大多数公司在寻求绿色IT方面可以做出的最重要的一步是IT虚拟化，本章介绍了节能数据中心的 虚拟服务器 和虚拟数据存储的重要概念。描述包括VMware和其他服务器虚拟化注意事项。此外，还讨论了通过网格计算和云计算的未来虚拟IT世界。尽管在您公司的主流计算数据中心中使用网格计算和云计算可能会在未来，但现在您可以在公司内部使用该技术进行主流计算。通过VMware的VMotion和IBM的PowerVM分区移动性的服务器集群现已在这里使用，并在许多公司数据中心中使用。本章将介绍这两种技术。

基于我在数据中心方面十多年的经验，我认为使用虚拟化的最重要原因是IT灵活性。由于整合硬件和软件而节省的成本和能源也是显着的好处，并且很好地补充了灵活性的好处。

IT虚拟化有很多方面。本章结构涵盖了理性，服务器虚拟化，存储虚拟化，客户端虚拟化，网格和云概念，虚拟系统的集群架构和结论。

在过去30多年中，数据中心已经从专用大型计算机的大型计算机转变为运行数百个运行Windows操作系统或Unix或Linux操作系统版本的小型服务器。通常较小的服务器最初分布在整个公司，公司的每个部门都有小型Windows服务器。在过去几年中，出于支持，安全和更高效运营的原因，大多数这些分布式服务器已经迁回中央数据中心。无处不在的高速网络的出现消除了对同一建筑物中服务器的需求。这些日子，通过DSL和电缆等高速网络连接到我们家中的网络可以使我们的家庭或分布式办公室到中央数据中心的网络性能大致相当于办公室与数据中心位于同一建筑物时的性能。互联网一直是并且仍然是世界各地高速网络可用性背后最重要的推动力 - 包括大多数发达国家的家庭。当我们从家里，机场通过无线连接访问网站，或使用PDA或带有我们笔记本电脑的空中卡从农村访问网站时，我们可以与某个数据中心的服务器进行高速连接。如果该网站是Google等热门网站，则该连接可能会路由到许多大型数据中心中的任何一个。

当办公楼中的分布式服务器在过去十年中被移动到集中式数据中心时，操作和维护变得极为简化。通过集中数据中心的公司服务器，您现在可以在星期天早上致电服务台，找出无法访问的原因，如果服务器发生故障，中央操作可能会让技术人员“重启”服务器。因此，集中式数据中心提供了许多优势 - 特别是对于消除网络性能问题的高速网络。然而，随着商业，娱乐和通信中使用的服务器的快速增长，典型的数据中心从数十个单独的物理服务器发展到数百个服务器，有时甚至成千上万。采购，运营，并且维护数百个独立的物理服务器变得昂贵。创新的解决方案是将大约10个独立的服务器整合到一个更大的物理服务器中，但看起来好像还有10个独立的服务器。十个虚拟服务器中的每一个都可以保留自己的服务器名称，它自己的Internet地址（ IP地址 ），甚至可以显示给Web开发人员 - 成为一个单独的物理机器（就像成为虚拟服务器之前一样）。成本下降是因为一个大型实体盒比十个较小的物理盒便宜得多。此外，维护和操作（“照顾”）一台大型服务器而不是十台小型服务器的成本要低得多。这个类比可能被夸大了 - 但这有点像照顾一个大房子而不是十个独立的小房子。创新的解决方案是将大约10个独立的服务器整合到一个更大的物理服务器中，但看起来好像还有10个独立的服务器。十个虚拟服务器中的每一个都可以保留自己的服务器名称，它自己的Internet地址（IP地址），甚至可以显示给Web开发人员 - 成为一个单独的物理机器（就像成为虚拟服务器之前一样）。成本下降是因为一个大型实体盒比十个较小的物理盒便宜得多。此外，维护和操作（“照顾”）一台大型服务器而不是十台小型服务器的成本要低得多。这个类比可能被夸大了 - 但这有点像照顾一个大房子而不是十个独立的小房子。创新的解决方案是将大约10个独立的服务器整合到一个更大的物理服务器中，但看起来好像还有10个独立的服务器。十个虚拟服务器中的每一个都可以保留自己的服务器名称，它自己的Internet地址（IP地址），甚至可以显示给Web开发人员 - 成为一个单独的物理机器（就像成为虚拟服务器之前一样）。成本下降是因为一个大型实体盒比十个较小的物理盒便宜得多。此外，维护和操作（“照顾”）一台大型服务器而不是十台小型服务器的成本要低得多。这个类比可能被夸大了 - 但这有点像照顾一个大房子而不是十个独立的小房子。

