Czas wyłączyć swoje serwery?

Autor: Dave Ohara

Opublikowano: 31 grudnia 2008

Zawartość strony

	Wysoko wydajny klaster w Weill Medical College przy Cornell University
	Citrix Presentation Servers
	Microsoft Research
	Rozwiązania komercyjne
	Wskazówki na początek
	Podsumowanie

Jedną z najprostszych metod uzyskania oszczędności energii w komputerach biurkowych i laptopach jest ich wyłączenie (a nawet użycie funkcji uśpienia lub hibernacji). Użytkownicy zaakceptowali ideę, iż wyłączanie ich urządzeń jest małym krokiem, który może dawać znaczące rezultaty. Jednak idea wyłączania serwerów – to całkiem nowy temat, który jeszcze nie został całkiem przyjęty. Obecnie tylko niewielka liczba działów IT wyłącza serwery, lecz ta praktyka zaczyna się zmieniać. Więcej organizacji wykorzystuje wyłączanie serwera do oszczędności energii.

Dlaczego mielibyśmy wyłączać serwer? Na ogół bezczynny serwer zużywa połowę mocy zużywanej przez serwer pracujący pod dużym obciążeniem. Dla większości centrów danych serwer jest wykorzystywany w zakresie od 10 do 20 procent, co oznacza dużą bezczynność maszyn (systemy zużywają energię, lecz same nie są używane).

Oczywiście idea wyłączania serwerów rodzi pewne istotne pytania. Nie proponuję wyłączania serwerów Web ani innych krytycznych serwerów, które powinny działać 24 godziny dziennie, 7 dni w tygodniu. Jakie więc typy maszyn mogą być wyłączane? Pewne wyobrażenie dadzą nam realne przykłady sposobów, w jaki niektóre organizacje zaimplementowały ograniczenie czasu bezczynności systemu i zmniejszyły zużycie energii.

Wysoko wydajny klaster w Weill Medical College przy Cornell University

Od ponad roku Institute of Computational Biomedicine w Weill Medical College przy Cornell University wyłącza serwery w swoim wysoko wydajnym klastrze (HPC). Zasoby klastra HPC są wykorzystywane do symulacji systemów biologicznych, analiz dużych zbiorów danych oraz obrazowania/wizualizacji.

Węzły obliczeniowe zużywają 250 watów podczas pracy oraz 125 watów w okresie bezczynności. Zespół administracyjny systemu postanowił utworzyć rozwiązanie zarządzania energią klastra, które będzie wyłączać nieużywane węzły, minimalizując wpływ na wydajność. Grupa zminimalizowała wpływ poprzez utrzymywanie zaplanowanej liczby węzłów w trybie oczekiwania, gotowych do natychmiastowego uruchomienia nowych zadań, co zmniejsza opóźnienie dostrzegane przez użytkowników.

Jednym z największych problemów w wyłączaniu serwerów jest metoda użyta do ponownego ich włączania. Na szczęście dla zespołu Cornella, wszystkie ich węzły obliczeniowe pochodzą od jednego producenta, tak więc zespół może korzystać z funkcji kontrolera zarządzania płytą główną (BMC) oraz karty zdalnego dostępu, aby kontrolować zużycie energii przy zdarzeniach. Jako elementu nadrzędnego w stosunku do BMC, zespół użył interfejsu IPMI (Intelligent Power Management Interface), aby zbudować pełne rozwiązanie zarządzania energią klastra z zarządzaniem stanami serwera: In Use (w użyciu), Standing By (w gotowości), Shutting Down (wyłączanie), Power Save (oszczędność energii) i Powering Up (włączanie).

Biorąc pod uwagę dużą gęstość mocy klastra, zespół dodał także możliwość monitorowania temperatury na serwerze i mierzenia fluktuacji temperatury, gdy maszyny pracują z obciążeniem, są bezczynne i wyłączone. Po okresie sześciu miesięcy 16 procent zarządzanych węzłów było wyłączonych, co w rezultacie dało 8-procentowe oszczędności energii.

W tym procesie zespół odkrył, że najniższe zużycie energii jest późnym rankiem, a szczyt obciążenia ma miejsce wczesnym wieczorem. Zespół uświadomił sobie, że to było spowodowane tym, że pracownicy naukowi uruchamiają swoje największe prace pod koniec dnia, przed wyjściem z biura, a małe prace – rano, gdy priorytetem jest szybki czas wykonania zadania.

