论文部分内容阅读
摘 要 服务器虚拟化技术不仅能提高服务器资源和应用的效率和可用性，还可以节省硬件投入总成本。本文在服务器虚拟化中硬件成本、能源成本、软件成本和人力维护成本四个因素进行了分析，并以高校数据中心实施服务器虚拟化为例，在硬件和软件、基础设施、能源、员工、宕机恢复等方面的成本进行验证研究总结，提出了企业和高校应根据自身发展情况实施服务器虚拟化进程的思路。
关键词 虚拟化成本；虚拟服务器；vSphere；服务器虚拟化
中图分类号：TP368 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）24-0106-03
随着各高校或企业业务的不断发展，服务器所面对的压力也越来越大，新业务上线和旧业务扩容对平台的性能和可用性对服务器提出了更高的要求。为了满足业务系统的新要求，需要对现有的应用平台进行扩展以提高服务能力，很多企业和高校引入了VMware公司的云计算操作系统VMware vSphere虚拟化平台，这款基于云的数据中心虚拟化平台不仅在技术上解决了上述的问题，还通过提高能效、减少硬件需求量以及管理人力成本，降低了资金成本。
1 服务器虚拟化技术介绍
服务器虚拟化技术可以将服务器物理资源虚拟化，在虚拟架构下，让一台物理服务器运行多台服务器虚拟机，不再受限于物理上的界限，计算机资源可以量化的为用户使用，提升了资源的利用率，实现了服务器的整合，让用户有了更多的适应性。
2 虚拟化技术的优势
1）设备数量少、减少投资。通过服务器整合控制和减少物理服务器数量，明显提高每个物理服务器及其CPU的资源利用率，从而降低运营和维护成本，包括数据中心空间、机柜、耗电量等。
2）提高部署效率。虚拟技术能加速新服务器和应用的部署，预测并规划系统资源的增长，为客户提供快速的硬件维护和
升级。
3）通过软件管理虚拟服务器的可以将全部硬件设备方便统一管理。
3 服务器虚拟化节约哪些成本
计算服务器虚拟化成本的时候需要考虑四个因素：硬件成本、能源成本、软件成本和人力维护成本。
1）硬件成本。
如果数据中心服务器数量只有几台到十多台，部署服务器虚拟化的硬件成本支出不会比传统更新方式低，但是如果配置的服务器数量超过20台，就可以考虑部署虚拟化服务器，而服务器数量如果在50台以上，就能在半年或一年半内将投资收回。
2）能源成本。
虚拟化技术的耗能更少，服务器产生的大量热能也需要不少额外能耗来散热。通过虚拟化技术，10台服务器可以整合到1台，这可以大大降低二氧化碳排放量。
3）软件成本。
在VMware、微软、Citrix这三家主要的服务器虚拟化厂商中，如果采用VMware的虚拟化产品，其整体软件授权费用最高；微软的整体授权费用是最低的。而Citrix的XenServer价格居中，VMware的成本虽然最高，但是其在虚拟技术方面的技术优势能为客户带来更多的性能和效益。
4）人力以及维护成本。
采用服务器虚拟化技术后，原来的管理员人员将能够管理更多的服务器，由此可以带来人力资源上的节省。
4 服务器虚拟化整体成本效益分析
下面我们就采用服务器虚拟化技术，在硬件和软件、基础设施、用电、员工、宕机恢复等方面的进行量化分析。
1）硬件和软件成本。
假如高校在五年内的业务发展，如果采用传统的方法：需要20台Dell 2850服务器，每台服务器的平均成本是1.2万人民币，则总费用为20*1.2=24万元。如果选择使用VMware公司的服务器虚拟化方式，这将花费20万购买硬件（包括两台Dell r910，拥有8个2.8GHz核心和64GB的RAM）、软件16万（vCenter只需要一个license：3万人民币，然后需要vSphere对ESXi物理主机的license，版本分为enterprise，enterprise plus，版本不同，功能不同，假定使用企业版，拿vSphere 5.1来说，是针对1个物理CPU来授权1个license 2万人民币，8颗物理CPU需要16万人民币）。
2）基础设施成本。
20台dell服务器需要40U空间。目前Dell 42U机架成本是人民币1.5万元，考虑到散热等影响，只能用到一半的空间，需要买两个机架，2*1.5=3万元人民币。
另外需要额外增加两台CISCO2960交换机，由此又涉及到扩展电池组的整体数量等综合需要增加硬件设备为0.8万/年（含交换机），5年的费用为4万元。
