مدیریت ظرفیت برق و سرمایش در مراکز داده

مدیریت ظرفیت زیرساخت فیزیکی مرکز داده به عنوان اقدام یا فرآیندی تعریف شده که وظیفه دارد اطمینان حاصل کند ظرفیت برق، سرمایش و فضا به روش موثری، در زمان درست و به مقدار کافی از مصارف و فرایندهای IT پشتیبانی می‌کند. در این مقاله، تنها به بررسی مدیریت ظرفیت سرمایش و برق پرداخته خواهد شد. مسائل مرتبط با مدیریت فضا در گزارش “انتخاب و تعیین توان مصرفی مناسب برای مرکز داده”[1] مطرح می‌شود. عامل‌های حیاتی موفقیت در مدیریت موثر ظرفیت‌های برق و سرمایش عبارتند از:

• فراهم کردن پیش‌بینی‌های دقیق از ظرفیت
• فراهم کردن ظرفیت مناسب برای پاسخگویی به نیازهای کسب و کار

این پیش‌بینی و تامین موثر ظرفیت، به توان تعیین ظرفیت برق و سرمایش در سطح رک، بستگی دارد. اما امروزه چنین توانایی به ندرت یافت می‌شود. اپراتورهای مرکز داده معمولا اطلاعات مورد نیاز در اختیار ندارند تا تجهیزات جدید را در همان ظرفیت مورد نیاز کسب و کار خود، پیاده‌سازی کنند و در نتیجه، از پاسخ به سوالات ساده‌ای ناتوان خواهند بود، سوالاتی همچون:

• سرور بعدی را باید در کدام رک مرکزداده نصب کنم تا بر دسترسی تجهیزات موجود اثر نگذارم؟
• از منظر دسترسی سرمایش و توان، بهترین مکان برای اجرای تجهیزات پیشنهادی فاوا کجاست؟
• آیا می‌توانم تجهیزات جدید را طوری نصب کنم تا بر حاشیه‌ی امن خود مانند افزونگی و مدت زمان پشتیبانی، اثر منفی نگذارم؟
• آیا تحت شرایط خرابی یا در حین تعمیر و نگهداری، همچنان افزونگی توان و سرمایش را خواهم داشت؟
• آیا می‌توانم تکنولوژی‌های سخت‌افزاری جدیدی چون سرورهای تیغه‌ای را با استفاده از زیرساخت‌های فعلی برق و سرمایش، اجرا کنم؟
• آیا برای داشتن عملکردی قابل اطمینان، باید سرورهای تیغه‌ای را گسترده سازم؟
• در چه زمانی به مرز زیرساخت‌های فعلی برق و سرمایش رسیده و به ظرفیت اضافی، نیاز خواهد بود؟

عدم توانایی در پاسخگویی به چنین پرسش‌های ساده‌ای بسیار متداول است. در مراکز داده‌ای که طراحی بیش از حد نیاز داشته یا کمتر از ظرفیت، مورد استفاده قرار گرفته باشد – با چنین حاشیه‌ی امنی- تنها برای مدیران که درکی ابتدایی از بهره وری عملکرد کلی سیستم دارند، قابل قبول خواهد بود. این کمبود دانش تاثیر نامطلوبی بر سطح دسترسی‌ گذاشته که ممکن است به مدتی کوتاه ولی قابل تحمل از خرابی و توقف عملکرد بیانجامد. با وجودی که برآوردهای بیش از حد نیاز، در کوتاه مدت بهینه و مقرون ‌به صرفه نبوده، اما این برآورد اضافی، برای مدت زمانی که ظرفیت در دسترس، با ظرفیت مورد استفاده برابر شود، حاشیه‌ای امن ایجاد می‌کند. اگرچه، در حال حاضر، سه عامل مراکز داده را تحت فشار قرار داده که نشان دهنده‌ی ناکارآمدی روش‌های عملیاتی فعلی است:

• تجهیزات فوق پر ظرفیت فاوا
• الزامات در کنترل بهای تمام شده(TCO) و ظرفیت تماما استفاده شده‌ی مرکز داده
• سرعت بالای تغییر ناشی از مجازی‌سازی و بروزرسانی چرخه‌ی تجهیزات فاوا

هر یک از فاکتورهای بالا، موجب شده تا مرکز داده به روشی قابل پیش‌بینی‌تر عمل کند.

تجهیزات فوق پرظرفیت فاوا

آن دسته از تجهیزات فاوا که بیش از 8kW در رک، برق مصرف می‌کنند، را می‌توان پرظرفیت در نظر گرفت. رک‌هایی که تماما با سرورها اشغال شده، را می‌توانند از 6kW تا 35kW در رک، برق مصرف کنند. با این حال، اکثر مراکز داده‌ی امروزی با توان مصرفی کمتر از 4kW در رک، طراحی شده‌اند. همان طور که پیشتر مطرح شد، کاربران بیشتری تجهیزات با مقدار توانی را نصب می‌کنند که از توان طراحی مرکز داده‌شان بیشتر بوده و فشار ایجاد شده بر سیستم‌های برق و سرمایش، ابتدا به بروز اضافه‌بار، حرارت بیش از حد و از دست رفتن افزونگی و در نهایت نیز، به خرابی منجر خواهد شد. اپراتورهای مرکز داده به اطلاعات مفیدتری در مورد چگونگی و محل نصب مطمئن این تجهیزات در مراکز داده‌ی فعلی و جدید، نیاز دارند.