 Do początku strony

Citrix Presentation Servers

Program użytkowy Citrix PowerSmart dla Presentation Server jest rozwiązaniem, które pomaga zmniejszyć wykorzystanie energii poprzez wyłączenie bezczynnych serwerów prezentacji w czasie godzin pracy. To narzędzie, będące obecnie w wersji beta, oferuje administratorom innowacyjną metodę aktywnego zmniejszania zużycia energii przez serwer prezentacji, która jest odpowiednia dla specjalistów IT zainteresowanych tworzeniem „zielonych” rozwiązań IT.

(Zwróćmy uwagę, że w czasie publikowania tego artykułu, narzędzie to nie było jeszcze częścią oferty produktu Citrixa; Citrix zapewniał tylko jego obsługę na forum.)

Ten program użytkowy był pierwotnie zaprojektowany do pracy z serwerami HP z obsługą iLO2 (integrated lights out). Można jednak dodać obsługę innych typów serwerów, wykonując skrypt i proste zmiany w konfiguracji.

To rozwiązanie jest warte omówienia, ponieważ dostarcza dobre wyjaśnienie tego, jak można dokonywać wyłączania serwerów. Oto kilka kluczowych elementów, dzięki którym to rozwiązanie działa:

• Jeden serwer prezentacji jest wyznaczony na kontroler. Niewiele plików jest dodawanych, nie są potrzebne żadne zmiany rejestru i obsługiwane jest odinstalowywanie.
• Plik konfiguracji na kontrolerze określa grupę serwerów, które mają mieć zarządzanie energią.
• Są zdefiniowane godziny wolne od pracy, aby określić, kiedy serwery mogą być wyłączone.
• Jest zdefiniowana częstotliwość sprawdzania statutu serwera i czasu.
• Są skonfigurowane reguły równoważenia obciążenia, aby zapobiegać połączeniom z wyłączonymi serwerami.
• Aktywność użytkowników jest monitorowana w godzinach wolnych od pracy, a serwery bez aktywnych sesji są wyłączane.
• Serwery są włączane automatycznie podczas godzin działania biznesu.
• Wszystkie zdarzenia związane w energią są rejestrowane w dzienniku zdarzeń kontrolera w celu rejestrowania historii.

 Do początku strony

Microsoft Research

Dział Microsoft Research badał metody wyłączania bezczynnych serwerów. Grupa opublikowała interesujący artykuł pod tytułem „Power-Aware Server Provisioning and Load Dispatching for Connection-Intensive Internet Services” (dostępny na stronie research.microsoft.com/en-us/um/people/liuj/cse590k2008winter/CT-lecture8.pdf).

Szczególnie interesujący w tym artykule jest to, iż jest on skoncentrowany na sposobach wyłączania serwerów w środowisku usługi internetowej intensywnie wykorzystującej połączenia – Windows Live™ Messenger. W tym artykule autorzy podają algorytmy dostarczania serwera i rozdzielania obciążenia, badając subtelne interakcje między wartościami. Rezultat końcowy jest taki, że Microsoft Research był w stanie pokazać oszczędności energii w zakresie od 20 do 30 procent, w zależności od liczby rozłączeń zainicjowanych na serwerach.

W innym artykule opublikowanym przez Microsoft Research, „Write Off-Loading: Practical Power Management for Enterprise Storage” (dostępnym na stronie research.microsoft.com/camsys/paper-final.pdf), omówiona jest idea oszczędzania energii dla pamięci poprzez wyłączanie obrotów dysków twardych. Aby wykonać te badania, zespół obserwował 36 woluminów w centrum danych przedsiębiorstwa, aby określić okresy bezczynności. Powszechne postrzeganie jest takie, że okresy bezczynności są zbyt krótkie, aby pozwolić za wyłączanie dysków. Badacze odkryli jednak znaczne okresy bezczynności i potrafili jeszcze zwiększyć czas bezczynności poprzez modyfikację wzorów zapisu/odczytu przy użyciu przeniesienia zapisu (write-off loading). Metoda ta pozwala zapisywać żądania odnoszące się do wyłączonych dysków, do stałej pamięci umieszczonej w innym miejscu centrum danych, gdzie zostają tymczasowo przekierowane. Rezultaty pokazują oszczędności energii od 28 do 36 procent będących wynikiem zwolnienia obrotów dysków. A zastosowanie przeniesienie zapisu zwiększa te oszczędności do wielkości od 45 do 60 procent.

