TWI597602B - Server Room Energy Saving Method Based on Server Resource Load and Location Awareness - Google Patents

Description

基於伺服器資源負載及位置感知之雲端機房節能方法

本發明係關於一種雲端機房節能方法，特別係指一種利用機房配置與伺服器負載監控，在最小化開啟中之機房冷卻系統數量的前提下，定期監控所有伺服器的負載情形，取得伺服器與機房冷卻系統對應之位置資訊，計算最佳化之雲端機房用電組合，將處在不同冷卻區域內之伺服器負載工作透過虛擬化技術即時轉移，確保在虛擬機服務不中斷的同時，達成調整機房冷卻系統與伺服器用電，達到節能之目的。

2011年非生產性質行業能源查核年報顯示，「電信網路機房」是單位面積年用電量密度最高之建築物類型，其中「空調設備」與「其他設備」的耗電比例佔總電能消費之一二。「其他設備」包含伺服器等機房基礎設施。

隨著全球暖化、節能減碳的影響層面持續擴展，低耗能的機房思維逐漸發展。依據Gartner研究資料顯示，一般企業伺服器使用率約5~10%，且其在閒置時的耗電量僅較執行作業時降低20~40%。若能利用虛擬化技術整併資源使用，改良伺服器的電力使用效率，可大幅降低能源的耗損。此種利用虛擬化技術整合伺服器資源的技術，已見於先前的中華民國發明專利公開號第201020756號「經由虛擬化機會之電 力最佳化」一案中。惟此只考量機房伺服器設備之能源，即「其他設備」之能源，然而「空調設備」之能源使用效率仍未改善。

由此可見，上述習用方式仍有諸多缺失，實非一良善之設計，而亟待加以改良。

本案發明人鑑於上述習用方式所衍生的各項缺點，乃亟思加以改良創新，並經多年苦心孤詣潛心研究後，終於成功研發完成本件基於伺服器電力消耗及位置感知之雲端機房節能方法。

本發明之目的即在於提供一種基於伺服器資源負載及位置感知之雲端機房節能方法，結合資源負載監控、位置感知以及機房冷卻系統控制，搭配虛擬化技術，在開啟最少機房冷卻系統的目標下，評估各個冷卻區域內之伺服器負載狀況，並將處在不同冷卻區域內之伺服器負載工作即時轉移至相同冷卻區域內之伺服器上，同時將工作集中，減少需要開機的伺服器，因此能在虛擬機服務不中斷的同時，調整機房冷卻系統與伺服器用電，以達成節能減碳的目的。

可達成上述發明目的之一種基於伺服器資源負載及位置感知之雲端機房節能方法，係指利用虛擬化技術集中伺服器、調整機房冷卻系統開關之方法，主要係由五大程序組成：(1)監控資源負載情形與位置：取得開啟中之伺服器與虛擬機的資源負載情形及位置；(2)判斷與重整開啟中之伺服器位置：依據開啟中之伺服器分佈位置，集中開啟中之伺服器；(3)動態調整增加開啟中之伺服器數量：針對開啟 中之伺服器可用資源過少的情形(例如虛擬機開機、虛擬機資源增加等)，進行開啟伺服器之行為；(4)動態調整減少開啟中之伺服器數量：針對開啟中之伺服器可用資源過多的情形(例如虛擬機關機、虛擬機資源減少等)，進行關閉伺服器之行為；(5)判斷與調整機房冷卻系統：依據開啟中之伺服器與機房冷卻系統位置，調整機房冷卻系統之狀態(開啟或關閉)。透過上述程序可進行機房伺服器最佳化集中式管理，減少設備無負載卻仍運轉的機率，降低維運成本。

一種基於伺服器資源負載及位置感知之雲端機房節能方法，其中該方法包含：一監控資源負載情形與位置之程序，定期監控並取得開啟中之伺服器與虛擬機的資源負載情形與位置；一判斷與重整開啟中之伺服器位置之程序，當取得伺服器資源負載情形與位置後，需進行判斷分佈位置之分散度，依據該開啟中之虛擬機與伺服器分佈位置，重整並集中該開啟中之伺服器；一動態調整減少開啟中之伺服器數量之程序，當該開啟中之伺服器總運算資源超出虛擬機總運算資源需求時，需動態調整關閉無負載之伺服器；一動態調整增加開啟中之伺服器數量之程序，當該開啟中之伺服器總運算資源不足該虛擬機總運算資源需求時，需動態調整開啟其餘伺服器；一判斷與調整機房冷卻系統之程序，當目前該開啟中之伺服器與虛擬機皆已集中化後，需判斷該開啟中之伺服器與機房冷卻系統之分佈位置是否可搭配，並進行調整。

