JP2011039889A - ネットワーク運用管理方法及びネットワーク運用管理装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】物理的に1台のサーバ(物理サーバ)を論理的に複数台のサーバ(論理サーバ)として動作させる仮想化技術が適用された複数のサーバが、ネットワークを介して接続され、各サーバのリソース(仮想化技術においては、メモリ、CPU、ネットワーク、ハードディスクの物理リソースを各論理サーバに分割して割り当てている)の使用状況に応じて、各サーバが消費する電力消費量と、それらを冷却する空調機の電力消費量を考慮し、それらを最小化するための物理サーバリソースと論理サーバの組み合わせ、各論理サーバに割り当てるリソース量を算出して、物理サーバのリソースの論理サーバへの割り当てを変更する。
【選択図】図1
Description
データセンタの電力消費量の内訳の一例として、空調機(Chiller(冷却機)+CRAC(Computer room air conditioning))に関するものが全体の42%、サーバ及びネットワーク機器(IT Equipment)に関するものが30%、電力系設備(PDU(Power Distributed Unit)、UPS(Uninterruptible PowerSupply))に関するものが23%、照明や静電気の発生を防ぐための加湿器が5%であることが知られている。
非特許文献1及び非特許文献2に示された仮想化技術は、物理的な計算機資源を複数の論理的な資源として見せるための技術である。仮想化技術の適用により、単一の物理サーバ上で2つの(実際は2つ以上の複数の論理サーバを単一の物理サーバ上で実行することが可能)論理サーバを動作させることが可能となる。また、論理サーバは、物理サーバのハードウェアリソース(CPU、メモリ、ネットワーク、ハードディスク)を分割して利用する(分割したハードウェアリソースが論理サーバに割り当てられる)。
特許文献1、非特許文献3及び非特許文献4には、仮想化技術を応用し、仮想化されたサーバ(論理サーバ)への物理リソース(CPUやメモリ、ネットワーク帯域、ハードディスク)の割り当てを、リソースの利用状況に応じて動的に変更し、不要となった機器の電源を休止することで、更なる省電力化を図る技術が提案されている。
従来技術においては、物理リソースの使用状況を定期監視し、リソースの使用状況が少ない場合(図15における左の例)、物理リソースの論理サーバへの割り当てを動的に再構成し、一部の物理サーバで全ての論理サーバを実行し、さらに不要となった物理サーバを休止することが行われる(図15における右の例)。
図15の例においては、5台の物理サーバが設置されたサーバラック内でのみ論理サーバの物理サーバへの再割り当てを行っているが、実際にはデータセンタ内に設置された任意の物理サーバに論理サーバを割り当てることが可能である。
すなわち、従来技術によれば、図16に示すように、サーバ1、ネットワーク機器2及び空調機5が設置されたデータセンタにおいて、サーバ群の使用状況に応じ、その都度最小のサーバ数でユーザからのサービス要求を処理するようサーバ群の構成を動的に変更することで、サーバ群の電力消費量を最小化することが行われていた。
その一方、一部のサーバに処理を集中させた場合、サーバの電力消費量は使用率に比例して増加し、また、そのサーバによる排熱は電力消費量に応じて増加するため、一部のサーバの排熱が大きくなり、それらを冷却するために(図16中、斜線で表示された矢印が冷気)空調機5の出力を上げる必要が発生し、空調機5の電力消費量を含むデータセンタ全体の電力消費量が大きくなる現象が生じることが懸念される。
CPUの製品型式などハードウェアスペックより算出可能な物理サーバの電力消費モデルと、空調機の製品型式から算出可能な空調機の電力消費モデルと、物理サーバや空調機の物理的な位置から算出可能な、データセンタ内の空気の流れのモデルをあらかじめ管理し、
物理リソースの論理サーバへの割り当てを変更する際、前記各物理サーバの電力消費モデルから、割り当て変更後の各物理サーバの電力消費量と、データセンタ内の全ての物理サーバによる電力消費量の総量を試算するとともに、前記物理サーバの電力消費モデルと、空調機の電力消費モデル、データセンタ内の空気の流れのモデルから、割り当て変更後の各物理サーバを冷却するための空調機の電力消費量を試算することで、データセンタ全体の電力消費量を試算し、
物理リソースの使用状況に応じ、物理リソースの論理サーバへの割り当てについて、論理サーバをデータセンタ内のいずれの物理リソースに割り当てるかの組み合わせを複数算出し、各組み合わせにおける、物理リソースの論理サーバへの割り当て変更後の、データセンタ全体の電力消費量(物理サーバによる電力消費量の総量と空調機の電力消費量の和)を、前述の手順により試算し、データセンタ全体の電力消費量が最も小さい組み合わせを選択し、