عامل 1 موثر بر مراکز داده: تجهیزات فوق پرظرفیت فاوا

اضافه بار

حرارت بیش از حد

از دست دادن افزونگی

 

بهای تمام شده

در بیشتر کسب و کارها، افزایش هزینه‌های ناشی از طراحی یا برآورد بیش از حد نیاز در مراکز داده، قابل قبول نیست. در این موارد اتلاف هزینه‌ی سرمایه و هزینه‌ی عملیاتی، چشمگیر است. به طور تقریبی، مراکز داده‌ی معمول امروزی با مدیریت مناسب ظرفیت، می‌توانند با همین ظرفیت سرمایش و برق در تاسیسات خود، تا 30% از تجهیزات فاوای بیشتر استفاده کنند. اما این مراکز داده‌ی معمول امروزی قادر نیستند از تمامی ظرفیت موجود برق و سرمایش خود استفاده کنند، که در نتیجه در مقایسه با سیستمی با مدیریت مناسب ظرفیت، بهره‌وری سیستم کاهش یافته و مصرف برق تا 20% یا بیشتر افزایش می‌یابد. ابزارهای مدیریت ظرفیت کمک کرده تا از منابع برق و سرمایش بهتر استفاده شده و مصرف برق کاهش یابد.

عامل 2 موثر بر مراکز داده: فشار ناشی از TCO

ظرفیت بلااستفاده

بهره‌وری کم‌تر

هدررفت پنهان

 

سرعت بالای تغییرات

در یک مرکز داده‌ی معمولی، تجهیزات فاوا دائما در حال تغییرند. چرخه‌های بروز رسانی تجهیزات معمولا زیر سه سال بوده و هر روز تجهیزات اضافه یا کم می‌شوند. علاوه بر آن، الزامات برق و سرمایش در خود دستگاه‌های فاوا ثابت نبوده و در اثر مجازی‌سازی و قابلیت‌های مدیریت ارائه شده از سوی سازندگان تجهیزات، دقیقه به دقیقه تغییر می‌کند. روش قدیمی ” امتحان کن و ببین آیا نتیجه می‌دهد!” در اجرای تجهیزات فاوا دیگر کاربرد نداشته چرا اغلب به بروز حرارت بیش از حد می‌انجامد.

ابزارهای مدیریت ظرفیت باید توانایی برنامه‌ریزی آنی برای مواجهه با این چالش‌ها ارائه داده و این توانایی، باید مقرون‌ به صرفه، به آسانی قابل نصب و استفاده و از پیش طراحی شده باشند. برای درک بهتر آثار مجازی‌سازی و رایانش ابری بر زیرساخت‌های فیزیکی و نحوه‌ی مدیریت آن‌ها، به گزارش “مجازی‌سازی و رایانش ابری: مدیریت بهینه منبع از طریق بهینه و بیشینه سازی برق و سرمایش”[2] مراجعه شود.

عامل 3 موثر بر مراکز داده:  سرعت بالای تغییرات

چرخه‌ی بروز رسانی 3 ساله

تغییرات روزانه‌ی تجهیزات

تغییرات دقیقه به دقیقه‌ در مصارف

 

عرضه و تقاضای ظرفیت

برای دستیابی به پاسخ‌هایی ساده برای سوالات اساسی کاربران در مورد ظرفیت، به روشی سیستماتیک در مدیریت ظرفیت نیاز خواهد بود.

پایه و اساس مدیریت ظرفیت، توانایی کمّی سازی مقدار عرضه و تقاضا در برق و سرمایش است.

 در حالی که دسترسی به اطلاعات عرضه و تقاضای برق و سرمایش در سطح اتاق یا تاسیسات می‌تواند مفید باشد، اما این سطح از اطلاعات، جزییات کافی برای پاسخ‌گویی به سوالات مرتبط با اجرای مشخصی از تجهیزات فاوا را ارائه نمی‌دهد. از طرف دیگر، فراهم کردن اطلاعات عرضه و تقاضا در سطح دستگاه‌های فاوا، جزییات اضافه و غیرضروری ارائه کرده و کاری بس دشوار خواهد بود. سطح موثر و عملی برای اندازه‌گیری و بودجه‌بندی ظرفیت برق و سرمایش، همان سطح رک بوده که روش به کار گرفته شده در این مقاله نیز می‌باشد.