简单来说，服务器虚拟化提供了一种方法，可以帮助在一个更大的服务器上整合大量的单个小型机器，从而简化可管理性并更有效地使用系统资源，允许它们被优先处理并分配给在任何给定点最需要它们的工作负载及时。因此，您可以减少针对单个工作负载峰值的过度配置的需要。

通常，数据中心的虚拟化广泛应用于服务器虚拟化。它提供了模拟可能不存在足够数量或根本不存在的硬件可用性的功能！虚拟化使用可用的物理资源作为共享池来模拟丢失的物理资源。虚拟化能够精确控制特定虚拟机或服务器使用物理资源的方式和程度。因此，我们有虚拟计算机内存（不是真正的内存但看起来是真实的）和虚拟数据存储的概念。本章详细介绍了数据中心的虚拟化技术，并解释了这些技术通常是我们在创建节能和绿色数据中心时可以采取的第一步也是最重要的一步。

整合与虚拟化的概念

IT基础架构能效战略包括集中数据中心，整合这些数据中心的IT资源，虚拟化物理IT资源以及集成应用程序。服务器整合和服务器虚拟化都通过减少物理服务器的数量来减少能源使用，但它们使用不同的方法。服务器虚拟化使您可以保留所有服务器，但当许多物理服务器共享同一台物理计算机时，它们将成为虚拟服务器。合并和虚拟化概念的图表和描述基于IBM红皮书“绿色数据中心：旅程的步骤”中的描述。

整合：能源效率的关键

我在过去几年中看到许多项目的常见服务器整合示例是电子邮件服务器的整合。正如本章开头所讨论的，出于降低成本和服务器管理效率的原因，将服务器迁移到中央数据中心具有显着的优势。作为分布式计算架构的一部分，小型服务器分布在整个公司，我们有分布式的电子邮件服务器，每个公司设施通常只有一个，每个服务器通常只有几百个用户。当电子邮件服务器集中时，可以将数十个较小的服务器整合到一个或两个大型邮件服务器上。这不仅仅是将物理服务器整合到一个大型物理服务器上; 大型集中式电子邮件服务器只有一份电子邮件应用程序。因此，服务器整合是指整合物理服务器和整合应用程序。

假设我们有四个系统，每个系统运行两个应用程序（APP）。此外，每台机器消耗2千瓦的功率，总共8千瓦。但是，与小型x86服务器的情况一样，它们的使用率仅为10％。如果我们能够将这八个应用程序整合到一个功能更强大的服务器中，并以70％的利用率运行其运行，功耗为4 kW，则该单个服务器可以更高效地运行。此外，如果我们执行关闭前四个系统的简单电源管理技术，结果是总功耗为4 kW，使用率为70％的系统。

值得注意的是，整体功耗的降低并不是唯一的因素。与功率降低密切相关的是同样的热负荷减少量和基础设施的另一个附加功能。这种双重减少是合并是移动到绿色数据中心的巨大杠杆的原因。

然而，合并的一个特殊缺点是在各个应用程序移动到合并系统期间，系统1到4都不允许停机。因此，在迁移期间，可能会暂时出现对资源的更高要求。

vPS

虚拟化：最环保的技术

另一种整合方法是虚拟化，即处理抽象系统的概念。正如本章开头所讨论的，虚拟化允许整合物理服务器而无需应用程序整合。因此，如前所述，通过服务器虚拟化，我们可以使用具有完全不同应用程序的10台服务器，并将它们整合到一个大型物理服务器上，其中十个独立服务器中的每一个都可以保留其服务器名称，IP地址等。虚拟服务器仍然将用户视为独立的物理服务器，但通过虚拟化，我们可以大幅减少数据中心所需的IT设备数量。

