Оптимизация энергопотребления сервера

Проблема

Серверы могут потреблять много электроэнергии, а центры обработки данных — ненасытные ее потребители. К сожалению, электричество стоит денег, и это означает, что вам нужно тщательно учитывать это в своем бюджете при планировании серверной инфраструктуры.

С чего начать? Полезным эмпирическим правилом является рисунок 1, в котором говорится, что вы можете разделить потребляемую электроэнергию на три примерно равные части. Это означает, например, что на каждые 100 кВтч электроэнергии, потребляемой в центре обработки данных, можно ожидать, что:

• Приблизительно 33 кВтч будет использоваться для охлаждения (кондиционирование воздуха).
• Приблизительно 33 кВтч будет рассеиваться серверным оборудованием (например, дисководами, блоками питания, вентиляторами) и связанными с ним вещами, такими как регуляторы напряжения и блоки бесперебойного питания.
• Около 33 кВт/ч будет доступно для переработки.

Рис. 1. Центры обработки данных часто тратят вдвое больше энергии, чем используют для выполнения рабочих нагрузок.

Конечно, это может сильно различаться в зависимости от того, насколько «зелеными» являются ваши серверы и насколько эффективно вы проектируете систему охлаждения и воздушного потока своего центра обработки данных.

Но почему энергия тратится впустую в первую очередь? Есть две основные причины:

1. Электрические устройства и системы не на 100 процентов эффективны. Например, типичный ИБП имеет КПД всего около 90%, в то время как типичный блок питания (БП) в сервере имеет КПД всего около 80%. Это означает, что ИБП теряет около 10% потребляемой мощности в виде тепла, а блок питания рассеивает около 20% тепла.
2. Системы охлаждения и воздушного потока часто проектируются не очень эффективно. Например, если вы стоите в 10 футах от серверной стойки и чувствуете, как холодный воздух дует вам в лицо, этот холодный воздух тратится впустую, потому что он охлаждает вас, а не серверы.

Некоторые решения

Решения по оптимизации энергопотребления сервера разнообразны. Во-первых, две описанные выше причины нерационального использования энергии сразу же предполагают два соответствующих решения для повышения эффективности энергопотребления в вашем центре обработки данных:

1. Покупайте электрические устройства и системы, которые являются более энергоэффективными. Но убедитесь, что вы прочитали спецификации каждого устройства или системы, которые вы планируете купить, потому что «зеленый» не всегда означает энергоэффективность в той степени, на которую вы могли бы надеяться.
2. Разработайте и внедрите систему кондиционирования воздуха, которая эффективно обеспечивает охлаждение там, где оно больше всего необходимо, т. е. в первую очередь процессоров ваших серверов, а затем других компонентов, таких как жесткие диски.

Конечно, главная проблема решения 1 заключается в том, что оно разрушительно — замена старых серверов новыми требует переноса серверных рабочих нагрузок, а миграция всегда сопряжена с простоем, а также с риском. И проблема с решением 2 заключается в том, что оно требует двух вещей, которых часто не хватает компаниям: мозгов и времени. Конечно, вы всегда можете натренировать мозги и потратить деньги, наняв сторонних экспертов для анализа вашей текущей системы воздушного потока и охлаждения и рекомендации или внесения изменений, но большинству компаний также не хватает денег или они, по крайней мере, действуют так, как будто им не хватает денег. Это.

Лучшее время для реализации решения 1, вероятно, — во время цикла обновления операционной системы вашего сервера, например, при переходе с Windows Server 2003 на Windows Server 2012. И лучший способ реализовать его — виртуализировать рабочие нагрузки вашего сервера с помощью физического в виртуальный (P2V). преобразование, чтобы ваши многочисленные серверы могли работать как виртуальные машины на небольшом количестве хост-компьютеров виртуализации, таких как хосты Hyper-V или серверы VMware ESX. Причина этого в том, что эффективность энергопотребления в значительной степени зависит от масштаба, поэтому многопроцессорные системы высокого класса с большим железом, как правило, более энергоэффективны в относительном смысле, чем более дешевые системы, в которых есть только несколько процессоров.