مدل توضیح داده شده در این مقاله، کمیت‌های عرضه و تقاضای برق و سرمایش را به چهار روش اصلی، در سطح رک تعیین کرده است:

• حداکثر تقاضای احتمالی پیکربندی شده
• تقاضای واقعی در حال حاضر
• حداکثر عرضه‌ی احتمالی پیکربندی‌شده
• عرضه‌ی واقعی در حال حاضر

با چنین اطلاعاتی، می‌توان توصیف کاملی از شرایط فعلی برق و سرمایش مرکز داده در سطح رک به دست آورد. این توصیف‌ها، در ادامه مطرح شده و در شکل 1، نمایش داده شده است.

حداکثر تقاضای احتمالی پیکربندی شده‌ی برق و سرمایش

سیستم مدیریت برق در سرورهای مدرن می تواند باعث شود تا مصرف برق در حین عملیات معمول، تا ۵۰ درصد و حتی بیشتر کاهش یابد. بیشترین تقاضای پیکربندی‌ شده‌ی برق و سرمایش نشان از مقدار اوج مصرف داشته که ممکن‌ است ناشی از این تغییرات در رک باشد. چنین اطلاعاتی را می‌توان در زمان پیکربندی سیستم و از طریق بررسی روند های جاری، یا گزارش‌دهی مستقیم توسط تجهیزات فاوا، یا روش‌های دیگر، به دست آورد.

بیشترین مقدار تقاضای برق و سرمایش همواره مساوی یا بیشتر از تقاضای واقعی برق و سرمایش بوده و اطلاعات حیاتی در زمینه‌ی مدیریت ظرفیت محسوب می‌شود.

تقاضای واقعی برق و سرمایش در حال حاضر

این مقدار، همان میزان برق مصرف شده و گرمای تولید شده در سطح رک در هر نقطه‌ی زمانی مشخص است. در حالت ایده‌آل، چنین مقداری را با اندازه‌گیری لحظه‌ای مصرف برق در سطح رک، محاسبه می‌کنند. تقریبا برای تمام دستگاه‌ها، مقدار وات از برق مصرف شده، برابر با مقدار وات از گرمای تولید شده است. برای دیگر دستگاه‌ها، مانند UPS، دستگاه توزیع برق (PDU)، دستگاه تهویه مطبوع و روترهای VoIP، مقدار وات گرمای خروجی با برق مصرفی برابر نبوده ولی این مقدار گرما را می‌توان با روش‌های ریاضی اندازه‌گیری کرد. برق مصرفی رک را می‌توان با سیستم توزیع برق اندازه‌گیری کرد یا از طریق خود تجهیزات فاوا مقدار برق را مشخص کرده و مجموع مقادیر گزارش شده از طرف هر مجموعه از دستگاه‌های فاوا داخل یک رک بیانگر برق مصرفی آن رک خواهد بود.

حداکثر عرضه‌ی احتمالی پیکربندی‌شده برق و سرمایش

حداکثر مقدار عرضه‌ی احتمالی پیکربندی‌شده برق و سرمایش را به عنوان مقداری از برق و سرمایش که می‌تواند در سطح رک توسط تجهیزات زیرساختی نصب شده، تامین شود، تعریف می‌کنند. عرضه‌ی احتمالی برق و سرمایش همواره مساوی یا بیشتر از مقدار عرضه‌ی واقعی برق و سرمایش می‌باشد. اگر بیشترین عرضه‌ی احتمالی برای مقداری از مصرف بیشتر از عرضه‌ی واقعی مخصوص آن مصرف باشد، در این صورت سیستم در حالتی غیربهینه می‌باشد. عوامل مختلفی می‌تواند منجر به چنین حالتی شود:

• فیلترهای مسدود هوا در سیستم سرمایش؛
• کاهش در توانایی دفع گرما به بیرون به دلیل شرایط آب و هوایی غیرمعمول؛
• از دست دادن یک ماژول برق در UPS ماژولار

یکی از کارکردهای مهم سیستم مدیریت ظرفیت، تشخیص زمانی‌ است که عرضه‌ی واقعی در حال حاضر، به اندازه‌ی مقدار طراحی نبوده و سپس باید به تعیین منشا محدودیت‌هایی در سیستم بوده که از تعیین درست ظرفیت عرضه در طراحی، جلوگیری کرده کمک کند.

عرضه‌ی واقعی در حال حاضر

عرضه‌ی واقعی برق و سرمایش در رک از طریق بکارگیری اطلاعاتی تعیین شده که به معماری توزیع برق و سرمایش در سیستم برق و سرمایش مرکز داده، ظرفیت‌های واقعی فعلی منابع کلی برق و سرمایش، و تاثیرات ظرفیت موجود برای دیگر مصارف، مرتبط است.

