào)更加靠近熱源制冷，直接吸收IT 設(shè)備熱量，制冷效果較好。由于冷卻盤管安裝在機(jī)柜背面，增加了機(jī)柜深度，占用一定的機(jī)房空間，存在對(duì)大功率設(shè)備機(jī)柜制冷效果較差的缺點(diǎn)。這種空調(diào)適用于單機(jī)柜裝機(jī)密度低，單機(jī)柜散熱量小的資源池設(shè)備機(jī)房。

列間空調(diào)：列間空調(diào)氣體輸送距離短，風(fēng)機(jī)功率小，緊靠熱源，屬于近距離送風(fēng)回風(fēng)，制冷損耗小，可實(shí)現(xiàn)近端制冷，從而降低能耗，降低整體的PUE 值。適用于于裝機(jī)密度高的云資源池機(jī)房。

（2）機(jī)房配套輔助節(jié)能措施

在選用合理的空調(diào)送風(fēng)方式后，還可以采用以下幾種輔助措施，提升節(jié)能效果。

①適當(dāng)提高機(jī)房溫度設(shè)置參數(shù)值：在數(shù)據(jù)中心溫度要求范圍內(nèi)，通過(guò)適當(dāng)調(diào)高空調(diào)回風(fēng)溫度設(shè)置參數(shù)，使冷通道溫度接近機(jī)房溫度要求的上限值，來(lái)降低空調(diào)總的送冷量，降低空調(diào)的能耗，達(dá)到節(jié)能的效果。[1]

②采用光纖測(cè)溫技術(shù)+空調(diào)智能控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)精確送風(fēng)、按需送冷：通過(guò)在機(jī)房?jī)?nèi)采用光纖測(cè)溫技術(shù)，結(jié)合后臺(tái)的空調(diào)智能控制系統(tǒng)，對(duì)空調(diào)送冷量進(jìn)行智能控制，實(shí)現(xiàn)按需送冷，精確送風(fēng)，提高空調(diào)的使用效率，避免冷量浪費(fèi)，達(dá)到節(jié)能的效果。

③機(jī)房熱回收：通過(guò)在機(jī)房回風(fēng)口安裝熱交換器或其他熱回收裝置，對(duì)采集的熱能用于辦公區(qū)供暖或其他應(yīng)用，對(duì)服務(wù)器產(chǎn)生的熱量有效利用，達(dá)到節(jié)能的效果。

（3）優(yōu)化機(jī)房空間布局

對(duì)業(yè)務(wù)進(jìn)行整合或遷移，按照新的數(shù)據(jù)中心規(guī)范要求，對(duì)老舊機(jī)房進(jìn)行改造，優(yōu)化機(jī)房空間布局，提高機(jī)房裝機(jī)率，充分利用機(jī)房空間資源，降低機(jī)房建設(shè)成本；加快老舊設(shè)備下線，對(duì)已下線的設(shè)備及時(shí)提請(qǐng)報(bào)廢，騰退空間及電力資源；更換新的電源系統(tǒng)及空調(diào)，提升制冷效果，節(jié)約電力資源。

3.2 優(yōu)化資源池配置及使用

（1）優(yōu)化資源池配置

隨著X86 服務(wù)器性價(jià)比的逐年提升，建議對(duì)現(xiàn)網(wǎng)資源池資源配置進(jìn)行優(yōu)化，淘汰落后產(chǎn)能。

積極去“I”：對(duì)現(xiàn)有低效、高耗能、高維保的小型機(jī)設(shè)備進(jìn)行替換，提高X86 物理機(jī)、虛擬化、容器化比例。

穩(wěn)妥去“E”：逐步對(duì)高維保、擴(kuò)展性差的傳統(tǒng)存儲(chǔ)進(jìn)行替換，提高分布式存儲(chǔ)及全閃存儲(chǔ)的使用比例。

加快老舊設(shè)備退網(wǎng)：采用新集采高性能的X86 服務(wù)器替換集成度低、性能差、故障率高的老舊X86 服務(wù)器，減少在網(wǎng)X86 服務(wù)器數(shù)量，降低能耗及機(jī)房空間占用。

選用合適配置模型：選用恰當(dāng)合理的服務(wù)器模型，避免高配低用，提高設(shè)備利用率。

推進(jìn)國(guó)產(chǎn)化：適當(dāng)擴(kuò)大國(guó)產(chǎn)高性能X86 服務(wù)器的應(yīng)用范圍，降低單位業(yè)務(wù)量設(shè)備投資。