新增设备需要维护，三年后超过质保的维护费用是0.5
万/年，整体的维护费用为0.5万/台/年*20台*2年=20万。
这样在基础设施成本方面传统方式的总体的费用大体为3万+4万+20万=27万元。
如果选择使用服务器虚拟化方式，由于每台虚拟服务器合起来占用4U的空间，存储柜的空间为3U/台。整体的空间比例为4U/台*2+3U=11U.再加上两台服务器中间为了散热空出来4U，也才11U+4U=14U，那么可以去掉一个机架，节约人民币1.5万元。而每台服务器的过保后的维护费用是0.5万/年，服务器维护费用为0.5万/台/年*2台*2年=2万；软件的维护费用定为2万/年，由于软件含有1年免费服务，维护费用为2万/年*4年=8万元；全部费用为10万元。也就是这部分的费用为1.5万（机架）+10万（软硬件维护）=11.5万。
3）能源成本。
在传统模式下，每台PC服务器的耗能为2730元/年，另外散热费用一般为能耗的2倍即5460元/年，这样，20台服务器五年的耗电量为（2730+5460）*20*5=81.9万元。 采用服务器虚拟化之后，服务器数量减少，用电量也随之减少。虚拟化为2台服务器后，综合耗能为：一年为1.63万元，五年的耗电量为8.15万元。当然，此数据为理论数据，电力消耗是按照服务器平稳运行状态下进行计算的。但是还有其它因素：变压设备、不间断电源（UPS）、电源线、风扇、空调、加湿器、照明等等。具体的耗电量根据服务器的负荷大小及其他原因，应该会向上有所浮动。
下图以常用的Exchange、File/Print、VPN三类服务器为例，展示了传统的数据中心与服务器虚拟化之后的数据中心资源消耗前后对比。
4）员工成本。
照传统方式，管理20台服务器需要全职员工的所有时间，而整合20台服务器意味着这些任务能容易地分配给不是全职的员工管理，每年可以节约4万人民币。需注意，如果是非专职的人员管理，得考虑培训员工使用该虚拟系统的费用。
5）宕机恢复成本。
由于硬件故障，服务器可能宕机。使用虚拟化减少了服务器数量，也减少了硬件发生故障的概率，即使发生硬件故障，VMware提供了VMotion或Xen的Live Relocation这样的热迁移技术避免宕机，减少了损失。
下面两表，比较了物理宿主20台服务器与虚拟宿主同样的20台服务器的成本。
从此数据可以看出，虚拟化20台服务器宿主机是一个临界点，如果虚拟化超过20台虚拟机，在开始的一年中，费用并没有减少多少，但是时间超过1年后，能耗方面的节省优势就开始凸显出来，若将100台虚拟机器整并在10台实体服务器中，5年中就可以省下约500万元。
另外，采用虚拟化技术除了节省投资以外，还能在以下方面节省成本。
1）缓解机房空间不足，节省机房扩建、改建成本。
2）无需更改现有物理网络架构和增添网络设备，减少额外设备投入。
3）减少物理服务器投入的报废成本，由于软件由于在增加软件更新支出的同时，软件的整体消耗成本为0。
4）服务可持续性增强，可以实现无需停机式维护。
5 结束语
服务器虚拟化技术的出现为高校的IT架构带来了新的选择，总的来说，服务器虚拟化的真正优点不仅体现在服务器整合，还有低成本。如果虚拟化宿主服务器数量不多，服务器虚拟化的成本就高、然而从长期来看，虚拟化带来的生产率提高能弥补这个成本投入，这个增加的成本是可以接受的。但是也应防止脱离实际情况盲目虚拟化。有些企业的应用都是基于其他系统环境，比较成熟、架构很稳定，没有必要进行虚拟化，不能因为要整合，而把现在数据中心里面运行得很好、甚至刚刚部署的服务就迁移到虚拟化平台上。
项目基金
本文系南宁职业技术学院2014年校级科研规划重点课题“基于云平台的高职院校信息化移动教学管理与评价系统开发与实践”的研究成果之一（项目编号：2014ZD01）。
参考文献
[1]Energy Aware Consolidation for Cloud Computing Shekhar Srikantaiah
http：//www.usenix.org/event/hotpower08/tech/full_papers/srikantaiah/srikantaiah_html/
[2]First Galaxy Nexus Rom Available， Features Ext4 Sup-port.