عرضه‌ی واقعی برق در هر رک مورد نظر، با دانستن ظرفیت شاخه‌مدار موجود در رک تعیین شده که بسته به دسترسی به منابع بالادستی استفاده نشده‌ی برق مانند PDUها و UPS، محدود می‌شود. در بعضی موارد، ظرفیت قابل استفاده بیشتر توسط طراحی یا پیکربندی سیستم برق محدود می‌شود. به عنوان مثال، سیستمی ماژولار ممکن است به طور کامل تجهیز نشده یا مخصوص ورودی‌های دوتایی برق طراحی شده باشد.

تعیین عرضه‌ی واقعی سرمایش در رک، معمولا پیچیده‌تر از تعیین عرضه‌ی برق بوده و به شدت به معماری توزیع هوا، وابسته است. برخلاف معماری برق، که در آن جریان برق با کابل‌ها محدود شده، جریان هوا معمولا به گروهی از رک‌ها رسیده و سپس، متناسب با قدرت فن‌های تجهیزات فاوا، در میان رک‌ها توزیع می‌شود. این امر، محاسبه‌ی ظرفیت هوا را پیچیده‌تر ساخته و به مدل‌های کامپیوتری پیشرفته‌تری نیز نیاز خواهد بود. در مواردی که هوای رفت یا برگشت، مستقیما از طریق کانال‌ها به رک‌ها‌ هدایت شده، ظرفیت منبع سرمایش رک بهتر است با دقت‌ بالاتری تعریف و در نتیجه، محاسبه شود.

ظرفیت‌ها در سطح سیستم

مطابق با شکل 2، تقاضای برق و سرمایش در سطح رک تعیین می‌شود. مطابق با قسمت قبل، مقدار عرضه نیز باید درک شده و در سطح رک معین گردد. اگرچه، سیستم عرضه‌ی برق و سرمایش، رک به رک تعیین نشده بلکه، به شکل سلسله‌ مراتبی توسط دستگاه‌های تامین برق همچون UPS، PDU و دستگاه تهویه مطبوع که از گروهی از رک‌ها پشتیبانی می‌کنند، تعیین می‌شود. دستگاه‌های تامین برق و سرمایش عمده مانند پست برق و برج‌های خنک‌کننده نیز نوعی منبع عرضه‌ی ظرفیت در رک محسوب شده، که باید برای پاسخگویی به تقاضا، کافی باشد. در نتیجه، علاوه بر کمی‌سازی ظرفیت منابع برق و سرمایش در رک، این ظرفیت همچنین باید در سطوحی تجمیعی مطابق با دستگاه‌های عرضه‌کننده، برآورد و کمّیت آن تعیین شود.

عرضه همواره باید مساوی یا بیشتر از تقاضا بوده تا از توقف در عملکرد مرکز داده و از کار افتادگی جلوگیری کند. این امر باید در سطح هر رک و همچنین برای هر دستگاه تامین‌کننده‌ی گروهی از رک‌ها نیز، صحت داشته باشد. بنابراین، در هر زمان مشخص، همواره باید ظرفیتی مازاد (تا وقتی عرضه‌ی کلی بیشتر از یا مساوی تقاضای کلی باشد) وجود داشته باشد. این ظرفیت مازاد در چهار شکل متفاوت در راستای اهداف مدیریت ظرفیت تامین می‌شود که این شکل‌ها، عبارتند از:

• ظرفیت اضافی
• ظرفیت بی‌کار
• ظرفیت حاشیه امن
• ظرفیت بلااستفاده

هر یک از انواع این ظرفیت‌های مازاد، در قسمت‌های بعدی توضیح داده شده و در شکل 3 نمایش داده شده است.

ظرفیت اضافی

ظرفیت اضافی همان ظرفیت مازاد واقعی و فعلی بوده که می‌تواند همین الان برای تجهیزات جدید فاوا، به کار گرفته شود. اجرای ظرفیت اضافی هزینه‌های سرمایه و عملیاتی قابل توجهی داشته که مربوط به خریداری و نگهداری تجهیزات برق و سرمایش می‌باشد. علاوه بر آن، ظرفیت اضافی همواره بهره‌وری عملیاتی مرکز داده را کاهش داده و مصرف برق آن را افزایش می‌دهد.

در یک معماری کارامد مدیریت ظرفیت برای مرکز داده‌ی در حال رشد و تغییر، انواع مشخصی از ظرفیت اضافی، همچون در نظر گرفتن ظرفیت های اضافه و همچین اتصال به شبکه توزیع برق ، مقرون به صرفه محسوب می‌شود. اگرچه، در حالت ایده‌آل تجهیزات برق و سرمایش باید تنها در زمان و مکانی نصب شوند که از تقاضای رو به رشدی، پشتیبانی می‌کنند.

سیستم موثر مدیریت ظرفیت باید برنامه‌ی رشد و توسعه را درک و کمّی‌سازی کند. برای دریافت اطلاعات بیشتر در زمینه‌ی برنامه‌ی رشد و توسعه، به گزارش “پروژه‌های مرکز داده: مدل رشد”[3] مراجعه شود.

