[论文解读] Virtualization Implementation Model for Cost Effective & Efficient Data Centers

Mueen Uddin, Azizah Abdul Rahman|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2011

Cloud Computing and Resource Management参考文献 2被引用 7

一句话总结

本文提出了一种五步虚拟化实施模型，通过虚拟化整合利用率低下的服务器，以提升数据中心的能效并降低成本。该模型指导数据中心管理人员完成评估、规划、部署、优化和管理五个阶段，实现能耗降低、碳排放减少以及资源利用率提升，同时最大限度减少停机时间并增强系统弹性。

ABSTRACT

Data centers form a key part of the infrastructure upon which a variety of information technology services are built.They provide the capabilities of centralized repository for storage, management, networking and dissemination of data.With the rapid increase in the capacity and size of data centers, there is a continuous increase in the demand for energy consumption.These data centers not only consume a tremendous amount of energy but are riddled with IT inefficiencies.Data center are plagued with thousands of servers as major components.These servers consume huge energy without performing useful work.In an average server environment, 30% of the servers are "dead" only consuming energy, without being properly utilized.This paper proposes a five step model using an emerging technology called virtualization to achieve energy efficient data centers.The proposed model helps Data Center managers to properly implement virtualization technology in their data centers to make them green and energy efficient so as to ensure that IT infrastructure contributes as little as possible to the emission of greenhouse gases, and helps to regain power and cooling capacity, recapture resilience and dramatically reducing energy costs and total cost of ownership.

研究动机与目标

• 应对由于服务器利用率低下导致的数据中心能耗增加和碳排放上升问题。
• 提供一个结构化的虚拟化实施框架，以提升资源效率并降低运营成本。
• 通过减少物理服务器的过度扩展和优化电力与制冷使用，使数据中心管理人员能够实现绿色IT转型。
• 通过冗余和集群技术消除单点故障，确保虚拟化过程中保持高可用性和系统弹性。
• 通过成本效益分析、投资回报率（ROI）估算和SLA合规性支持，为虚拟化采纳提供决策支持。

提出的方法

• 根据工作负载类型、利用率和关键性，将现有服务器和应用程序分类为资源池。
• 评估服务器工作负载的虚拟化潜力，重点关注利用率低下或处于空闲状态的服务器（例如，典型环境中30%的服务器处于空闲状态）。
• 使用虚拟机监控器（如VMware、Microsoft Hyper-V、Citrix）部署虚拟化，将多个工作负载整合到更少的物理设备上。
• 实施冗余和集群技术（如VMware HA、Microsoft Failover Clustering），消除虚拟化环境中单点故障的风险。
• 建立双层管理模型：资源池（RP）用于基础设施抽象，虚拟服务产品（VSO）用于服务交付和SLA执行。
• 使用离线迁移（如物理到虚拟迁移或实时迁移）以维持服务连续性，并在迁移过程中满足SLA要求。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何系统性地在数据中心中实施虚拟化，以减少能耗和碳排放？
• RQ2 为确保虚拟化成功采纳且不中断服务交付，需要哪些关键技术与管理步骤？
• RQ3 在将多个工作负载整合到更少物理服务器的过程中，虚拟化如何缓解单点故障风险？
• RQ4 通过虚拟化技术整合服务器，可实现哪些可量化的成本与能效改进？
• RQ5 数据中心管理人员在虚拟化规划与部署过程中，如何平衡投资回报率（ROI）、安全性与服务级别协议（SLA）？

主要发现

• 通过整合利用率低下的服务器，虚拟化可显著降低能耗，典型环境中约30%的服务器处于空闲状态，持续耗电但未执行有效任务。
• 所提出的五步模型可帮助数据中心通过减少硬件、电力和制冷成本，显著降低总体拥有成本（TCO）。
• 通过虚拟化实现服务器整合，可大幅降低碳足迹，减少电力消耗，这一点尤为重要，因为2007年数据中心已占美国总用电量的1.5%。
• 该模型通过集群和冗余技术支持高可用性，降低因单台物理服务器承载多个虚拟工作负载而带来的停机风险。
• 虚拟化环境提升了系统敏捷性，简化了管理，并支持跨平台更便捷的应用程序备份、恢复和迁移。
• 正确实施需评估基础设施在更高功率密度和制冷密度下的准备情况，特别是在高可用性虚拟化部署中尤为重要。