その選択結果を基に、物理リソースの論理サーバへの割り当てを動的に変更する
ことを特徴としている。
CPUの製品型式などハードウェアスペックより算出可能な前記物理サーバの電力消費モデルと、空調機の製品型式から算出可能な前記空調機の電力消費モデルと、物理サーバや空調機の物理的な位置から算出可能な、前記データセンタ内の空気の流れのモデルを電力消費モデル管理データベース。
前記物理サーバや前記物理サーバの電力消費モデルと前記空調機の電力消費モデル、前記データセンタ内の空気の流れのモデルを前記物理サーバ情報管理データベース及び前記電力消費モデル管理データベースに登録する管理インタフェース提供部。
前記物理サーバのリソースの使用状況を定期的に取得し前記物理サーバ情報管理データベースに保存するリソース利用状況取得部。
前記各物理サーバの電力消費の総量を試算する物理サーバ電力消費試算部と、前記空調機の電力消費量を試算する空調機電力消費試算部からなり、各部の和によりデータセンタ全体の電力消費量を試算するデータセンタ電力消費試算部。
各物理サーバの使用状況に応じ、物理リソースの論理サーバへの割り当てについて、複数の組み合わせを算出し、各組における電力消費量を前記データセンタ電力消費試算部により試算し、最も電力消費が小さいものを選択する物理サーバ配置算出部。
前記物理サーバ配置算出部の出力結果を基にデータセンタ内における物理リソースの論理サーバへの割り当てを変更し、物理サーバの再配置結果を前記物理サーバ情報管理データベースに保存する物理サーバ構成管理部。
前記各部を制御する中央制御部。
本発明のネットワーク運用管理装置は、複数のサーバ及びネットワーク機器と、それらの安定稼働のための空調機が設置されるデータセンタにおいて、データセンタの電力消費量を最小化することを目的に、時々刻々と変化するユーザのデータセンタの利用量に応じて、サーバの電力消費量と空調機の電力消費量の両方を考慮し、データセンタの構成を動的に変更する処理を行うものである。
運用者は、本発明のネットワーク運用管理装置を使用する際、データセンタDC内の全ての物理サーバ1の組み合わせに対する空気の流れの割合αを管理サーバ10に登録する。更には、CPUの製品型式などハードウェアスペックより算出可能な物理サーバの電力消費モデルと、空調機の製品型式から算出可能な空調機の電力消費モデルを空気の流れの割合αに加えて管理サーバ10に登録する。
例えば、各ノードの稼働状況において、温度センサ8及び温度センサ9から排気面及び給気面の温度を検出し、各ノードの稼働状況が異なる時点の温度センサ8および温度センサ9(各センサの値は、稼働状況が異なるため、異なる温度を示す)から、αを求める方程式を作成し、解くことでαを求める。
そして、管理サーバ10は、物理サーバ1による電力消費量と空調機(CRAC)5による電力消費量の和が最小となるよう、どの物理サーバ1にどの論理サーバ1´を割り当てるのか、また各論理サーバ1´にどの程度の物理リソースを割り当てるのかを算出し、データセンタDC内における物理リソースの論理サーバへの割り当ての動的変更を行う。
すなわち、管理サーバ10が、データセンタの電力消費量のうち、サーバ群、および、空調機による電力消費量を最小化するため、論理サーバの使用状況に応じて、物理リソースの論理サーバへの割り当てを動的に変更する処理を行うように構成されている。
ネットワーク運用管理装置(管理サーバ)10は、各物理サーバ1に関する各種情報を管理する物理サーバ情報管理データベース11と、物理サーバ1及び空調機5の電源消費モデル等を管理する電力消費モデル管理データベース12と、運用者が情報を入力するための管理インタフェース提供部13と、電力消費量が最小となるデータセンタDCの構成候補を求める物理サーバ配置算出部14と、物理リソースの論理サーバへの割り当て変更(物理サーバの再配置)と再配置結果を管理する物理サーバ構成管理部15と、データセンタDCの構成候補から電力消費を試算するデータセンタ電力消費試算部16と、リソース利用状況取得部17と、各部を制御する中央制御部18を備えて構成されている。
物理サーバ1の電力消費モデルは、例えばCPUの製品型式から一意に求めることができるCPU使用率(物理リソースの使用量)と、その時の電力消費量とすることができる。空調機5の電源消費モデルとは、空調機の冷却能力に対する電力消費量である。
空調機5の電力消費モデルは、例えば空調機の製品型式から一意に求めることができる。空気の流れ(空気の流れの割合α)のモデルとは、各サーバの排熱が他のサーバの給気側に流れ込む割り合い等であり、各サーバに対するテーブルにより管理される。空気の流れのモデルは、例えばデータセンタDCの設計時点で運用者がシミュレーションにより求めることができる。管理されるテーブルの具体例については後述する。