 ظرفیت بی‌کار

ظرفیت بی‌کار همان ظرفیت مازاد فعلی و واقعی بوده که برای برآورده ساختن حداکثر تقاضای احتمالی پیکربندی شده در برق و سرمایش، در نظر گرفته شده است. تجهیزات فعلی فاوا ممکن است تحت شرایط اوج مصرف، به استفاده از این ظرفیت نیاز داشته باشند، به همین دلیل نمی‌توان از آن در تامین ظرفیت لازم برای اجراهای تجهیزات جدید فاوا، استفاده کرد.

ظرفیت بی‌کار مشکلی رو به رشد محسوب شده که ناشی از کارکردهای مدیریت برق و جریان اتوماتیک VM ها در تجهیزات فاوا می‌باشد. ظرفیت بی‌کار باید برای زمانی که تجهیزات فاوا با توان مدیریت شده به حالت پرمصرف، تغییر حالت می‌دهند، ذخیره شود.

ظرفیت حاشیه‌ی امن

ظرفیت حاشیه‌ی امن همان ظرفیت مازاد برنامه‌ریزی شده است که بیشتر از مقدار حداکثر تقاضای احتمالی پیکربندی شده برق و سرمایش، تعیین شده و نگه داشته می‌شود. با تامین این حاشیه‌ی امن، در صورت بروز خطاهای کوچک در تنظیم حداکثر تقاضای احتمالی برق و سرمایش، یا افزایش غیرمجاز در تعداد تجهیزات فاوا، سیستم می‌تواند همچنان به عملکرد خود ادامه دهد. حاشیه‌های امن در بازه‌ی 10% تا 20% معمول بوده، و در مراکز داده با رویه‌های ضعیف کنترل تغییرات، می‌تواند تا 30% یا بیشتر آن نیز مورد استفاده قرار گیرد. این به معنای ظرفیتی است که نباید برای اجرای تجهیزات فاوا، به کار گرفته شود.

ظرفیت بلااستفاده

ظرفیت بلااستفاده، در اصل همان ظرفیتی است که به دلیل نوع طراحی یا پیکربندی سیستم، نباید در مصارف فاوا مورد استفاده قرار گیرد. ظرفیت بلااستفاده بیانگر نبود یک یا چند مورد از ظرفیت‌های زیر است:

• فضای رک یا کف طبقه
• برق
• توزیع برق
• سرمایش
• توزیع سرمایش

یک دستگاه مشخص فاوا به ظرفیتی کافی از تمامی پنج مورد فوق، نیاز دارد. با این حال، این موارد هرگز در تعادل درستی از ظرفیت وجود نداشته تا با مصرف مشخصی از مصارف IT سازگاری یابند. همواره فضاهایی در رک موجود بوده که فاقد سرمایش کافی است، یا فضاهایی دارای برق که در رک فضای کافی ندارند. ظرفیت بلااستفاده، همان نوع ظرفیتی است که چون چهار ظرفیت عنوان‌شده ی دیگر تا بیشترین مقدار ممکن خود استفاده شده‌اند، غیر قابل استفاده باقی می‌ماند. این ظرفیت بلااستفاده بسیار نامطلوب بوده و می‌تواند به طور جدی بر عملکرد یک مرکز داده تاثیر گذاشته و آن را محدود سازد. متاسفانه، بیشتر مراکز داده با مشکلات قابل توجهی در زمینه‌ی ظرفیت بلااستفاده روبرو هستند، که مثال‌هایی از این مشکلات عبارتند از:

• دستگاه تهویه مطبوع ظرفیت کافی داشته ولی توزیع هوا در مصارف IT کافی نیست؛
• دستگاه PDU ظرفیت کافی داشته ولی جای کافی برای قرارگیری کلیدهای قطع مدار وجود ندارد؛
• هنوز فضا در طبقه باقی مانده در حالی که، دیگر ظرفیتی از برق باقی نیست؛
  دستگاه‌های تهویه مطبوع در مکان‌های اشتباه قرار داده شده‌اند؛
• بعضی از PDUها با اضافه مصرف مواجه بوده در حالی که، بقیه تنها اندکی بارگذاری شده‌اند؛
• برخی از قسمت‌ها با حرارت بیش از حد مواجه شده در حالی که دیگر قسمت‌های فضا، سرد است.

بسته به موقعیت و معماری سیستم برق و سرمایش، ممکن است استفاده از ظرفیت بلااستفاده غیرممکن بوده یا تنها کمی سرمایه لازم بوده تا بتوان از این ظرفیت‌ها، به طور موثری استفاده کرد. همان طور که از نام آن نیز پیداست، ظرفیت بلااستفاده هزینه‌بر است. معمولا باید قسمتی از تجهیزات نصب شده را مجددا جمع‌آوری کرد یا اجزای جدیدی از برق و سرمایش نصب کرد.

