浅谈机房服务器发展趋势

俞松叶

（浙江闰土股份有限公司，浙江绍兴，312300）

0 引言

随着近十几年来中国计算机和互联网技术的飞速发展，电子信息的大规模建设引起了人们对计算机机房和计算机机房的能耗的光柱越来越多。2009年，中国首次颁布了“电子信息系统计算机房环境监测标准”，对未来中国计算机房的建设和改造具有现实意义。结合“十二五”规划纲要和近期实际情况明确提出的“绿色发展，建设资源节约型，环境友好型社会”，特别是全国大部分地区的霾天气。总书记提出了一份报告关于节能减排，是全国人民切身的问题，要落到实处。这些都说明节能降耗已引起党和国家领导人的关注，也促使有关从业人员更加重视能源消费。作为一名科技人员，如果能够在机房这样一个小面积内实现节能降耗的实际效果，在相关行业中推广它将是一件非常重要的事情。因此，未来机房服务器的发展方向更倾向于节能减排的方向，这方面的研究是一件非常有意义的事情。因此，将来的机房服务器的发展方向更多倾向于节能化方向进行。

1 机房服务器耗能情况

能源分析数据中心在机房内每时每刻都有大量的数据处理任务。 所有类型的IT设备和空调冷却系统都需要24小时的不间断电源。 因此，与其他建筑物相比，数据中心消耗大量的电力。数字中心越大自然消耗的电量也越巨大，然而数据中心的能源消耗主要来自设备，包括照明系统，空调系统，供电和配电系统。它主要由两部分组成，一部分是计算机设备和网络设备使用电力，约占机房总电力消耗的43%。 这部分设备的功耗是必要的;另一部分是机房的环境动力，约占机房总动力消耗的57%。 下图显示了一个具有中等处理中心的每个系统房间的功耗。

图1 机房设备耗能分布表

上图中能耗分布的主要原因是计算机房采用全封闭管理，计算设备连续运行8760小时。 机房的热量问题必须通过机房空调的制冷来解决。 机房内设备的功率越来越高，机柜内发电设备的发热量也在增加，机房的制冷能耗也大大增加。机房有空调机组的应用设计，通常采用传统的预冷环境和再冷却设备。

2 机房服务器发展方向

2.1 机房服务器虚拟化

为了应对企业和机构数据中心快速增长的需求，计算中心配备了数据中心服务器重点主要集中在以下几个方面。由于基础设施具有快速扩张能力，互联网业务模式的发展将突飞猛进。当业务需求急剧增长时，基础架构可以快速扩展以提供相应的服务。于是将部署在远程数据中心的大量中央服务器设备具有出色的远程操作和维护功能，可以适当简化当地不必要的本地管理成本。在经济效益方面，可以减少相应的服务器和数据管理以及运维。从成本方面来考虑，也可以使相关部门单位减少费用，占据有利的竞争优势。其中一些服务器具有非常强大的计算性能和大量内核。但是，利用率总是低于传统服务器利用率低。究其根本的原因是由于一些服务器没有太多的工作量，这涉及有效的投资和对服务性能的相应理解。您可以改变计算中心的一个单元和一个相应的服务器的方式，以虚拟主机的形式解决。其中某些服务器工作负载过高，导致主机设备I / O堵塞和利用率较低。可以看出，理解应用程序本身的类型和正确配置服务器是解决系统瓶颈和提高服务器利用率的重要因素。传统上，通过负载均衡，使用服务器的实时监控来平衡工作负载与手动或负载平衡算法。这是因为实现相对简单，但需要时间和精力，并且始终进行调整。应用机房虚拟化的服务器完美的解决这方面的问题。

2.2 集群作业调度

用户服务器，节点代理，资源管理和作业调度，这四个部分通常构成基本的HPC集群作业管理系统。其中，用户服务器具体处理并接收相关用户提交的作业，计算每个用户提交的作业的节点资源需求，并将这些信息提供给作业调度管理系统，最终返回用户的操作;节点代理负责接收，并且根据节点本身的情况，执行，挂起或唤醒提交作业的用户在更改节点上，并将节点的工作状态和状态报告给集群管理系统。高性能计算集群的作业是用户操作在计算集群上正常高效运行的最重要载体和媒介。对于作业管理调度，它不仅是满足用户作业执行的各种性能要求的重要任务，也是高性能计算集群的核心之一。当普通电脑上的某些事情几乎不成问题时，当用户将作业提交给几乎未知的大规模分布式并行计算集群时，由于计算环境的复杂性，可能会遇到不可预知的问题。例如，计算节点专供用户使用，有多少内存可用来更改作业数量的分布，以及这些简单的独立电脑环境几乎真正的问题。但是当用户提交作业到高性能计算机集群，我们需要管理作业调度平台发挥自己的优势，并分配计算资源以匹配每个节点中相应的作业动态地改变复杂的环境。同时，作业调度管理平台需要保持运行的作业不因相互资源竞争和导致机器人而干扰系统性能，从而影响整个计算集群的效率并维持计算集群的负载平衡以便获得更好的系统吞吐性能。最大限度地提高计算集群的资源利用率和吞吐量是工作管理系统的重要措施。在确保资源利用率和吞吐量的同时，还需要将群集中作业的平均等待时间缩短到允许的范围内。高性能计算集群的性能可以从以下两个指标来判断：从用户的角度来看，由于用户通常关心他或她的作业是否及时执行，所以用户通常关注作业的响应时间和作业的等待时间。作业的响应时间是作业结束的时间点，减去作业提交的时间。平均工作响应时间是所有工作响应时间除以工作总数。