虚拟化消除了应用程序与服务器，存储或网络设备之间的物理联系。每个应用程序的专用服务器效率低下，导致利用率低。虚拟化可以在服务器上实现应用程序的“汽车池化”。实体车（服务器）可能是固定的，但车手（应用程序）可以改变，多样化（大小和类型），并根据需要来去。

术语“虚拟化”被广泛使用，并有几个定义：

1、可以创建由CPU，内存和I / O功能组成的计算机系统的逻辑实例
2、可以从其他虚拟组件放在一起
3、可以包含虚拟CPU或虚拟内存和磁盘
4、可以是虚拟计算机与外部世界之间的虚拟网络

使虚拟系统完成实际工作，虚拟系统必须在真实系统上运行。显然，需要额外的智能才能做到这一点。有纯软件解决方案，或者系统固件可能提供虚拟化功能，或者这些功能可能硬连线到系统中。许多当前的处理器体系结构都集成了虚拟化功能，可以通过诸如IBM Systemz和p机器等软件解决方案来利用这些功能。在现场，可以使用各种其他解决方案，例如VMware Server，VMware ESX，Microsoft Virtual Server和Xen。

继续我们的示例，使用虚拟化会给出略有不同的图片，我们现在虚拟化整合目标上的现有系统1到4，而不是将应用程序移动到统一服务器。效果很明显：不仅应用程序在移动，而且其完整的操作环境随之移动。仔细看看，我们发现其他有吸引力的功能，如下：

1、考虑三个独立的系统。要进行通信，它们需要网络基础设施，如NIC，电缆和交换机。如果我们的虚拟化系统支持网络虚拟化，则不再需要此基础架构。虚拟化系统可以使用虚拟化系统的功能进行通信，通常以极快的速度传输内存中的数据。由于网络组件被丢弃，性能和能效提高。这种方法再一次减少了对站点和设施资源的需求。

2、每个独立的系统都有自己的存储系统，即磁盘。虚拟化系统现在可以共享虚拟化系统可用的磁盘。通过虚拟化其存储，虚拟化系统可以为虚拟化系统提供最佳的磁盘容量 - 就能效而言。

服务器虚拟化

分区

分区有时与虚拟化混淆，但分区功能实际上是支持虚拟化的工具。分区是计算机系统将其资源池（CPU，内存和I / O）连接在一起以形成工作计算机或逻辑分区的单个实例的能力（LPAR）。如果资源可用，则可以在单个机器上定义许多这些LPAR。当然，还有其他限制，例如机器可以支持的LPAR总数。提供给现有物理计算机系统的功率现在用于所有这些逻辑系统，但这些逻辑系统完全独立地运行。自从20世纪80年代后期以来，已经在IBM System z上提供了LPAR，并且从大约2000年开始在Systemp®上提供。虽然System z和System p分区功能在技术实现上有所不同，但它们都提供了将物理系统划分为多个独立系统的方法。逻辑系统。

其他虚拟化技术

除了分区之外，还有许多虚拟化技术可用。市场上流行的是VMware产品，Xen和Microsoft Virtual Server。此外，硬件制造商扩展其产品以支持虚拟化。

VMware ESX Server和Microsoft Virtual Server附带了一个对虚拟机操作系统透明的虚拟机管理程序。这些产品属于完全虚拟化类别。它们的优点是它们对虚拟化系统的透明性。如果产品支持操作系统，则可以轻松地虚拟化绑定到特定操作系统的应用程序堆栈。

VMware提供了一种用于移动服务器的技术，称为VMotion。通过完全虚拟化服务器，存储和网络，可以将整个正在运行的虚拟机从一台服务器即时移动到另一台服务器。VMware的VMFS集群文件系统允许源服务器和目标服务器同时访问虚拟机文件。然后，可以通过高速网络传输虚拟机的存储器和执行状态。该网络也由VMware ESX虚拟化，因此虚拟机保留其网络身份和连接，确保无缝迁移过程。IBM的System p Live Partition Mobility提供了类似的概念。