ظرفیت بلااستفاده، مشکلی بسیار جدی در مدیریت ظرفیت برای اپراتورهای مرکز داده، محسوب شده چرا که بسیار سخت می‌توان برای کاربران یا مدیریت توضیح داد که به عنوان مثال، مرکز داده‌ای با 1MW ظرفیت برق و سرمایش نصب شده، وقتی تنها با 200kW از مصرف کلی خود کار می‌کند، باز هم نمی تواند سرورهای جدید تیغه‌ای را خنک کند.

یک سیستم موثر مدیریت ظرفیت نه تنها ظرفیت بلااستفاده را شناسایی و تعیین کرده، بلکه به مشتریان نیز کمک کرده تا اصلا از ابتدا، از بروز آن جلوگیری کنند.

مدیریت ظرفیت

در قسمت قبل، چهارچوبی برای کمّی‌سازی عرضه و تقاضای برق و سرمایش ارائه شد.

می‌توان بر مبنای اندازه‌گیری‌های صورت گرفته توسط کارشناسان، که با یافته‌های این مقاله نیز ترکیب شده، یک سیستم مدیریت ظرفیت برق و سرمایش پیش‌بینی کرد، در واقع این روش در بعضی مراکز داده، به شکلی ابتدایی به کار گرفته شده است. اگرچه، با پیدایش مجازی‌سازی سرورها و همچنین تجهیزات فاوا که به طور دینامیکی، تقاضای برق و سرمایش خود را تغییر می‌دهند، استفاده از دستگاه های اندازه گیری الکتریکی و مکانیکی و ابزاردقیق تحت شبکه که با نرم‌افزارهای مدیریت ظرفیت برق و سرمایش ترکیب شده، تنها راه‌کار عملی و ممکن محسوب می‌شود. از دیدگاه کاربران، چنین سیستمی کارکردهای زیر را تامین خواهد کرد:

• ارائه‌ی داده‌های ظرفیت
• ایجاد برنامه‌ی ظرفیت
• هشدار در هنگام انحراف از برنامه‌ی ظرفیت
• شبیه‌سازی تغییرات پیشنهادی

ارائه‌ی داده‌های ظرفیت

شرایط فعلی عرضه و تقاضا در مرکز داده، شامل ظرفیت اضافی و بلااستفاده و دیگر ویژگی‌های ظرفیتی پیشتر مطرح شده، باید در این سطوح ارائه شوند:

• در سطح اتاق: سطح عمده‌ی عرضه و تقاضا و همچنین ظرفیت‌های مختلف تامین شده برای تمام اتاق یا سالن. معمولا بر سطح UPS تاسیسات، ژنراتور، چیلر، برج خنک‌کننده و پست برق تمرکز می‌شود.
• سطح ردیف: عرضه و تقاضای برق و سرمایش به یک ردیف یا ناحیه‌ی منطقی دیگری در مرکز داده مرتبط است. اغلب با تجهیزات توزیع برق و سرمایش که چیدمانی ردیفی داشته، مانند PDUها یا سیستم‌های ردیفی سرمایش نیز در ارتباط است. به خصوص وقتی در سطح رک جزییات پیکربندی یک رک خاص نامشخص بوده، برای اهداف برنامه‌ریزی بسیار ارزشمند خواهد بود.
• سطح رک: عرضه و تقاضای برق و سرمایش در ارتباط با یک رک خاص قرار دارد. برای تشخیص مشکلات یا ارزیابی تاثیر اجرای دستگاه IT مشخصب، به این سطح از اطلاعات نیاز خواهد بود. همچنین ممکن است به مدارهای توزیع در سطح رک با سیستم‌های سرمایش رک بسته، نیز مرتبط باشد.
• سطح سازمانی: هرچه تمرکز بر رایانش پربازده و موثر افزایش یافته و ایجاد کاهش‌های قابل توجه در بودجه‌ی انرژی بر عهده‌ی عملیات مرکز داده گذاشته شود، مدیران و مسئولان بیشتر از قبل به بینشی در مورد مصرف و ظرفیت استفاده شده در مراکز داده‌ی شرکت خود، نیاز دارند.

یک سیستم موثر مدیریت ظرفیت، در قالب مدل سلسله‌مراتبی بالا به پایین نمایی از انواع اطلاعات مطرح شده ارائه داده که این اطلاعات شامل ارائه‌ی گرافیکی از جانمایی مرکز داده نیز می‌شود. در شکل 4، نمایی از در سطح اتاق و در شکل 5، نمایی از در سطح سازمان آورده شده است.

 

تدوین برنامه‌ی ظرفیت

یک برنامه‌ی ظرفیت باید در حین طراحی مرکز داده، تعیین و تدوین شود. ظرفیت دستگاه‌های توزیع برق و سرمایش نصب شده در مرکز داده، به شاخص اصلی برنامه ریزی ظرفیت تبدیل می شوند. با راه‌کارهای توسعه‌پذیر امروزی در برق و سرمایش مرکز داده، می‌توان برنامه‌ی ظرفیتی ایجاد کرد که با طرح رشد و توسعه‌ی IT همخوانی داشته تا هزینه‌های ظرفیت و بهره‌وری برق، بهینه‌سازی شود.