數(shù)據(jù)中心總耗電量的測(cè)量可將M1點(diǎn)和M2點(diǎn)測(cè)得的耗電量相加。大多數(shù)數(shù)據(jù)中心的供電系統(tǒng)會(huì)配備柴油發(fā)電機(jī)，作為應(yīng)急備用電源，而柴油發(fā)電機(jī)工作時(shí)也會(huì)帶來(lái)電能的損耗，該損耗不能被忽略。因此，數(shù)據(jù)中心總耗電的測(cè)量應(yīng)包含市電和柴油發(fā)電機(jī)兩部分。而數(shù)據(jù)中心中往往會(huì)附帶一些配套設(shè)施，如辦公，這部分功能所消耗的電量不應(yīng)計(jì)入PUE的范圍內(nèi)，因此M4點(diǎn)測(cè)出的電量應(yīng)以扣除。

試點(diǎn)服務(wù)器定制化：結(jié)合業(yè)務(wù)特性，試點(diǎn)引入定制化配置的服務(wù)器，提高服務(wù)器的使用率。

（2）提高虛擬化比例

根據(jù)IT 云資源池現(xiàn)狀分析，物理服務(wù)器整體的資源利用率偏低。通過(guò)擴(kuò)大虛擬機(jī)使用范圍，提高虛擬機(jī)占比，可以達(dá)到整體減少物理服務(wù)器配置數(shù)量的效果，實(shí)現(xiàn)資源池節(jié)能。

提高超分比：適當(dāng)提高虛擬機(jī)的虛擬整合比和CPU超分比，分配更多虛擬機(jī)，提高資源共享比例。

促進(jìn)業(yè)務(wù)上云：對(duì)上層應(yīng)用進(jìn)行梳理，制定一套業(yè)務(wù)上云的流程措施，包括：業(yè)務(wù)系統(tǒng)現(xiàn)狀分析、業(yè)務(wù)資源建模、業(yè)務(wù)上云申請(qǐng)及資源分配、資源監(jiān)控調(diào)優(yōu)等，積極引導(dǎo)業(yè)務(wù)平臺(tái)優(yōu)先選用虛擬機(jī)部署，適當(dāng)對(duì)業(yè)務(wù)平臺(tái)進(jìn)行云化改造，提高設(shè)備利用率。

（3）引入智能節(jié)能手段

采用智能的手段，實(shí)時(shí)監(jiān)控業(yè)務(wù)運(yùn)行規(guī)律及設(shè)備利用率，在不影響業(yè)務(wù)應(yīng)用的前提下，適當(dāng)對(duì)服務(wù)器耗能組件包括CPU、內(nèi)存、硬盤等進(jìn)行節(jié)能梯度檔位調(diào)整，通過(guò)降低部分器件頻率、電壓或采用關(guān)停部分器件運(yùn)行等操作，達(dá)到降低設(shè)備功耗的目的[2]。

3.3 建設(shè)智能化云管平臺(tái)

搭建智能化運(yùn)維的云管平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件資源的統(tǒng)一監(jiān)控、精細(xì)管理和智能運(yùn)維，從而提高設(shè)備利用率、降低故障率，達(dá)到節(jié)能的目的。云管平臺(tái)需具備以下功能。

（1）資源按需分配、動(dòng)態(tài)調(diào)整

引入彈性伸縮服務(wù)，根據(jù)預(yù)先配置好的策略自動(dòng)調(diào)整業(yè)務(wù)所需的計(jì)算資源，在業(yè)務(wù)需求高峰增長(zhǎng)時(shí)無(wú)縫地增加云主機(jī)，業(yè)務(wù)需求下降時(shí)無(wú)感知地收回云主機(jī)，通過(guò)自動(dòng)化方式提高資源利用率，減少過(guò)度分配帶來(lái)的資源耗費(fèi)。

（2）閑置資源自動(dòng)回收

可通過(guò)設(shè)置閾值的方法，實(shí)時(shí)監(jiān)控服務(wù)器的CPU 和內(nèi)存的使用率，對(duì)長(zhǎng)期低于使用率閾值的設(shè)備啟動(dòng)資源回收機(jī)制，及時(shí)回收，避免資源浪費(fèi)。