該監控資源負載情形與位置，係包含以下步驟：取得伺服器與虛擬機分佈位置；偵測開啟中之該伺服器與虛擬機分佈位置；取得該伺服器與虛擬機資源負載情形。

該判斷與重整開啟中之伺服器位置，係包含以下步驟：計算伺服器最佳資源分配；判斷是否需進行開啟中之伺服器位置重整；取得需集中之虛擬機清單；即時轉移虛擬機。

該動態調整減少開啟中之伺服器數量，係包含以下步驟：取得欲關閉的伺服器清單；依前步驟之該伺服器清單關閉伺服器。

該動態調整增加開啟中之伺服器數量，係包含以下步驟：選擇欲開啟伺服器之區域；依前步驟之該區域取得需開啟的該伺服器清單並開啟該伺服器。

該判斷與調整機房冷卻系統，係包含以下步驟：取得該開啟中之伺服器與該機房冷卻系統之分佈位置，並利用兩者之分佈位置進行比對，判斷該伺服器與該機房冷卻系統分佈位置是否為最佳化狀態；若該兩者分佈位置為最佳化狀態，即維持原該冷卻系統配置，結束流程；若該兩者分佈位置不為最佳化狀態，依該開啟中之伺服器位置調整該機房冷卻系統配置，該機房冷卻系統開啟數量過多，則減少該開啟中之該機房冷卻系統數量，反之，該機房冷卻系統開啟數量過少，則增加該開啟中之該機房冷卻系統數量。

本發明所提供之一種基於伺服器資源負載及位置感知之雲端機房節能方法，與其他習用技術相互比較時，更具備下列優點：

1. 本專利係利用機房伺服器配置與虛擬機管控技術，定期監控所有伺服器當前之負載情形，並取得伺服器與機房冷卻系統之位置資訊，依據資源負載與分散程度判定是否需要集中化伺服器位置，並運用虛 擬化技術即時轉移虛擬機來集中化管理伺服器，達到最佳化之機房用電組合。

2. 本專利針對伺服器資源過多或不足之情形(例如虛擬機開關機、虛擬機資源增減等)提供另外的處理流程。當伺服器資源過剩，考量伺服器與機房冷卻系統位置集中化資源配置後，將欲關閉的伺服器與機房冷卻系統進行關閉。若伺服器資源不足，必須增加資源，此時以達到雲端機房最高效能功耗比之目的，選擇欲開啟的伺服器與機房冷卻系統，確保伺服器與機房冷卻系統配置最佳化。

101‧‧‧監控資源負載情形與位置

102‧‧‧計算開啟中之伺服器總資源負載狀態

103、106‧‧‧判斷與重整開啟中之伺服器位置

104‧‧‧動態調整減少開啟中之伺服器數量

105‧‧‧動態調整增加開啟中之伺服器數量

107‧‧‧判斷與調整機房冷卻系統

201‧‧‧取得服器與虛擬機分佈位置

202‧‧‧偵測開啟中之伺服器與虛擬機分佈位置

203‧‧‧取得伺服器與虛擬機資源負載情形

301‧‧‧計算伺服器最佳資源分配

302‧‧‧判斷是否需進行伺服器位置重整

303‧‧‧取得需集中之虛擬機清單

304‧‧‧即時轉移虛擬機

401‧‧‧取得欲關閉的伺服器清單

402‧‧‧依清單關閉伺服器

501‧‧‧選擇欲開啟伺服器之區域

502‧‧‧取得需開啟的伺服器清單並開啟伺服器

601‧‧‧取得伺服器與機房冷卻系統分佈位置

602‧‧‧判斷伺服器與機房冷卻系統分佈位置狀態

603‧‧‧減少開啟中之機房冷卻系統數量

604‧‧‧增加開啟中之機房冷卻系統數量

請參閱有關本發明之詳細說明及其附圖，將可進一步瞭解本發明之技術內容及其目的功效；有關附圖為：圖1為本發明基於伺服器資源負載及位置感知之雲端機房節能方法之高階流程圖；圖2為本發明基於伺服器資源負載及位置感知之雲端機房節能方法之監控資源負載情形與位置程序之流程圖；圖3為本發明基於伺服器資源負載及位置感知之雲端機房節能方法之判斷與重整開啟中之伺服器位置程序之流程圖；圖4為本發明基於伺服器資源負載及位置感知之雲端機房節能方法之動態調整減少開啟中之伺服器數量程序之流程圖；圖5為本發明基於伺服器資源負載及位置感知之雲端機房節能方法之動態調整增加開啟中之伺服器數量程序之流程圖； 圖6為本發明基於伺服器資源負載及位置感知之雲端機房節能方法之判斷與調整機房冷卻系統程序之流程圖。