 Do początku strony

Rozwiązania komercyjne

Firmy, takie jak Verdiem oraz 1E, zapewniają rozwiązania programistyczne do zarządzania zużyciem energii przez komputery biurkowe. Przynajmniej jedna firma, Cassatt, ma rozwiązania dla serwerów. Cassatt Active Response zapewnia zarządzanie energią dla zasobów fizycznego i wirtualnego serwera. Produkt wykorzystuje opartą na regułach kontrolę do inteligentnego i systematycznego wyłączania serwerów. Jego reguły mogą opierać się na obciążeniu, czasie, określonych zdarzeniach (takich jak awaria jednostki chłodzącej) oraz zmianach pojemności energetycznej (takich jak przełączanie na zapasowy generator).

 Do początku strony

Wskazówki na początek

Zainteresowani badaniem wyłączania serwera jako strategii oszczędzania energii muszą mądrze to zaplanować i przetestować przed zastosowaniem. Oto kilka wskazówek, które pomogą znaleźć właściwe rozwiązanie:

1. Zaczynamy małymi krokami i wyłączamy serwery w swoich laboratoriach badawczych i testujących. Korzystamy z tej okazji, aby swobodnie działać w niekrytycznym środowisku.
2. Unikamy funkcji Wake on Lan. To funkcja, która ma już 15 lat i okazała się zawodna w środowiskach serwera
3. Uśpienie i hibernacja to nowe możliwości serwerów. Zapewne stosowaliśmy z powodzeniem te funkcje na komputerach biurowych lub laptopach z uruchomionym Windows Server®, lecz obsługa sprzętowa może być różna na maszynach klasy serwera. Sprawdźmy obsługę tych funkcji i na określonym sprzęcie przed ich zaimplementowaniem na swoich serwerach.
4. Windows Server 2003 oraz Windows Server 2008 nie przechodzą do stanu hibernacji na maszynach mających więcej niż 4 GB pamięci z powodu słabej wydajności. Więcej szczegółów na ten temat można znaleźć w Bazie wiedzy, w artykule na stronie: support.microsoft.com/kb/888575.
5. Wyłączenie serwerów za pomocą skryptów jest proste; włączenie jest trudne. Jedną z metod jest użycie obsługi BMC. Innym podejściem jest zastosowanie rozwiązania zarządzania energią oferowanego na rozgałęziaczach takich firm, jak Server Technology. Te rozwiązania pozwalają na ponowne włączenie energii na połączeniach IP, wymuszając włączenie serwera.
6. Sprawdzamy, czy zaprojektowane rozwiązanie jest zautomatyzowane i niezawodne. Nie chcemy, aby to było ręcznie zadanie, ani też nie chcemy, aby było podatne na ludzkie błędy.

 Do początku strony

Podsumowanie

Tak jak samochody hybrydowe i kompaktowe żarówki fluorescencyjne były kiedyś uważane za ekscentryczne praktyki, lecz stały się rozwiązaniami głównego nurtu, tak też stanie z koncepcją wyłączania serwerów.

Aż do dziś automatyczne wyłączanie i włączanie serwerów jest trudne do wykonania, lecz wraz z rosnącym zainteresowaniem zrównoważonym korzystaniem ze środowiska oraz potrzebą zredukowania rosnących kosztów energii, więcej osób i firm ma motywację do znajdowania i rozwijania działających rozwiązań. Przede wszystkim nie ma żadnego uzasadnionego powodu, aby pozostawiać wszystkie serwery działające przez cały czas, szczególnie, gdzie nie są one używane.

Zróbmy śmiało sami pierwszy krok. Spójrzmy analitycznie na maszyny w całym naszym środowisku, aby zobaczyć, które mogą być spokojnie wyłączone. A potem twórzmy środki do wykonania tego zadania.

Do początku strony