（3）業(yè)務(wù)錯(cuò)峰部署，資源削峰填谷

云管平臺(tái)可通過(guò)分析各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的波峰，在不影響業(yè)務(wù)的前提下，通過(guò)拉長(zhǎng)業(yè)務(wù)處理時(shí)間，將業(yè)務(wù)集中處理進(jìn)行分散，來(lái)降低業(yè)務(wù)系統(tǒng)忙時(shí)峰值，縮小對(duì)硬件資源的需求量，降低硬件投入；或者采用將各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的峰值處理時(shí)間錯(cuò)開(kāi)，避免峰值集中帶來(lái)的大量資源需求，縮小服務(wù)器峰值時(shí)間利用率和平均利用率的差距，來(lái)確保資源能夠合理利用。

（4）對(duì)資源全生命周期管理

云管平臺(tái)建立從資源申請(qǐng)、需求評(píng)估、資源分配、運(yùn)行監(jiān)控、資源調(diào)度到資源回收等端到端的閉環(huán)運(yùn)營(yíng)管理流程，對(duì)資源進(jìn)行全生命周期管理。避免資源一次性分配、多次擴(kuò)容、永久占用而導(dǎo)致利用率低的問(wèn)題。

同時(shí)建立后評(píng)估機(jī)制，云管平臺(tái)定期對(duì)業(yè)務(wù)系統(tǒng)資源使用情況進(jìn)行后評(píng)估，進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，制定資源回收、下線標(biāo)準(zhǔn)，從效益上提高平臺(tái)建設(shè)的科學(xué)性、合理性。

3.4 上層應(yīng)用節(jié)能措施

通過(guò)對(duì)由IT云資源池承載的上層應(yīng)用平臺(tái)進(jìn)行優(yōu)化、整合，可以減少對(duì)硬件資源的占用，從而降低資源池的投資，起到節(jié)能的效果。

（1）對(duì)上層應(yīng)用功能進(jìn)行瘦身

通過(guò)對(duì)上層軟件平臺(tái)功能進(jìn)行瘦身，清理低效套餐、下線低效系統(tǒng)，打破應(yīng)用系統(tǒng)只建不拆的弊端，推動(dòng)使用率低、效果差的應(yīng)用下線，騰出計(jì)算和存儲(chǔ)資源，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

（2）應(yīng)用平臺(tái)整合，推動(dòng)中臺(tái)建設(shè)

通過(guò)對(duì)上層應(yīng)用、數(shù)據(jù)解耦，沉淀業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)、技術(shù)的共性能力，以建設(shè)中臺(tái)的方式實(shí)現(xiàn)能力復(fù)用、共享，推動(dòng)上層平臺(tái)整合，避免功能重復(fù)開(kāi)發(fā)、數(shù)據(jù)重復(fù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)重復(fù)采集等問(wèn)題，減少上層應(yīng)用平臺(tái)占用的計(jì)算及存儲(chǔ)資源總量，達(dá)到節(jié)能的目的。

（3）優(yōu)化軟件平臺(tái)、提升運(yùn)行效率

軟件平臺(tái)功能之間流程繁瑣、軟件代碼不優(yōu)化、系統(tǒng)運(yùn)行效率低等也是對(duì)計(jì)算資源浪費(fèi)的主要原因。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)軟件功能、系統(tǒng)接口、調(diào)用流程、軟件算法、軟件代碼等進(jìn)行優(yōu)化，提升運(yùn)行效率，簡(jiǎn)化系統(tǒng)功能、由厚做薄，做到軟件平臺(tái)輕盈靈活，降低對(duì)計(jì)算資源的消耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

4 結(jié)束語(yǔ)

IT云資源池節(jié)能增效是一套系統(tǒng)工程，我們要避免“頭痛醫(yī)頭、腳痛醫(yī)腳”的管理方式，要從多方面入手，搭建好資源池運(yùn)行的基礎(chǔ)環(huán)境，做好設(shè)備選型，采用智能化、自動(dòng)化的運(yùn)維手段，優(yōu)化上層應(yīng)用，提高設(shè)備利用率，減少設(shè)備配置總量，避免設(shè)備浪費(fèi)，從而達(dá)到節(jié)能的效果；同時(shí)需要跟蹤技術(shù)發(fā)展，通過(guò)引入新技術(shù)、新方法來(lái)優(yōu)化資源使用及運(yùn)維，提升資源使用效率。