بسیار اهمیت داشته که نه تنها از ظرفیت موثر ، بلکه از مقدار مناسب ظرفیت نیز اطمنیان حاصل شود. بسیاری از مواقع تمرکز بر تامین ظرفیت کافی قرار گرفته و به برآورد ابعاد درست متناسب با نیاز واقعی IT، توجه نمی‌شود. نتیجه‌ی متداول آن نیز، برآوردهای بیش از حد نیاز و هدررفت هزینه‌ی سرمایه ناشی از آن، انرژی، قرارداد های خدمات و پشتیبانی زیرساخت برق و مصرف آب خواهد بود.

ابزارهای طراحی مرکز داده به تدوین برنامه‌ی ظرفیت کمک کرده و در نتیجه، باید در سیستم مدیریت زیرساخت‌های مرکز داده(DCIM) یکپارچه شوند. نمونه‌هایی از چنین ابزار نرم‌افزاری که از سوی شرکت Schneider Electric ارائه شده، مجموعه‌ی ابزارهای طراحی مرکز داده InfraStruXure و دیگری StruxureWare برای مجموعه‌ی DCIM مراکز داده می‌باشد.

هشدار در هنگام انحراف از برنامه‌ی ظرفیت

وقتی شرایط محیط مرکز داده خارج از محدوده‌ی برنامه‌ی مدیریت ظرفیت قرار گیرد، هشدارهای مرتبط با ظرفیت باید به کار بیافتند. این هشدارها می‌تواند در شکل اخطارهای موقعیتی، بصری یا صوتی ارسال شده، یا از طریق ایمیل یا سیستم پیجینگ، به سیستم مدیریت ارجاع و اطلاع داده شود.

هشدارهای ظرفیت در پاسخ به وقایعی شکل گرفته که از طرف کاربران تعیین شده مانند:

• مصرف برق در تجهیزات نصب شده در رک، تا بیش از اوج مصرف که در برنامه‌ی مدیریت ظرفیت تعیین شده، برای هر رک، هر ردیف یا هر اتاق، افزایش یابد؛
• کاهش در ظرفیت برق یا سرمایش موجود در سطح ردیف، رک یا اتاق به دلیل از دست رفتن یا خرابی یک زیرسیستم برق یا سرمایش؛
• سیستم‌های برق یا سرمایش که تحت شرایطی قادر به تامین افزونگی تعیین شده در برنامه‌ی مدیریت ظرفیت نیستند.

در بسیاری از شرایط بالا، هیچ اشکال سخت‌افزاری واقعی بروز نکرده و در نتیجه، سیستم سنتی نظارت نیز هیج رخداد غیرمعمولی را تشخیص نخواهد داد. در واقع، بیشتر هشدارهایی که در سیستم مدیریت ارسال شده، ماهیت تحلیل رویدادی و پیش‌بینی آتیه یا پیشگیرانه دارند. باید توجه داشت که در مرکز داده‌ی واقعی، سیستم مدیریت ظرفیت دیگر ابزارهای نظارتی همچون خطای آنی، ایمنی، نشت آب و کنترل دما، را تکمیل می‌کند. مثالی از یک سیستم نظارت که هشداریهای آنی و در عین حال هشدارهای مدیریت ظرفیتی را ارسال کند، StruxureWare Central بوده که از سوی شرکت اشنایدر الکتریک ارائه شده است.(شکل 6)

شبیه‌سازی تغییرات پیشنهادی

علاوه بر تعیین شرایط فعلی، یک سیستم موثر DCIM باشد توانایی تحلیل ظرفیت در شرایط پیشین و فرضی را نیز داشته باشد. این سناریوهای ممکن است شامل موارد زیر باشند:

• شبیه‌سازی شرایط خرابی، مانند از دست دادن یک یا چند دستگاه برق یا سرمایش؛
• تحلیل رشد برنامه‌ریزی شده در قیاس با مصرف واقعی ظرفیت؛
• پیشنهاداتی در زمینه‌ی افزودن بر تجهیزات، حذف یا جابجایی آن؛
• روند مبتنی بر داده‌های پیشین

کاکردهای مدیریت ظرفیت DCIM باید این سناریوها را در مقایسه با برنامه‌ی فعلی مدیریت ظرفیت ، بسنجد. یک مدل کارامد می‌تواند کاربر را در انتخاب بهترین سناریو از میان این گزینه‌ها، همچون به حداکثر رساندن بهره‌وری برق یا حداقل اشغال فضای کف، راهنمایی کند. در مثال شکل 7، نشان داده که چگونه DCIM از تامین منابع برق، سرمایش و فضای کافی برای اضافه کردن تجهیزات جدید فاوا در مکان مورد نظر، اطمینان حاصل کرده و از این طریق، به اعمال تغییر در تجهیزات کمک می‌کند.