2.3 机房服务器安置的地理位置

随着机房服务器逐年耗电量的倍增，机房服务器大多位于我国西北部。究其原因降低机房服务器能耗从广义的环境因素上来分析，这里包括自然环境和科技环境。一方面自然环境，机房服务器的冷却分为水冷和空冷，由于水冷对水质要求高，并且一旦发生事故将是巨大的损失，因此，现在大多数公司都采用空冷的方式，这就对自然环境温度提出了一定的要求，如果温度过高，将不能起到冷却的作用，因为许多大公司都把服务器建立在中西部地区，因为这里夏季温度不高，并且昼夜温差大，可利用自然环境降低能耗。另一方面是外部科技环境对机房服务器的影响，由于技术因素而引起的对生产力从而对服务器所带来的影响，是趋于大型化，一体化的发展，处理的数据呈几何级数增长，年年扩容。由于技术革命带来的新的材料，新的冷却方式不同，使服务器生命周期缩短，迫使加快技术投入，缩短生命周期。

总之，未来高温服务器一定会有大展拳脚的空间，随着能耗问题的不断提出，将会有越来越多的用户选用高温服务器。对于高温服务器来说应该建立科学和健全的评价体系，短期收益与长期效益相结合，关注运营成本。云计算、大数据、移动互联网等新应用的深入发展，有效地推动了数据中心的规模化和标准化，同时也对服务器提出了更高的要求。从政策环境看，支持自主创新以及公共安全、网络安全应用领域的需求增长也进一步推动国产服务器市场份额的增加。对于国产服务器厂商来说，掌握核心技术、在高端领域占据优势的企业将会有更好的发展前景。

3 降低机房服务器能耗

降低服务器使用的功耗确实是一个重要问题。搜索引擎谷歌，雅虎等公司使用大型服务器机房并消耗大量能源。美国环境保护署在2007年向美国国会提交的一份报告中估计，到2011年，将需要新建10座发电厂，以满足这些数据中心的新能源需求。处理器未使用的部分将被关闭，同时减少偏置和动态电流消耗。该技术在2006年和2007年首次实施，并且在该公司最近推出的至强5500系列处理器中达到了新的高度。自动执行的低功耗状态将处理器和内存置于满足当前工作负载的最低功耗状态。电源门允许单个内核独立于其他工作内核和空闲，功耗接近于零，而内存和I/O控制器则增加了新的电源管理功能。互联网编号为C状态，从C0开始，这是一个正常的全速CPU操作模式。在C1状态下，处理器的时钟关闭。C-是外部I/O控制器中枢阻止处理器中断的第二个空闲状态。这个数字也有C3，C4等，每个核心都有自己的C状态。另外，还有降温增效作用。低功耗可以节省大量成本，互联网在全球拥有95个数据中心20%的服务器用于低利用率的办公应用，并且可以充分利用处理器核心的低功耗模式和新服务器中的网络连接。彼得斯说，升级到新的服务器后，能耗可以减少十五分之一。另一个明显改善的方面是冷却，通过清除气流通道并将电缆移动到其他位置，使空气畅通无阻，可以在相同温度下为2kW机架实现4kW的性能。同样，他们也有效地使用了预冷器，使水在冷却器到达冷却器之前流过冷却塔。这可以在一些计算中心将冷却效率提高85%。

4 结论

本文从国内外相关产业发展现状出发，从设备和设施的角度出发，从虚拟化角度考虑节能潜力和空间，保证集群设备各节点的正常运行，并充分分析高性能服务器的问题和挑战。解决高性能服务器虚拟化问题，分析评估节能减排效果;在软件（程序控制）方面，参考其他类似领域的管理方法和经验。在作业执行过程中，批处理文件准备好执行工作任务的峰到峰调度，并且在软件中有效执行节能规避。

参考文献

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