http：//androidspin.com/2011/12/06/?rst-galaxy-nexus-rom-available-features-ext4-support/.
[3]Oracle Cluster File System （OCFS2）.https：//oss.oracle.com/projects/ocfs2， 2013
[4]CHEN， G.， et al. Energy-aware server provisioning and load dispatching for connection-intensive internet services. In NSDI （2008）
[5]WANG， X.， AND CHEN， M. Cluster-level feedback power control for performance optimization. In HPCA （2008）.
[6]案例分析 VMware虚拟化在电信行业的应用http：//product.ccidnet.com/art/18785/20080711/1503453_1.html
[7]R. Fletcher. Practical Methods of Optimization. John Wiley&Sons， 1987.
[8]K. Lee， N.W. Paton， R. Sakellariou， and A.A.A. Fernandes. Utility Driven Adaptive Work?ow Execution.In Proc. 9th CCGrid. IEEE Press， 2009
[9]杨苇，唐骏 通过虚拟化技术降低企业IT运营成本的研究 计算机光盘软件与应用2012-11.
[10]郭涛.虚拟化：成本减五成中国计算机报[J].2009，3，9.
[11]Amazon. Elastic compute cloud. http：//aws.amazon.com/ec2
[12]李伟.服务器虚拟化节电效益研究 通信信息 2013-4
作者简介
聂晶（1975-），女，黑龙江哈尔滨人，南宁职业技术学院信息工程学院副院长、副教授，工程硕士，研究方向：云计算、云存储、计算机应用、高等职业教育。
关键词 虚拟化成本；虚拟服务器；vSphere；服务器虚拟化
中图分类号：TP368 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）24-0106-03
随着各高校或企业业务的不断发展，服务器所面对的压力也越来越大，新业务上线和旧业务扩容对平台的性能和可用性对服务器提出了更高的要求。为了满足业务系统的新要求，需要对现有的应用平台进行扩展以提高服务能力，很多企业和高校引入了VMware公司的云计算操作系统VMware vSphere虚拟化平台，这款基于云的数据中心虚拟化平台不仅在技术上解决了上述的问题，还通过提高能效、减少硬件需求量以及管理人力成本，降低了资金成本。
1 服务器虚拟化技术介绍
服务器虚拟化技术可以将服务器物理资源虚拟化，在虚拟架构下，让一台物理服务器运行多台服务器虚拟机，不再受限于物理上的界限，计算机资源可以量化的为用户使用，提升了资源的利用率，实现了服务器的整合，让用户有了更多的适应性。
2 虚拟化技术的优势
1）设备数量少、减少投资。通过服务器整合控制和减少物理服务器数量，明显提高每个物理服务器及其CPU的资源利用率，从而降低运营和维护成本，包括数据中心空间、机柜、耗电量等。
2）提高部署效率。虚拟技术能加速新服务器和应用的部署，预测并规划系统资源的增长，为客户提供快速的硬件维护和
升级。
3）通过软件管理虚拟服务器的可以将全部硬件设备方便统一管理。
3 服务器虚拟化节约哪些成本
计算服务器虚拟化成本的时候需要考虑四个因素：硬件成本、能源成本、软件成本和人力维护成本。
1）硬件成本。
如果数据中心服务器数量只有几台到十多台，部署服务器虚拟化的硬件成本支出不会比传统更新方式低，但是如果配置的服务器数量超过20台，就可以考虑部署虚拟化服务器，而服务器数量如果在50台以上，就能在半年或一年半内将投资收回。
2）能源成本。
