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當發(fā)明超文本傳輸協(xié)議（HTTP）的時(shí)候，沒(méi)有人能夠預計具有現代瀏覽器功能的現代Web 2.0基礎架構的出現�，F代生活中，我們每天多次進(jìn)行“網(wǎng)上沖浪“。我們通過(guò)Facebook，MySpace和Flickr等網(wǎng)絡(luò )工具進(jìn)行溝通，也不忘記使用常規的電子郵件。我們能安心地在網(wǎng)上購物，得益于對原始協(xié)議的安全擴展，該協(xié)議現在稱(chēng)為 HTTPS（“安全”部分已經(jīng)被加入）。同時(shí)還有機對機（M2M）應用程序在后臺運行，完成資料庫更新、氣象資料收集等任務(wù)。 所有這些系統都是基于服務(wù)器-客戶(hù)端模式實(shí)現的。也就是說(shuō)，有一個(gè)客戶(hù)端（如瀏覽器）和一臺提供內容或收集信息的服務(wù)器。開(kāi)始時(shí)，會(huì )給服務(wù)器分配一個(gè)（或幾個(gè)）IP地址，然后服務(wù)器軟件會(huì )將內容提供給客戶(hù)。創(chuàng )建新“網(wǎng)站”時(shí)，服務(wù)器軟件將具備所分配的資源和專(zhuān)用存儲空間。通常情況下，這種模式在負荷平穩（即波動(dòng)不大）的情況下，是能夠正常工作的。例如，如果我已知一臺服務(wù)器每秒可提供1000萬(wàn)個(gè)網(wǎng)頁(yè)（假設通信帶寬可用），而對方也知道每個(gè)被托管的網(wǎng)站的最大“頁(yè)面點(diǎn)擊率”，那么他就可以計算出服務(wù)器上的負荷，以便維持為客戶(hù)（托管客戶(hù)和使用客戶(hù)）提供的峰值性能。 1 Web 2.0的影響 當網(wǎng)站上的所有內容都是靜態(tài)內容（即內容很少發(fā)生變化）時(shí)，運行就會(huì )相當良好。僅具有單詞查詢(xún)功能（沒(méi)有視頻和音樂(lè )等）的在線(xiàn)詞典就是一個(gè)很好的例子。在這種情況下就很容易計算出負荷量。據統計，世界上不會(huì )每個(gè)人同時(shí)想查詢(xún)“Stochastic（隨機的）”一詞的定義……您可能認為負荷會(huì )按一天內不同時(shí)段發(fā)生變化，但就全球范圍而言，有人是一直在進(jìn)行查詢(xún)的。 Web 協(xié)議的工作方式是：打開(kāi)與服務(wù)器的會(huì )話(huà)，接收內容，然后終止會(huì )話(huà)， 釋放服務(wù)器中的資源為其他任務(wù)所用�，F在所有“內容”都在瀏覽器中。因此，當您查找一個(gè)詞時(shí)，其定義和任何圖形就會(huì )發(fā)回給您，您可以按照您自己的速度進(jìn)行閱讀。服務(wù)器就會(huì )轉到其他事情上。 但是，情況不再如此。當您下載音樂(lè )視頻的時(shí)候情況會(huì )怎么樣呢？服務(wù)器不再只是提供一個(gè)網(wǎng)頁(yè)，然后繼續前進(jìn)。它現在在努力將40兆文件轉移到您的機器上。在網(wǎng)頁(yè)中加入嵌入式播放器，服務(wù)器就將實(shí)時(shí)把視頻流發(fā)送給客戶(hù)端。在這種情況下，負荷仍然是可以統計監測的，網(wǎng)站也是可以修改的。隨著(zhù)受歡迎程度或需求的增加，網(wǎng)站可被轉移到專(zhuān)用的、僅處理單域的服務(wù)器上。 那是Web 1.0時(shí)出現的情況。今天Web 2.0所存在的問(wèn)題是，我們所做的大都是在服務(wù)器端完成的。例如，Google Docs是一個(gè)位于服務(wù)器端的完整的文件編輯和歸檔系統。它將計算機的瀏覽器用作用戶(hù)界面工具，卻很少動(dòng)用客戶(hù)資源�，F在，人們在開(kāi)始使用網(wǎng)絡(luò )時(shí)，更多的工作是由后臺完成的。在服務(wù)器和客戶(hù)端之間的互動(dòng)不斷增加，除非采取措施來(lái)保證足夠的資源，否則這將會(huì )使服務(wù)器的負荷產(chǎn)生劇烈波動(dòng)，并導致性能降低。 