Xen使用半虚拟化方法（如POWER™体系结构那样）或完全虚拟化。在部分方法（半虚拟化）中，虚拟化操作系统应该是虚拟感知的。例如，Xen需要虚拟Linux系统来运行经过修改的Linux内核。这种方法对可用的操作系统建立了限制。但是，尽管它们是管理程序感知的，但是具有应用程序堆栈的不同操作系统可以在一台计算机上处​​于活动状态。在完整的方法中，硬件，如英特尔的Vanderpool或AMD的Pacifica技术，必须具有虚拟感知能力。在这种情况下，可以在Xen管理程序之上运行未修改的guest虚拟机，从而提高硬件的速度。

另一种技术是操作系统级虚拟化。计算机上的一个操作系统能够使其自身的虚拟实例可用作虚拟系统。Solaris容器（或区域）是此技术的一个示例。与其他技术相比，所有虚拟化系统都在相同的操作系统级别上运行，这是该机器提供的唯一操作系统。这可能成为限制性限制，尤其是在整合不同的服务器代时。应用程序堆栈通常严重依赖于特定的操作系统。当我们想要整合运行不同操作系统（如Windows和Linux）的服务器时，我们会走到尽头。

存储虚拟化

计算机系统不是虚拟化的唯一候选者; 存储也可以虚拟化。本节介绍IBM SAN Volume Controller，它提供由SAN连接的物理存储设备组成的虚拟存储池。

IBM SAN卷控制器

SAN卷控制器（SVC）是一种硬件设备，它将SAN中的存储设备集中在虚拟池中。这使您的存储显示为一个要管理的逻辑设备。对于连接的计算机，SVC提供虚拟磁盘作为普通SCSI设备。在SAN方面，SVC集成了各种存储子系统，甚至是多供应商，并负责SAN设备和计算机虚拟磁盘之间的正确块映射。图6.3说明了它的工作原理。

以下几点使SVC成为节能存储策略的有吸引力的工具：

1、从旧的到更新的，更高效的系统的数据迁移可以透明地发生。
2、分层存储使您能够使用具有较小能量占用的媒体，同时SVC缓存可提高其性能。
3、将系统的各个存储设备整合到虚拟存储具有相同的效果 - 提高存储利用率 - 如服务器虚拟化所示。

存储虚拟化比服务器虚拟化需要更多的努力，通常需要我们重新考虑现有的存储环境。在整合期间，必须将大量数据从旧系统移动到整合存储系统。这可能成为一项需要详细规划的长期任务。但是，完成后，效果可能会很大，因为现在可以以最灵活的方式将存储分配给系统。

虚拟磁带

磁带是存储数据的最便宜的媒介。它们以最低的成本提供最大的存储容量，这是它们是最佳备份介质的原因。与磁盘相比，磁带具有较长的延迟。这并不总是有益的。目前，由于备份的时间范围缩小，而备份的数据量增加，数据中心面临备份和可能恢复数据的时间限制。出于这个原因，许多站点更喜欢基于磁盘的大型备份系统而不是磁带。

磁带虚拟化可能是解决此问题的方法。虚拟磁带服务器就像磁带库一样，但速度非常快。这可以通过内部磁盘阵列和迁移策略实现，以便导出到真实磁带库并从中导入。

客户端虚拟化

节能的巨大潜力是客户端或桌面虚拟化。通过使用客户端虚拟化，各种研究估计节能超过60％。在典型的工作场所，安装的PC显示非常低的平均使用率。除了启动应用程序外，办公室PC大部分时间都在等待用户按键或单击鼠标。然而，PC仍然需要相当大的能量来操作，加热其周围环境并产生噪音。桌面虚拟化可以显着改善这种情况。

客户端虚拟化的基本原则是用一个能耗更小的盒子取代办公室工作站。所需的计算能力被移动到数据中心。今天的虚拟化技术使这种方法更具吸引力。客户端虚拟化的概念 - 通常称为瘦客户端计算 - 并不是一个新概念，至少可以追溯到15年前。实际上，服务器执行所有处理的瘦客户端计算在概念上类似于我们在PC出现之前连接到大型机的终端。