نظارت بر برق و سرمایش در دستگاه‌های فاوا

در راستای بیشترین اهداف، یک رک ممکن است به عنوان بسته‌ای سیاه رنگ که برق مصرف کرده(بدون اطلاع از کمیت، نوع یا مکان دستگاه IT در رک)، نشان داده شود. تا زمانی که مصرف برق در سطح رک، مستقیما قابل تعیین و اندازه‌گیری باشد، سیستم مدیریت ظرفیتی که توضیح داده شد، تنها کمی بر اطلاعات مبنی بر تجهیزات وابسته است. وقتی مقدار مصرف برق مشخص بوده، الزامات سرمایش را می‌توان با دقت بالاتری تخمین زد.

وقتی این مقادیر در سطح رک، در بازه‌ی برنامه‌ی ظرفیت قرار گیرد، به هیچ اطلاعات اضافی نیاز نبوده تا از تامین تقاضا توسط سیستم‌های سرمایش و برق  اطمینان حاصل شود. در نتیجه، با بکارگیری ابزارهای درست، مدیریت ظرفیت مزایای بسیاری برای عملیات فاوا در بر داشته بدون آن که به مدیریت تخصصی دارایی دستگاه‌های فاوا، نیاز باشد. اگرچه، دسترسی به اطلاعات در مورد دستگاه‌های فاوای رک، یا ارتباط مستقیم با دستگاه‌های فاوا، نیز مزایایی در بر خواهد داشت. این مزایا عبارتند از:

• اطلاع از خصوصیات مصرف برق در هر یک از اجزای IT؛
• اطلاع از حداکثر و حداقل خصوصیات متغیر در زمان برق در دستگاه‌ها؛
• اطلاع از الزامات غیرمعمول جریان هوا، یا دیگر حالت‌های عملیاتی فن؛
• استفاده بهینه از فضای فیزیکی رک (ظرفیت فضا)؛
• توانایی انجام ارزیابی دقیق از تاثیرات ناشی از افزودن، حذف یا تغییرات (تجهیزات)

برای استفاده‌ی مناسب از دانش به دست آمده از مدیریت تخصصی دارایی، داده‌ها باید در سیستم مدیریت ظرفیت نیز به درستی درک شوند.

در کل، بیشتر مراکز داده‌ی کوچک تا متوسط، آن درجه از بلوغ فرایند و همچنین کارکنان مورد نیاز را در اختیار نداشته تا فهرست نصب تجهیزات فاوا در رک را نگهداری کرده و شرایط را تغییر دهند. در نتیجه، یک سیستم مدیریت ظرفیت نمی‌تواند بر دسترسی به این اطلاعات وابسته بوده، اما باید بتواند در صورت دسترسی، از آن بیشترین بهره را ببرد. با رشد و توسعه‌ی سازمان‌ها، مدیریت ساده‌ی ظرفیت آن‌ها نیز به راه‌کارهای دقیق‌تری تبدیل شده که شامل مدیریت تغییرات و دارایی نیز خواهد بود. تعامل میان مدیریت تغییرات و مدیریت ظرفیت متقابل و مستقیم بوده جرا که مدیریت تغییرات شدیدا بر اطلاعات مدیریت ظرفیت وابسته بوده تا بتواند آثارِ تغییرات پیشنهادی را پیش‌بینی کند.

نتیجه‌گیری

مدیریت ظرفیت جریی اصلی از برنامه‌ریزی و عملکرد موثر مراکز داده است. نیاز به مدیریت ظرفیت با تراکم، ابعاد و پیچیدگی مرکز داده، افزایش می‌یابد. یک روش از مدیریت ظرفیت توضیح داده شده است. نشان داده شده که مدیریت ظرفیت بر اطلاعات جزیی و دقیق از دستگاه‌های فاوا در سطح رک، وابسته نبوده و در مقایسه با سیستم‌های سنتی مدیریت تخصصی دارای، در عین حفظ بیشتر مزایای اصلی، اجرا و نگهداری ساده‌تری نیز دارد.

اگر مدیریت ظرفیت مطابق با روش آمده در این مقاله، اجرا شود، اطلاعات کلیدی از شرایط مرکز داده فراهم شده که با سیستم‌های سنتی نظارت قابل دستیابی نبود. سیستم‌های نرم‌افزاری DCIM جدیدتر امروزی، وقتی با تجهیزات اندازه‌گیری سرمایش و برق شبکه نیز ترکیب شود، ابزار کافی و مناسبی برای مدیریت موثر و کارامد ظرفیت با ویژگی مبنی بر آن که سریعا پس از نصب و بدون نیاز به هیچ تغییر و پیکربندی عمل کرده که اصطلاحا ” out of the box” نامیده شده، فراهم می‌کند.

 

 

[1] –  White Paper 155, Choosing and Specifying an Appropriate Power Density for a Data Center

[2] – White Paper 118, Virtualization and Cloud Computing: Optimized Power, Cooling and Management Maximizes Benefits

[3] – White Paper 143, Data Center Projects: Growth Model