2 尋求解決辦法 過(guò)去，為了防止網(wǎng)站崩潰的一種能效低下的做法是將統計的最大負荷資源加載到一個(gè)網(wǎng)域。大多數情況下，這些服務(wù)器的負載可能只能達到40-60％，但在高峰時(shí)段將達到100％，但該網(wǎng)站仍能繼續有效地工作。人們很快認識到，大部分時(shí)間服務(wù)器并沒(méi)有達到最大荷載。它們只是在部分時(shí)間工作，直至高峰負載來(lái)臨——而這種高峰來(lái)臨的時(shí)間并不總是已知的。例如，在任何特定的一天，一個(gè)新聞網(wǎng)站的業(yè)務(wù)流量都可能會(huì )維持在正常的水平。而當一個(gè)突發(fā)事件發(fā)生，如果每個(gè)人都上網(wǎng)查與之相關(guān)的照片或視頻時(shí)，就可能會(huì )導致網(wǎng)站癱瘓。 最佳解決方案是將服務(wù)器“虛擬化”——即創(chuàng )建看起來(lái)像是專(zhuān)用服務(wù)器的軟件，但是，如果需要的話(huà)，在處理過(guò)程中也能夠動(dòng)態(tài)轉向更多的資源。當高負荷消失時(shí)，該軟件能通過(guò)將更多網(wǎng)站合并到一臺機器（現代服務(wù)器中的刀片）上來(lái)使服務(wù)器“瘦身”。其他未使用的刀片可以進(jìn)入待機狀態(tài)，從而大大減少中心的耗電量。采用這種新的方法，不僅可以降低服務(wù)器的電力消耗量，而且還降低了散熱的HVAC成本，從而降低服務(wù)器機房的能源成本。 3 對服務(wù)器的沖擊 這是邁向數據中心和服務(wù)器群“綠化”進(jìn)程的一項重大舉措。能源消耗降低了，但是往往軟件同時(shí)也會(huì )影響到硬件（反之亦然）。切負荷對系統硬件和周?chē)幕A設施有什么樣的影響呢？ 首先應觀(guān)察刀片服務(wù)器的電源。一般情況下，刀片服務(wù)器中有兩套冗余電源，將民用電源轉為直流母線(xiàn)。母線(xiàn)沿背板的長(cháng)度（所有刀片插入的位置）布設，而且每一個(gè)刀片都有自己的電源調節器，用于提供正確的電壓和電流。在較大的系統中，直流母線(xiàn)可以沿機架的高度布設，為疊放在其他系統上方的多套刀片服務(wù)。 在設計電源的時(shí)候，需要有一個(gè)作為目標負荷的規范。這就告訴設計者在選擇元件時(shí)將最高的能效轉換置于何處。設計方程式提供了系統將最有效工作的元件值。這是一個(gè)固定點(diǎn)，所以升高或降低負荷（多數情況下都是降低負荷）都將改變效率曲線(xiàn)。如果目標負荷的峰值效率為92％，那么，將負荷降低至目標要求的25％就可能會(huì )導致效率下降到75％。 電源設計者突然面臨一個(gè)新的挑戰，即提供能在寬負載范圍內工作的高效率的電源�，F代開(kāi)關(guān)電源使用大功率的FET晶體管來(lái)“開(kāi)關(guān)”電源，采用脈沖寬度調制（還有其他方法）來(lái)實(shí)現。這些技術(shù)的輸出均呈現出復雜的波形，其平均值為新的較低電壓。由電感器和電容器制成的大功率濾波器能使輸出波形更加平滑，同時(shí)提供純凈的直流電壓。輸出由控制器監控，同時(shí)，場(chǎng)效應管的切換被改變，以便在負載和輸入發(fā)生變化時(shí)能夠保持穩定的輸出。 場(chǎng)效應管、電感器和電容器都應加以選擇以滿(mǎn)足負載規格，同時(shí)，一旦其在線(xiàn)路中被固定，它們的值就不能以動(dòng)態(tài)的方式加以改變。因此，如果負荷下降到設計指標以下，能源就會(huì )因為這些元件的損耗而受到損失。一種解決方案是構建多相轉換器。在大電流電源（如個(gè)人電腦中向處理器提供內核電壓的主板中的電源）中，非常普遍的做法是設定3個(gè)或4個(gè)協(xié)同工作的電源——每個(gè)電源輪流向負載供電。 這種拓撲結構的優(yōu)點(diǎn)在于當負載降低時(shí)，可以關(guān)閉某些相，而其余各相則被擴張以代替缺失的相（見(jiàn)圖1）。