虚拟化技术的耗能更少，服务器产生的大量热能也需要不少额外能耗来散热。通过虚拟化技术，10台服务器可以整合到1台，这可以大大降低二氧化碳排放量。
3）软件成本。
在VMware、微软、Citrix这三家主要的服务器虚拟化厂商中，如果采用VMware的虚拟化产品，其整体软件授权费用最高；微软的整体授权费用是最低的。而Citrix的XenServer价格居中，VMware的成本虽然最高，但是其在虚拟技术方面的技术优势能为客户带来更多的性能和效益。
4）人力以及维护成本。
采用服务器虚拟化技术后，原来的管理员人员将能够管理更多的服务器，由此可以带来人力资源上的节省。
4 服务器虚拟化整体成本效益分析
下面我们就采用服务器虚拟化技术，在硬件和软件、基础设施、用电、员工、宕机恢复等方面的进行量化分析。
1）硬件和软件成本。
假如高校在五年内的业务发展，如果采用传统的方法：需要20台Dell 2850服务器，每台服务器的平均成本是1.2万人民币，则总费用为20*1.2=24万元。如果选择使用VMware公司的服务器虚拟化方式，这将花费20万购买硬件（包括两台Dell r910，拥有8个2.8GHz核心和64GB的RAM）、软件16万（vCenter只需要一个license：3万人民币，然后需要vSphere对ESXi物理主机的license，版本分为enterprise，enterprise plus，版本不同，功能不同，假定使用企业版，拿vSphere 5.1来说，是针对1个物理CPU来授权1个license 2万人民币，8颗物理CPU需要16万人民币）。
2）基础设施成本。
20台dell服务器需要40U空间。目前Dell 42U机架成本是人民币1.5万元，考虑到散热等影响，只能用到一半的空间，需要买两个机架，2*1.5=3万元人民币。
另外需要额外增加两台CISCO2960交换机，由此又涉及到扩展电池组的整体数量等综合需要增加硬件设备为0.8万/年（含交换机），5年的费用为4万元。
新增设备需要维护，三年后超过质保的维护费用是0.5
万/年，整体的维护费用为0.5万/台/年*20台*2年=20万。
这样在基础设施成本方面传统方式的总体的费用大体为3万+4万+20万=27万元。
如果选择使用服务器虚拟化方式，由于每台虚拟服务器合起来占用4U的空间，存储柜的空间为3U/台。整体的空间比例为4U/台*2+3U=11U.再加上两台服务器中间为了散热空出来4U，也才11U+4U=14U，那么可以去掉一个机架，节约人民币1.5万元。而每台服务器的过保后的维护费用是0.5万/年，服务器维护费用为0.5万/台/年*2台*2年=2万；软件的维护费用定为2万/年，由于软件含有1年免费服务，维护费用为2万/年*4年=8万元；全部费用为10万元。也就是这部分的费用为1.5万（机架）+10万（软硬件维护）=11.5万。
3）能源成本。
在传统模式下，每台PC服务器的耗能为2730元/年，另外散热费用一般为能耗的2倍即5460元/年，这样，20台服务器五年的耗电量为（2730+5460）*20*5=81.9万元。 采用服务器虚拟化之后，服务器数量减少，用电量也随之减少。虚拟化为2台服务器后，综合耗能为：一年为1.63万元，五年的耗电量为8.15万元。当然，此数据为理论数据，电力消耗是按照服务器平稳运行状态下进行计算的。但是还有其它因素：变压设备、不间断电源（UPS）、电源线、风扇、空调、加湿器、照明等等。具体的耗电量根据服务器的负荷大小及其他原因，应该会向上有所浮动。
下图以常用的Exchange、File/Print、VPN三类服务器为例，展示了传统的数据中心与服务器虚拟化之后的数据中心资源消耗前后对比。
4）员工成本。
照传统方式，管理20台服务器需要全职员工的所有时间，而整合20台服务器意味着这些任务能容易地分配给不是全职的员工管理，每年可以节约4万人民币。需注意，如果是非专职的人员管理，得考虑培训员工使用该虚拟系统的费用。
5）宕机恢复成本。
由于硬件故障，服务器可能宕机。使用虚拟化减少了服务器数量，也减少了硬件发生故障的概率，即使发生硬件故障，VMware提供了VMotion或Xen的Live Relocation这样的热迁移技术避免宕机，减少了损失。
下面两表，比较了物理宿主20台服务器与虚拟宿主同样的20台服务器的成本。