請參閱圖1所示，為本發明基於伺服器資源負載及位置感知之雲端機房節能方法之高階流程圖，係包括五大程序：一監控資源負載情形與位置101，係用以取得並偵測伺服器與虛擬機之資源使用量與其分佈位置。

一計算開啟中之伺服器總資源負載狀態102，係用以判斷開啟中之伺服器總資源的使用狀態，判斷結果可分資源過多、過少、剛好。

一判斷與重整開啟中之伺服器位置103、106，係用以判斷開啟中之伺服器與虛擬機之分佈位置的分散程度，運用虛擬機即時轉移技術集中化虛擬機，此時開啟中之伺服器也隨之集中至相同機房冷卻系統區域。

一動態調整減少開啟中之伺服器數量104，係用以當開啟之伺服器總運算資源超出虛擬機總運算資源需求時，減少伺服器數量，以降低閒置伺服器之耗電量。

一動態調整增加開啟中之伺服器數量105，係用以當開啟之伺服器總運算資源無法滿足虛擬機總運算資源需求時，增加伺服器數量，以滿足需求。

一判斷與調整機房冷卻系統107，係用以當開啟中之伺服器已集中化後，依據開啟中之伺服器分佈位置，調整機房冷卻系統之配置。此狀態執行完畢後，將回到監控資源負載情形與位置101持續監測，確保機房開啟中之伺服器與機房冷卻系統配置皆位於最佳化狀態。

此五大程序之流程為監控資源負載情形與位置101，並以此為依據計算開啟中之伺服器總資源負載狀態102，依狀態判斷進入不同之處理程序。若總資源過多，需先判斷與重整開啟中之伺服器位置103，並動態調整減少開啟中之伺服器數量104。若總資源過少，需動態調整增加開啟中之伺服器數量105，再進行判斷與重整開啟中之伺服器位置106。若總資源剛好，則直接判斷與重整開啟中之伺服器位置106。三種狀態所需進行之程序完成後，皆須依照開啟中之伺服器位置判斷與調整機房冷卻系統107，並持續監控整體機房伺服器資源負載情形與位置101，以確保機房用電可達到最高利用率。

請參閱圖2所示，為本發明基於伺服器資源負載及位置感知之雲端機房節能方法之監控資源負載情形與位置之流程圖，取得伺服器與虛擬機分佈位置201，並偵測開啟中之伺服器與虛擬機分佈位置202，接著取得伺服器與虛擬機資源負載情形203，以利後續須進行位置調整。

請參閱圖3所示，為本發明基於伺服器資源負載及位置感知之雲端機房節能方法之判斷與重整開啟中之伺服器位置之流程圖，於監控資源負載情形與位置取得伺服器與虛擬機之資源負載與分佈位置後，計算伺服器最佳資源分配301，並判斷是否需進行伺服器位置重整302，若需進行伺服器位置重整，亦即開啟中之伺服器分佈位置經計算後，屬分散，取得需集中之虛擬機清單303，並即時轉移虛擬機304；若不需進行伺服器位置重整，亦即開啟中之伺服器分佈位置經計算後，屬集中，則不進行伺服器位置重整。經過伺服器與虛擬機之集中化，此時機房內伺服器分佈已為最佳化狀 態。

請參閱圖4所示，為本發明基於伺服器資源負載及位置感知之雲端機房節能方法之動態調整減少開啟中之伺服器數量之流程圖，取得欲關閉的伺服器清單401，並依清單關閉伺服器402。

請參閱圖5所示，為本發明基於伺服器資源負載及位置感知之雲端機房節能方法之動態調整增加開啟中之伺服器數量之流程圖，選擇欲開啟伺服器之區域501，取得需開啟的伺服器清單並開啟伺服器502。

