［李紅雙 孫淳曄 趙秋爽］

1 引言

隨著運營商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)模在不斷擴大。以移動公司為例，全國IT云資源池現(xiàn)網(wǎng)已部署了10.7 萬臺服務(wù)器，而且在以每年3萬臺的規(guī)模增長。資源池不僅對機房空間和電力資源提出了巨大需求，同時也帶來了建設(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)器在線運行、服務(wù)器重復(fù)計算、數(shù)據(jù)重復(fù)存儲等問題，這些都在阻礙企業(yè)集約型發(fā)展。在國家大力提倡節(jié)能減排、降本增效的背景下，運營商有責(zé)任和義務(wù)響應(yīng)國家的號召，貢獻(xiàn)自己的一份力量，同時從企業(yè)發(fā)展角度來看，也是百利而無一害。

從技術(shù)角度分析，隨著技術(shù)的發(fā)展，X86 服務(wù)器及存儲的性能在不斷提升，功耗也在不斷降低，以及隨著分布式計算、分布式存儲、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維效率均變的可能。

2 IT 云資源池存在的主要問題分析

從IT 云資源池部署的機房環(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)用等多個層面進(jìn)行分析，目前IT 云資源池還存在以下主要問題：

（1）機房環(huán)境方面

目前省內(nèi)IT 云資源池部署的機房普遍存在PUE 值偏高，空調(diào)對電力資源消耗較大，存在機房空間布局不合理，機柜利用率低，標(biāo)準(zhǔn)化程度差的現(xiàn)象，同時還存在業(yè)務(wù)已經(jīng)下線但設(shè)備仍在占用機柜及電力資源的現(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)能措施和工具的問題。同時功耗高、性能差、故障率高的設(shè)備仍占有較高比例。

（3）云管平臺方面

目前云資源池整體缺乏智能的運維手段，自動化程度低。應(yīng)用部署、資源監(jiān)控、資源分配各自為戰(zhàn)，沒有形成有機統(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)用范圍還有待擴大。上層應(yīng)用微服務(wù)能力弱，存在設(shè)備資源獨占的現(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)開發(fā)，數(shù)據(jù)重復(fù)計算及存儲的問題。

本文將結(jié)合以上幾個方面IT 云資源池存在的主要問題，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柜背面，增加了機柜深度，占用一定的機房空間，存在對大功率設(shè)備機柜制冷效果較差的缺點。這種空調(diào)適用于單機柜裝機密度低，單機柜散熱量小的資源池設(shè)備機房。

列間空調(diào)：列間空調(diào)氣體輸送距離短，風(fēng)機功率小，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。適用于于裝機密度高的云資源池機房。

（2）機房配套輔助節(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房溫度要求的上限值，來降低空調(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采用光纖測溫技術(shù)+空調(diào)智能控制系統(tǒng)實現(xiàn)精確送風(fēng)、按需送冷：通過在機房內(nèi)采用光纖測溫技術(shù)，結(jié)合后臺的空調(diào)智能控制系統(tǒng)，對空調(diào)送冷量進(jìn)行智能控制，實現(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，達(dá)到節(jié)能的效果。

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

（3）優(yōu)化機房空間布局

對業(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，對老舊機房進(jìn)行改造，優(yōu)化機房空間布局，提高機房裝機率，充分利用機房空間資源，降低機房建設(shè)成本；加快老舊設(shè)備下線，對已下線的設(shè)備及時提請報廢，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)器性價比的逐年提升，建議對現(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”：對現(xiàn)有低效、高耗能、高維保的小型機設(shè)備進(jìn)行替換，提高X86 物理機、虛擬化、容器化比例。

穩(wěn)妥去“E”：逐步對高維保、擴展性差的傳統(tǒng)存儲進(jìn)行替換，提高分布式存儲及全閃存儲的使用比例。

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)國產(chǎn)化：適當(dāng)擴大國產(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)中心總耗電量的測量可將M1點和M2點測得的耗電量相加。大多數(shù)數(shù)據(jù)中心的供電系統(tǒng)會配備柴油發(fā)電機，作為應(yīng)急備用電源，而柴油發(fā)電機工作時也會帶來電能的損耗，該損耗不能被忽略。因此，數(shù)據(jù)中心總耗電的測量應(yīng)包含市電和柴油發(fā)電機兩部分。而數(shù)據(jù)中心中往往會附帶一些配套設(shè)施，如辦公，這部分功能所消耗的電量不應(yīng)計入PUE的范圍內(nèi)，因此M4點測出的電量應(yīng)以扣除。

