《云計算(第三版)》第9章 云計算數(shù)據(jù)中心(二)課件

9.1云數(shù)據(jù)中心的特征9.2云數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)部署9.3綠色節(jié)能技術(shù)9.4自動化管理9.5容災(zāi)備份Google公司云數(shù)據(jù)中心解決云計算數(shù)據(jù)中心的高能耗問題已經(jīng)成為一個環(huán)境問題，構(gòu)建綠色節(jié)能的云計算數(shù)據(jù)中心也成為一個重要的研究熱點。云計算數(shù)據(jù)中心的耗能越來越大9.3綠色節(jié)能技術(shù)9.3.1配電系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)9.3.2空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)9.3.3集裝箱數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)9.3.4數(shù)據(jù)中心節(jié)能策略和算法研究9.3.5新能源的應(yīng)用9.3.6典型的綠色節(jié)能數(shù)據(jù)中心49.3綠色節(jié)能技術(shù)配電系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心傳統(tǒng)的UPS不間斷供電系統(tǒng)存在的問題：轉(zhuǎn)換級數(shù)過多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。供電架構(gòu)復(fù)雜且難以維護(hù)。由于UPS系統(tǒng)進(jìn)行了多級轉(zhuǎn)換，因此其自身也消耗了大量的電能。UPS自身所帶來的熱量還會進(jìn)一步增加空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)載。UPSUn-interruptiblePowerSupply電池系統(tǒng)過渡油機(jī)發(fā)電系統(tǒng)12改善配電系統(tǒng)的效率1高壓直流配電2市電直供配電69.3綠色節(jié)能技術(shù)配電系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)高壓直流供電+機(jī)架式PSU機(jī)架式電源將傳統(tǒng)的集中供電分散到每個機(jī)架，可靠性較傳統(tǒng)UPS有很大提高，能夠更好地適應(yīng)云計算業(yè)務(wù)場景。1．高壓直流配電技術(shù)7市電供電電源與高壓直流充電后備系統(tǒng)9.3綠色節(jié)能技術(shù)配電系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)2．市電直供配電技術(shù)9.3綠色節(jié)能技術(shù)9.3.1配電系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)9.3.2空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)9.3.3集裝箱數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)9.3.4數(shù)據(jù)中心節(jié)能策略和算法研究9.3.5新能源的應(yīng)用9.3.6典型的綠色節(jié)能數(shù)據(jù)中心99.3綠色節(jié)能技術(shù)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)在數(shù)據(jù)中心運行過程中，服務(wù)器節(jié)點、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、辦公環(huán)境等時刻產(chǎn)生著熱量，如果不能及時散發(fā)熱量，數(shù)據(jù)中心將無法運行。數(shù)據(jù)中心IT設(shè)備散熱環(huán)節(jié)云計算數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)的核心理念注重IT設(shè)備的溫濕度要求，高效解決區(qū)域化的制冷，是機(jī)架級別甚至是IT設(shè)備級別的制冷解決方案，而非著眼機(jī)房環(huán)境溫濕度控制。119.3綠色節(jié)能技術(shù)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)根據(jù)不同出水溫度下的制冷和能耗，對應(yīng)的出水溫度（即空調(diào)回風(fēng)溫度）提高1℃，空調(diào)系統(tǒng)約節(jié)能3%。1．高溫回風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)2．低能耗加濕系統(tǒng)3．自然冷空調(diào)系統(tǒng)將純凈的水直接噴灑在多孔介質(zhì)或者空氣中，形成顆粒極小的水霧，由送風(fēng)氣流送出。使用室外自然冷風(fēng)直接帶走機(jī)房的IT設(shè)備的散熱，減少了機(jī)械制冷系統(tǒng)中最大的壓縮耗能環(huán)節(jié)，壓縮機(jī)制冷系統(tǒng)的EER由2～3.5提高到10～15，節(jié)能空間巨大。12FACEBOOK新風(fēng)自然冷空調(diào)系統(tǒng)（PUE=1.07,空調(diào)EER約為15）9.3綠色節(jié)能技術(shù)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)（1）低溫和降溫風(fēng)系統(tǒng)（2）新風(fēng)過濾系統(tǒng)（3）氣流組織（4）智能控制9.3綠色節(jié)能技術(shù)9.3.1配電系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)9.3.2空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)9.3.3集裝箱數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)9.3.4數(shù)據(jù)中心節(jié)能策略和算法研究9.3.5新能源的應(yīng)用9.3.6典型的綠色節(jié)能數(shù)據(jù)中心149.3綠色節(jié)能技術(shù)集裝箱數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)將數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、空調(diào)設(shè)備、供電設(shè)備等高密度地裝入固定尺寸的集裝箱中，使其成為數(shù)據(jù)中心的標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建模塊，進(jìn)而通過若干集裝箱模塊網(wǎng)絡(luò)和電力的互連互通構(gòu)建完整的數(shù)據(jù)中心。