這就會(huì )提高電源的復雜性，其用于確保在相增加或減少的過(guò)渡期內，其輸出一直不會(huì )發(fā)生變化。所有的電源轉換器都在峰值效率附近工作或者被關(guān)閉。將這種方法應用到大型直流母線(xiàn)電源，使得刀片服務(wù)器能在寬負載范圍內高效運行。但是，為了應對這些動(dòng)態(tài)負載，電源也正變得越來(lái)越復雜。 圖1-隨負載變化切相 4 對基礎設施的影響 和電源的情況一樣，承載信息的通訊基礎設施也會(huì )受到影響。每一臺刀片服務(wù)器均通過(guò)將一個(gè)或多個(gè)千兆以太網(wǎng)連接到一個(gè)交換機的方式來(lái)進(jìn)行通信。服務(wù)器和交換機中的物理層設備都會(huì )消耗許多瓦的功率，而且可能會(huì )迅速累計起來(lái)。如果一臺刀片服務(wù)器置于備用，物理層設備通常不會(huì )被關(guān)閉——仍然保持鏈接，但通話(huà)已經(jīng)停止。在大多數情況下，這并不會(huì )顯著(zhù)降低物理層設備（PHY)所消耗的能量，因為它仍需要維持鏈接。即使服務(wù)器端的物理層設備（PHY)關(guān)機，交換機端的物理層設備（PHY)也必須繼續開(kāi)機運行以便監視鏈接活動(dòng)——這些又會(huì )導致能源消耗。 目前正在采取多種方法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。當鏈接消失時(shí)可將其轉至備用或有意置于低功耗狀態(tài)的物理層設備（PHY)將減少能源消耗。電氣和電子工程師協(xié)會(huì )（IEEE）有一個(gè)工作組，叫做802.3az任務(wù)組。其目標就是開(kāi)發(fā)協(xié)議，該協(xié)議用于新物理層設備（PHY)，在使用率較低時(shí)能夠降低功耗及使鏈接保持激活狀態(tài)。 另一種方法是簡(jiǎn)單地對半導體工藝本身進(jìn)行限制。CMOS工藝功耗與頻率成線(xiàn)性關(guān)系與電源電壓成指數關(guān)系（見(jiàn)方程式1）。 方程式1 – CMOS的能耗 過(guò)去采用個(gè)人電腦處理器中的動(dòng)態(tài)電壓調節之類(lèi)的技術(shù)來(lái)降低這些損失。如今，更現代的技術(shù)叫自適應電壓調節或AVS, 由美國國家半導體公司率先推出10G base-T Teranetics TN2022等物理層設備就使用這種技術(shù)�；旧�，AVS技術(shù)可連續監測設備內部過(guò)程的性能和進(jìn)行自動(dòng)調整，通過(guò)調整電源電壓來(lái)實(shí)現。與固定電源電壓相比，該技術(shù)可以節省20％至50％的能源。此外，它可以補償運行過(guò)程中的溫度和過(guò)程變化（老化）。這項技術(shù)與其它技術(shù)相結合就可以大大降低基礎設施應用的能源消耗，并自動(dòng)適應由于服務(wù)器接入或退出網(wǎng)絡(luò )導致的負載變化。 5 結論 那么，還可能發(fā)生其他情況嗎？大量自身處理能力很低的上網(wǎng)本（Netbook）正將更多的資源推回到服務(wù)器。不久以后，可能很少有軟件或磁盤(pán)存儲器保存在這些計算機內——大多數文件都將保存在“虛擬”中。用于產(chǎn)生和分享文檔或演示的所有傳統軟件工具都將被放在服務(wù)器上。 此外，虛擬游戲正在興起。大多數游戲計算機要求極高性能的計算來(lái)提供這些游戲中所描繪的逼真場(chǎng)景。這就可能會(huì )轉至服務(wù)器端，僅將實(shí)時(shí)視頻流發(fā)送到用戶(hù)端電腦。這可能就會(huì )使低性能上網(wǎng)本和其他計算設備（包括手持式移動(dòng)終端，如iPhone等）能夠播放高性能的游戲。 人類(lèi)具有移動(dòng)性，移動(dòng)終端的發(fā)展變化會(huì )將更多的資源需求返回到數據中心和基礎設施。由于網(wǎng)絡(luò )活動(dòng)具有大范圍波動(dòng)的特性，虛擬化將繼續實(shí)現能源節約，同時(shí)，硬件將需要尋找新的途徑來(lái)適應不斷變化的負載。 |