試點服務(wù)器定制化：結(jié)合業(yè)務(wù)特性，試點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。通過擴大虛擬機使用范圍，提高虛擬機占比，可以達(dá)到整體減少物理服務(wù)器配置數(shù)量的效果，實現(xiàn)資源池節(jié)能。

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

促進(jìn)業(yè)務(wù)上云：對上層應(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)平臺優(yōu)先選用虛擬機部署，適當(dāng)對業(yè)務(wù)平臺進(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，實時監(jiān)控業(yè)務(wù)運行規(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，通過降低部分器件頻率、電壓或采用關(guān)停部分器件運行等操作，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

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

（1）資源按需分配、動態(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調(diào)整業(yè)務(wù)所需的計算資源，在業(yè)務(wù)需求高峰增長時無縫地增加云主機，業(yè)務(wù)需求下降時無感知地收回云主機，通過自動化方式提高資源利用率，減少過度分配帶來的資源耗費。

（2）閑置資源自動回收

可通過設(shè)置閾值的方法，實時監(jiān)控服務(wù)器的CPU 和內(nèi)存的使用率，對長期低于使用率閾值的設(shè)備啟動資源回收機制，及時回收，避免資源浪費。

（3）業(yè)務(wù)錯峰部署，資源削峰填谷

云管平臺可通過分析各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的波峰，在不影響業(yè)務(wù)的前提下，通過拉長業(yè)務(wù)處理時間，將業(yè)務(wù)集中處理進(jìn)行分散，來降低業(yè)務(wù)系統(tǒng)忙時峰值，縮小對硬件資源的需求量，降低硬件投入；或者采用將各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的峰值處理時間錯開，避免峰值集中帶來的大量資源需求，縮小服務(wù)器峰值時間利用率和平均利用率的差距，來確保資源能夠合理利用。

（4）對資源全生命周期管理

云管平臺建立從資源申請、需求評估、資源分配、運行監(jiān)控、資源調(diào)度到資源回收等端到端的閉環(huán)運營管理流程，對資源進(jìn)行全生命周期管理。避免資源一次性分配、多次擴容、永久占用而導(dǎo)致利用率低的問題。

同時建立后評估機制，云管平臺定期對業(yè)務(wù)系統(tǒng)資源使用情況進(jìn)行后評估，進(jìn)行綜合評價，制定資源回收、下線標(biāo)準(zhǔn)，從效益上提高平臺建設(shè)的科學(xué)性、合理性。

3.4 上層應(yīng)用節(jié)能措施

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

（1）對上層應(yīng)用功能進(jìn)行瘦身

通過對上層軟件平臺功能進(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，推動使用率低、效果差的應(yīng)用下線，騰出計算和存儲資源，實現(xiàn)節(jié)能。

（2）應(yīng)用平臺整合，推動中臺建設(shè)

通過對上層應(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)中臺的方式實現(xiàn)能力復(fù)用、共享，推動上層平臺整合，避免功能重復(fù)開發(fā)、數(shù)據(jù)重復(fù)存儲、數(shù)據(jù)重復(fù)采集等問題，減少上層應(yīng)用平臺占用的計算及存儲資源總量，達(dá)到節(jié)能的目的。

（3）優(yōu)化軟件平臺、提升運行效率

軟件平臺功能之間流程繁瑣、軟件代碼不優(yōu)化、系統(tǒng)運行效率低等也是對計算資源浪費的主要原因。通過對系統(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，提升運行效率，簡化系統(tǒng)功能、由厚做薄，做到軟件平臺輕盈靈活，降低對計算資源的消耗，實現(xiàn)節(jié)能。

4 結(jié)束語

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，搭建好資源池運行的基礎(chǔ)環(huán)境，做好設(shè)備選型，采用智能化、自動化的運維手段，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，從而達(dá)到節(jié)能的效果；同時需要跟蹤技術(shù)發(fā)展，通過引入新技術(shù)、新方法來優(yōu)化資源使用及運維，提升資源使用效率。