また、電力消費モデル管理データベース12に登録されるデータセンタDC内の空気の流れは、温度センサ8,9等を用いて、管理サーバ10がセンサより収集した情報を基に算出して登録してもよいし、データセンタDCの設計時点で運用者がシミュレーションにより求めた空気の流れを直接管理インタフェース提供部13を介して電力消費モデル管理データベース12に手動登録してもよい。
運用者がデータセンタDCの電力消費を試算するために手動で登録する情報としては、各物理サーバ1の電力消費モデル、空調機5の電力消費モデル、データセンタDC内の空気の流れのモデルが考えられる。
電力消費量が最小となるデータセンタDCの構成を求めることは、例えば、図5に示すように、各論理サーバの使用状況(論理サーバに割り当てた物理リソースがどの程度の割合で使用され、物理リソースがどの程度の割合で使用されているか)に応じ、物理リソースの論理サーバへの割り当てについて複数の組み合わせを求め、さらに、各組の構成とした場合の電力消費量を、データセンタ電力消費試算部16により組み合わせ毎に試算し、その結果、最も電力消費が最も小さい組み合わせを選択する手順により実現される。
その他、データセンタの天井より空調機(CRAC)5からの空気をサーバに供給し、さらに排気も天井から行う天井方式冷却ソリューション方式や、サーバラック3ごとに空調機(CRAC)5を配置しサーバラック内で給気と排気を行う方式などが提案されている。いずれの方式であっても、サーバの電力消費により排熱が発生し、空調機(CRAC)5が排熱を取り込み冷却し再度サーバに提供すること、及び、排熱の一部が空調機(CRAC)5からの冷却された空気と混ざること(図6における空気の流れ)は変わらない。
サーバラック3に納められた各サーバからの排熱の一部は、空調機(CRAC)5から供給される冷却された空気と混合するが、その混ざり方は、サーバラック3や冷却された空気を供給する位置、排熱が空調機(CRAC)5に取り込まれる経路によりデータセンタDC毎に不均一となる。そのため、データセンタDC内の空気の流れは、データセンタDC毎に異なるものとなる。
データセンタDC内には、図8に示すように、10個のサーバラックにそれぞれ5つのサーバ(サーバA〜E)を設置した場合を想定する。図6で述べたように、サーバからの排熱の一部は、自身もしくは他のサーバの給気に混ざり、その割合をα、排熱をToutとすると"α×Tout"で表すことができる。また、残りは空調機(CRAC)5に取り込まれ、空調機に取り込まれる熱をTACinとすると、"TACin = Tout−(α×Tout)"と表すことができる。
図9に、各サーバの排気がどの程度空調機(CRAC)5に取り込まれるかの一例を示す( = (Tout−(α×Tout))/Tout)。縦軸の1.0は、排気の全てが(CRAC)5に取り込まれることを示す。
空調機(CRAC)5の電力消費量は、供給する冷気の温度(Tsup)と冷却する熱量から求まる。図12に実験的に求めたある空調機(CRAC)5の供給する空気の温度(Tsup)とその電力効率(COP, Coefficient of Performance)を示す。
また、10kwの熱を冷却し20℃としたい場合、COP=3.338 であることから、空調機(CRAC)5の電力消費量は2.996kw(電力消費量が40%削減される)となる。一方で、最終的に各サーバに到達する空気の温度(Tin)は、各サーバが正常に動作するための温度(動作保障温度)以下となる必要がある。
Cillerの電力消費量は,図6に示した通り、空調機(CRAC)5の動作と密接に関係しており、空調機(CRAC)5の電力消費量に単純に比例するものと考えることができる。
P=Pidle+(Pmax − Pidle)*n (式1)
Pidle:サーバのCPU使用率が0%の時の電力消費量
Pmax:サーバのCPU使用率が100%の時の電力消費量
n:サーバの使用率(0〜1)
図14では、5つのサーバを設置したデータセンタDCを仮定する。データセンタDC内の空気の流れαは、表1に示したようなサーバ同士のテーブルを仮定する。表1に示されるデータセンタDC内の空気の流れαのモデルは、電力消費モデル管理データベース12に記憶され、これらの情報は、前記したデータセンタ電力消費試算部16でデータセンタDCの電力消費を試算する際に用いられる。
表1では、サーバAの排熱のうち、5%が自身に、2.5%がサーバBに、10%がサーバCに、25%がサーバDに、25%がサーバEの給気と混ざり、残りが空調機(CRAC)5に取り込まれるとしている。