从此数据可以看出，虚拟化20台服务器宿主机是一个临界点，如果虚拟化超过20台虚拟机，在开始的一年中，费用并没有减少多少，但是时间超过1年后，能耗方面的节省优势就开始凸显出来，若将100台虚拟机器整并在10台实体服务器中，5年中就可以省下约500万元。
另外，采用虚拟化技术除了节省投资以外，还能在以下方面节省成本。
1）缓解机房空间不足，节省机房扩建、改建成本。
2）无需更改现有物理网络架构和增添网络设备，减少额外设备投入。
3）减少物理服务器投入的报废成本，由于软件由于在增加软件更新支出的同时，软件的整体消耗成本为0。
4）服务可持续性增强，可以实现无需停机式维护。
5 结束语
服务器虚拟化技术的出现为高校的IT架构带来了新的选择，总的来说，服务器虚拟化的真正优点不仅体现在服务器整合，还有低成本。如果虚拟化宿主服务器数量不多，服务器虚拟化的成本就高、然而从长期来看，虚拟化带来的生产率提高能弥补这个成本投入，这个增加的成本是可以接受的。但是也应防止脱离实际情况盲目虚拟化。有些企业的应用都是基于其他系统环境，比较成熟、架构很稳定，没有必要进行虚拟化，不能因为要整合，而把现在数据中心里面运行得很好、甚至刚刚部署的服务就迁移到虚拟化平台上。
项目基金
本文系南宁职业技术学院2014年校级科研规划重点课题“基于云平台的高职院校信息化移动教学管理与评价系统开发与实践”的研究成果之一（项目编号：2014ZD01）。
参考文献
[1]Energy Aware Consolidation for Cloud Computing Shekhar Srikantaiah
http：//www.usenix.org/event/hotpower08/tech/full_papers/srikantaiah/srikantaiah_html/
[2]First Galaxy Nexus Rom Available， Features Ext4 Sup-port.
http：//androidspin.com/2011/12/06/?rst-galaxy-nexus-rom-available-features-ext4-support/.
[3]Oracle Cluster File System （OCFS2）.https：//oss.oracle.com/projects/ocfs2， 2013
[4]CHEN， G.， et al. Energy-aware server provisioning and load dispatching for connection-intensive internet services. In NSDI （2008）
[5]WANG， X.， AND CHEN， M. Cluster-level feedback power control for performance optimization. In HPCA （2008）.
[6]案例分析 VMware虚拟化在电信行业的应用http：//product.ccidnet.com/art/18785/20080711/1503453_1.html
[7]R. Fletcher. Practical Methods of Optimization. John Wiley&Sons， 1987.
[8]K. Lee， N.W. Paton， R. Sakellariou， and A.A.A. Fernandes. Utility Driven Adaptive Work?ow Execution.In Proc. 9th CCGrid. IEEE Press， 2009
[9]杨苇，唐骏 通过虚拟化技术降低企业IT运营成本的研究 计算机光盘软件与应用2012-11.
[10]郭涛.虚拟化：成本减五成中国计算机报[J].2009，3，9.
[11]Amazon. Elastic compute cloud. http：//aws.amazon.com/ec2
[12]李伟.服务器虚拟化节电效益研究 通信信息 2013-4
作者简介
聂晶（1975-），女，黑龙江哈尔滨人，南宁职业技术学院信息工程学院副院长、副教授，工程硕士，研究方向：云计算、云存储、计算机应用、高等职业教育。