定義集裝箱數(shù)據(jù)中心Microsoft芝加哥數(shù)據(jù)中心Google俄勒岡州Dalles數(shù)據(jù)中心Amazon俄勒岡州Perdix數(shù)據(jù)中心159.3綠色節(jié)能技術(shù)集裝箱數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)相關(guān)的集裝箱數(shù)據(jù)中心模塊化產(chǎn)品解決方案微軟拖車式集裝箱數(shù)據(jù)中心ActivePower集裝箱數(shù)據(jù)中心SGIICECube惠普“金剛”集裝箱數(shù)據(jù)中心浪潮云海集裝箱數(shù)據(jù)中心SmartCloud華為賽門鐵克OceanspaceDCS曙光CloudBase世紀(jì)互聯(lián)云立方……集裝箱數(shù)據(jù)中心模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)集裝箱式數(shù)據(jù)中心部署示意圖189.3綠色節(jié)能技術(shù)集裝箱數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)1高密度集裝箱數(shù)據(jù)中心模塊可容納高密度計算設(shè)備，相同空間內(nèi)可容納六倍于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的機(jī)柜數(shù)量。2模塊化建立一個最優(yōu)的數(shù)據(jù)中心生態(tài)系統(tǒng)，具有恰如所需的供電、冷卻和計算能力等。3按需快速部署集裝箱數(shù)據(jù)中心不需要企業(yè)再經(jīng)過空間租用、土地申請、機(jī)房建設(shè)、硬件部署等周期，可大大縮短部署周期。4移動便攜集裝箱數(shù)據(jù)中心的安裝非常容易，只需要提供電源連接、水源連接（用于冷卻）和數(shù)據(jù)連接即可。12345199.3綠色節(jié)能技術(shù)集裝箱數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)從綠色節(jié)能的角度看，集裝箱數(shù)據(jù)中心也采用了諸多良好的設(shè)計提高數(shù)據(jù)中心的能效比。縮短送風(fēng)距離提高冷通道溫度冷/熱通道完全隔離隔熱保溫材料FreeCooling功能9.3綠色節(jié)能技術(shù)9.3.1配電系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)9.3.2空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)9.3.3集裝箱數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)9.3.4數(shù)據(jù)中心節(jié)能策略和算法研究9.3.5新能源的應(yīng)用9.3.6典型的綠色節(jié)能數(shù)據(jù)中心219.3綠色節(jié)能技術(shù)數(shù)據(jù)中心節(jié)能策略和算法研究功率管理降低能耗云計算數(shù)據(jù)中心節(jié)能動態(tài)功率管理靜態(tài)功率管理關(guān)閉/開啟技術(shù)動態(tài)電壓/頻率調(diào)整技術(shù)虛擬機(jī)技術(shù)降低空閑能耗降低運行時能耗主要前提是數(shù)據(jù)中心所面臨的負(fù)載隨時間動態(tài)變化，它允許根據(jù)負(fù)載對功率進(jìn)行動態(tài)調(diào)整主要利用高效硬件設(shè)備，通過設(shè)備結(jié)構(gòu)的改變來降低能耗224．其他節(jié)能技術(shù)1．DVFS節(jié)能技術(shù)當(dāng)CPU未被完全利用時，通過降低CPU的供電電壓和時鐘頻率主動降低CPU性能，這樣可以帶來立方數(shù)量級的動態(tài)能耗降低，并且不會對性能產(chǎn)生影響。2．基于虛擬化的節(jié)能技術(shù)允許在一個主機(jī)上創(chuàng)建多個虛擬機(jī)，因此減少了硬件資源的使用數(shù)量，改進(jìn)了資源利用率。3．基于主機(jī)關(guān)閉/開啟的節(jié)能技術(shù)基于主機(jī)關(guān)閉/開啟技術(shù)的節(jié)能策略可以分為隨機(jī)式策略、超時式策略和預(yù)測式策略三類。9.3綠色節(jié)能技術(shù)數(shù)據(jù)中心節(jié)能策略和算法研究9.3綠色節(jié)能技術(shù)9.3.1配電系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)9.3.2空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)9.3.3集裝箱數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)9.3.4數(shù)據(jù)中心節(jié)能策略和算法研究9.3.5新能源的應(yīng)用9.3.6典型的綠色節(jié)能數(shù)據(jù)中心249.3綠色節(jié)能技術(shù)新能源的應(yīng)用為了減少能耗開銷和碳排放量以實現(xiàn)綠色計算，充分利用新能源才是根本途徑。高能效加新能源綠色和平組織（GreenPeace）定義實現(xiàn)綠色I(xiàn)T的方式是:25谷歌海上數(shù)據(jù)中心谷歌風(fēng)能數(shù)據(jù)中心Facebook太陽能數(shù)據(jù)中心9.3綠色節(jié)能技術(shù)新能源的應(yīng)用現(xiàn)在，越來越多的IT企業(yè)和機(jī)構(gòu)正在逐步實現(xiàn)完全或者部分新能源驅(qū)動的數(shù)據(jù)中心269.3綠色節(jié)能技術(shù)新能源的應(yīng)用為了給出標(biāo)準(zhǔn)的方法來評價數(shù)據(jù)中心的碳強(qiáng)度，綠色網(wǎng)絡(luò)組織GreenGrid采用碳使用效率（CarbonUsageEffectiveness，CUE）表示每千瓦時用電產(chǎn)生的碳排放密集程序。CUE數(shù)據(jù)中心總的CO2排放量IT設(shè)備能耗碳使用效率（CarbonUsageEffectiveness）9.3綠色節(jié)能技術(shù)9.3.1配電系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)9.3.2空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)9.3.3集裝箱數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)9.3.4數(shù)據(jù)中心節(jié)能策略和算法研究9.3.5新能源的應(yīng)用9.3.6典型的綠色節(jié)能數(shù)據(jù)中心289.3綠色節(jié)能技術(shù)典型的綠色節(jié)能數(shù)據(jù)中心2006年ChristianBelady提出了數(shù)據(jù)中心能源利用率（PUE）的概念，如今，PUE已發(fā)展成為一個全球性的數(shù)據(jù)中心能耗標(biāo)準(zhǔn)。PUE數(shù)據(jù)中心總能耗IT設(shè)備能耗基準(zhǔn)是2，比值越接近1，表示數(shù)據(jù)中心的能源利用率越高。299.3綠色節(jié)能技術(shù)典型的