Конечно, есть и другие шаги, которые вы можете предпринять для оптимизации энергопотребления в вашем центре обработки данных. Вот еще несколько вещей, которые вы можете сделать, о которых вы, возможно, не подумали:

• Внедрите решение для многоуровневого хранения данных и перенесите как можно больше бизнес-данных с уровня 1 на уровень 2. Поскольку системы хранения данных уровня 2 обычно используют недорогие жесткие диски высокой емкости со скоростью вращения 5400 об/мин, для хранения данных на уровне 2 используется меньше ресурсов. электроэнергии на гигабайт хранения и доступа, чем для данных, хранящихся на устройствах хранения уровня 1. Дополнительные сведения о планировании и реализации многоуровневого распределения данных см. в моих статьях «Уровень данных и избыточное выделение ресурсов», «Стратегии распределения данных по уровням» и «Уровни данных и соглашения об уровне обслуживания» здесь, на сайте WindowsNetworking.com.
• Используйте тонкое выделение ресурсов для выделения хранилища данных «как раз вовремя» из сети хранения данных (SAN) или из решения Windows Server 2012 Storage Spaces. Для получения дополнительной информации о дисковых пространствах перейдите по этой ссылке.
• Приобретите и внедрите систему мониторинга предприятия и используйте ее для мониторинга энергопотребления серверов и других показателей эффективности энергопотребления, обработки и передачи данных. Обратитесь к поставщику серверного оборудования за лучшим решением для удовлетворения этих потребностей. Дело в том, что если вы не измеряете свою энергоэффективность, вы не можете знать, добавят ли шаги, которые вы предпримете или предложите, существенную экономию к чистой прибыли вашей компании.

Стратегии реализации

С чего начать? Должны ли вы искать «низко висящие плоды», которые можно реализовать с небольшими усилиями и небольшими затратами? Или вы должны решить серьезные проблемы, которые могут занять время, но могут окупиться в значительной степени с точки зрения экономии средств для вашей компании? Ответ на эту дилемму заключается в том, что это во многом зависит от масштаба вашей деятельности.

Например, если вы крупная компания с десятками серверов в разных местах, вы можете сосредоточиться на выводе из эксплуатации старого серверного оборудования и консолидации серверных рабочих нагрузок на нескольких мощных, энергоэффективных хост-компьютерах виртуализации. Вы также можете рассмотреть возможность переноса части или всей рабочей нагрузки вашего сервера в облако при условии, что анализ затрат и выгод показывает, что можно добиться значительной экономии, следуя этому подходу (и при условии, что вы согласны с тем, что провайдер облачного хостинга будет заниматься инфраструктурой). вашей ИТ-реализации).

С другой стороны, если в вашей организации уже есть десятки или сотни хост-компьютеров виртуализации, работающих в центре обработки данных в головном офисе, вы можете уделить время тщательному анализу эффективности вашей системы кондиционирования воздуха при охлаждении этих серверов. Вы можете обнаружить, что, внеся недорогие изменения в вашу систему воздуховодов или установив еще несколько десятков термостатов рядом с серверами, вы сможете удвоить эффективность своей системы кондиционирования воздуха и снизить энергопотребление на 10–15 процентов. счет за электроэнергию в дата-центре. К другим небольшим изменениям, которые при тщательном анализе могут принести большие результаты, относятся:

• Блокировка кабельных отверстий для уменьшения утечек
• Связывание кабелей для более свободного прохождения воздуха
• Добавление дополнительных воздуховодов
• Реорганизация оборудования в горячие стойки и холодные стойки
• Расположение кондиционеров так, чтобы они могли работать лучше

Хотите верьте, хотите нет, но самая большая проблема с системами кондиционирования воздуха в центрах обработки данных, как правило, заключается в избыточной мощности — слишком сильном охлаждении, чтобы поддерживать температуру на ненужном низком уровне. Избыточное выделение ресурсов — бич ИТ-отделов, связанный с нежеланием анализировать риски. Я говорил об этой проблеме ранее в своей статье Data Tiering and Overprovisioning здесь, на WindowsNetworking.com.