排気温度=給気温度+K*サーバの電力消費量
(注)Kは、空気の密度とサーバを流れる空気の流量、空気の比熱から求めることができる係数。ここでは簡単のため0.05(定数)を用いる。
さらに、空調機(CRAC)の電力消費は、図12に前述の電力消費モデルを用いる。また、冷却する熱量は、簡単のため、サーバの電力消費量の和とした。
サーバが安定的に動作するための温度は、25℃とし、空調機は、起動中のサーバの給気温度が25℃以下となるよう0.5℃刻みで出力を変更するものとする。
空調機(CRAC)の設定温度:16.5度
サーバの電力消費量の和:1090W
空調機(CRAC)の電力消費量の和:469.3W
データセンタDC全体の電力消費量:1559.3W
となる。
空調機(CRAC)の設定温度:16度
サーバの電力消費量の和:1080W
空調機(CRAC)の電力消費量の和:488.3W
データセンタDC全体の電力消費量:1568.3W
となる。
すなわち、サーバの使用率にのみ注目し、サーバ群の電力消費量を少なくしただけでは、データセンタDC全体の電力消費量が大きくなる可能性がある。
Claims (3)
- データセンタ内に複数の物理サーバを設置し、1台の物理サーバを論理的に複数台の論理サーバとして動作させる仮想化技術が適用された複数の物理サーバがネットワークを介して接続され、前記各物理サーバのリソースの使用状況に応じて物理サーバのリソースの論理サーバへの割り当てを動的に変更する一方、データセンタ内に設置された空調機により前記各物理サーバを冷却するネットワーク運用管理方法において、
前記物理サーバのハードウェアスペック及び論理サーバに割り当てたリソース量を管理し、
前記物理サーバ及び前記空調機に関する電力消費量、前記データセンタ内の空気の流れについて予め管理し、
前記各物理サーバの電力消費の総量を試算するとともに、前記各物理サーバを冷却するための空調機の電力消費量を試算することで、データセンタ全体の電力消費量を試算し、
各物理サーバの使用状況に応じ、物理サーバのリソースの論理サーバへの割り当てについて、複数の組み合わせを算出し、各組における電力消費量を前記データセンタ電力消費試算部により試算し、最も電力消費が小さいものを選択し、
その出力結果を基にデータセンタ内における物理サーバのリソースの論理サーバへの割り当てを動的に変更する
ことを特徴とするネットワーク運用管理方法。 - 前記物理サーバのリソースの使用状況を定期的に取得し、前記各処理を定期的に実行することで、データセンタ全体の電力消費量が最小となるようにネットワークの構成を変更する請求項1に記載のネットワーク運用管理方法。
- データセンタ内に複数の物理サーバを設置し、1台の物理サーバを論理的に複数台の論理サーバとして動作させる仮想化技術が適用された複数の物理サーバが、ネットワークを介して接続され、前記各サーバのリソースの使用状況に応じて、物理サーバのリソースの論理サーバへの割り当てを動的に変更する一方、データセンタ内に設置された空調機により前記各物理サーバを冷却するネットワーク運用管理装置であって、
前記物理サーバのハードウェアスペック及び論理サーバに割り当てたリソース量を管理する物理サーバ情報管理データベースと、
前記物理サーバ及び前記空調機に関する電力消費量、前記データセンタ内の空気の流れを管理する電力消費モデル管理データベースと、
前記物理サーバや前記空調機の情報を前記物理サーバ情報管理データベース及び前記電力消費モデル管理データベースに登録する管理インタフェース提供部と、
前記物理サーバのリソースの使用状況を定期的に取得し前記物理サーバ情報管理データベースに保存するリソース利用状況取得部と、
前記各物理サーバの電力消費の総量を試算する物理サーバ電力消費試算部と、前記各物理サーバを冷却するための空調機の電力消費量を試算する空調機電力消費試算部からなり、各部の和によりデータセンタ全体の電力消費量を試算するデータセンタ電力消費試算部と、
各物理サーバの使用状況に応じ、物理サーバのリソースの論理サーバへの割り当てについて、複数の組み合わせを算出し、各組におけるデータセンタ全体の電力消費量を前記データセンタ電力消費試算部により試算し、最も電力消費が小さいものを選択する物理サーバ配置算出部と、
前記物理サーバ配置算出部の出力結果を基にデータセンタ内における物理サーバのリソースの論理サーバへの割り当てを変更し、物理サーバの再配置(物理サーバのリソースの論理サーバへの割り当て)結果を前記物理サーバ情報管理データベースに保存する物理サーバ構成管理部と、
前記各部を制御する中央制御部と
を備えたことを特徴とするネットワーク運用管理装置。
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