請參閱圖6所示，為本發明基於伺服器資源負載及位置感知之雲端機房節能方法之判斷與調整機房冷卻系統之流程圖，取得伺服器與機房冷卻系統分佈位置601進行比較，並判斷伺服器與機房冷卻系統分佈位置狀態602。經判斷有三種情形：(1)若目前開啟中之伺服器與機房冷卻系統的分佈位置為最佳化，則結束流程；(2)若目前開啟中之伺服器與機房冷卻系統的分佈位置不為最佳化，且開啟中之機房冷卻系統數量過多，則減少開啟中之機房冷卻系統數量603，使開啟中之伺服器與機房冷卻系統分佈位置調整為最佳化狀態；(3)若目前開啟中之伺服器與機房冷卻系統的分佈位置不為最佳化，且開啟中之機房冷卻系統數量過少，則增加開啟中之機房冷卻系統數量604，使開啟中之伺服器與機房冷卻系統分佈位置調整為最佳化狀態。

上列詳細說明乃針對本發明之一可行實施例進行具體說明，惟該實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。

綜上所述，本案不僅於技術思想上確屬創新，並具備習用之傳統方法所不及之上述多項功效，已充分符合新穎性及進步性之法定發明專利要件，爰依法提出申請，懇請 貴局核准本件發明專利申請案，以勵發明，至感德便。

101‧‧‧監控資源負載情形與位置

102‧‧‧計算開啟中之伺服器總資源負載狀態

103、106‧‧‧判斷與重整開啟中之伺服器位置

104‧‧‧動態調整減少開啟中之伺服器數量

105‧‧‧動態調整增加開啟中之伺服器數量

107‧‧‧判斷與調整機房冷卻系統

Claims (6)

1. 一種基於伺服器資源負載及位置感知之雲端機房節能方法，其中該方法包含：a. 一監控資源負載情形與位置之程序，定期監控並取得開啟中之伺服器與虛擬機的資源負載情形與位置；b. 一判斷與重整開啟中之伺服器位置之程序，當取得伺服器資源負載情形與位置後，需進行判斷分佈位置之分散度，依據該開啟中之虛擬機與伺服器分佈位置，重整並集中該開啟中之伺服器；c. 一動態調整減少開啟中之伺服器數量之程序，當該開啟中之伺服器總運算資源超出虛擬機總運算資源需求時，需動態調整關閉無負載之伺服器；d. 一動態調整增加開啟中之伺服器數量之程序，當該開啟中之伺服器總運算資源不足該虛擬機總運算資源需求時，需動態調整開啟其餘伺服器；e. 一判斷與調整機房冷卻系統之程序，當目前該開啟中之伺服器與虛擬機皆已集中化後，需判斷該開啟中之伺服器與機房冷卻系統之分佈位置是否可搭配，並進行調整。
2. 如申請專利範圍第1項所述之基於伺服器資源負載及位置感知之雲端機房節能方法，其中該監控資源負載情形與位置，係包含以下步驟：a. 取得伺服器與虛擬機分佈位置；b. 偵測開啟中之該伺服器與虛擬機分佈位置；c. 取得該伺服器與虛擬機資源負載情形。
3. 如申請專利範圍第1項所述之基於伺服器資源負載及位置感知之雲端機房節能方法，其中該判斷與重整開啟中之伺服器位置，係包含以下步驟：a. 計算伺服器最佳資源分配；b. 判斷是否需進行開啟中之伺服器位置重整；c. 取得需集中之虛擬機清單；d. 即時轉移虛擬機。
4. 如申請專利範圍第1項所述之基於伺服器資源負載及位置感知之雲端機房節能方法，其中該動態調整減少開啟中之伺服器數量，係包含以下步驟：a. 取得欲關閉的伺服器清單；b. 依步驟a之該伺服器清單關閉伺服器。
5. 如申請專利範圍第1項所述之基於伺服器資源負載及位置感知之雲端機房節能方法，其中該動態調整增加開啟中之伺服器數量，係包含以下步驟：a. 選擇欲開啟伺服器之區域；b. 依步驟a之該區域取得需開啟的該伺服器清單並開啟該伺服器。
6. 如申請專利範圍第1項所述之基於伺服器資源負載及位置感知之雲端機房節能方法，其中該判斷與調整機房冷卻系統，係包含以下步驟：a. 取得該開啟中之伺服器與該機房冷卻系統之分佈位置，並利用兩者之分佈位置進行比對，判斷該伺服器與該機房冷卻系統分佈位置是否為最佳化狀態；b. 若該兩者分佈位置為最佳化狀態，即維持原該冷卻系統配置，結束流程； c. 若該兩者分佈位置不為最佳化狀態，依該開啟中之伺服器位置調整該機房冷卻系統配置，該機房冷卻系統開啟數量過多，則減少該開啟中之該機房冷卻系統數量，反之，該機房冷卻系統開啟數量過少，則增加該開啟中之該機房冷卻系統數量。