把舊數(shù)據(jù)“冷凍”起來(lái)，F(xiàn)acebook這是在干嗎？

本文作者：訾竣喆

2015-11-11 08:30

導(dǎo)語(yǔ)：互聯(lián)網(wǎng)巨頭正在不斷探索如何利用可再生能源“負(fù)瓦特”(Negawatt)來(lái)為他們的數(shù)據(jù)中心供電。

當(dāng)有人提到“可持續(xù)發(fā)展”這個(gè)詞語(yǔ)的時(shí)候，第一個(gè)出現(xiàn)在你腦海里的肯定不會(huì)是數(shù)據(jù)中心。而實(shí)際上，這些有著龐大的計(jì)算機(jī)組、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以及存儲(chǔ)設(shè)備的大樓卻是典型的耗電大戶。原因就在于，為了保障這些設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)，必須要有一個(gè)巨型的冷卻系統(tǒng)來(lái)保證其一直在低溫狀態(tài)下運(yùn)行。它們的配電系統(tǒng)會(huì)在這一制冷過(guò)程中損失近千瓦的電力。并且，為了保障設(shè)備不受突發(fā)狀況導(dǎo)致的停電所影響，這些大廈往往還需要配備有備用電池和柴油發(fā)電機(jī)。而很明顯，這兩者并不是什么清潔能源，會(huì)嚴(yán)重影響周圍的環(huán)境。

把舊數(shù)據(jù)“冷凍”起來(lái)，F(xiàn)acebook這是在干嗎？許多互聯(lián)網(wǎng)巨頭都在想辦法改善這一狀況——建設(shè)自己的數(shù)據(jù)中心。他們自己搭建自己的硬件系統(tǒng)，努力使得他們的數(shù)據(jù)中心更加環(huán)保。這樣做對(duì)他們來(lái)說(shuō)最直觀的益處就是能夠降低運(yùn)營(yíng)成本，并且運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)相對(duì)也更加的便捷。很明顯，有一些公司在環(huán)保方面下的力度很大，其中一個(gè)典型例子就是Facebook。Facebook大量采用自己自家的技術(shù)來(lái)搭建綠色環(huán)保的數(shù)據(jù)中心，并且把這種經(jīng)驗(yàn)開放出來(lái)跟大家共享。Facebook最先進(jìn)的阿爾圖納數(shù)據(jù)中心就采用了由廉價(jià)交換機(jī)組成的網(wǎng)狀連接交換架構(gòu)來(lái)提升性能，F(xiàn)acebook稱之為下一代的數(shù)據(jù)中心——Data Center Fabric。這對(duì)于提升數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)性能、降低成本以及提高能效起到了非常關(guān)鍵的作用。

所有這一切都開始于8年前，當(dāng)時(shí)Facebook正在著手設(shè)計(jì)其位于Prineville的第一個(gè)數(shù)據(jù)中心。Facebook自那時(shí)開始，就已經(jīng)聘用了專門負(fù)責(zé)可持續(xù)發(fā)展的董事Bill Weihl，他直接對(duì)Facebook的環(huán)保工作負(fù)責(zé)。在此期間，F(xiàn)acebook已經(jīng)做了很長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)驗(yàn)，來(lái)研究如何設(shè)計(jì)建立用可持續(xù)能源來(lái)供電的綠色數(shù)據(jù)中心。

冷存儲(chǔ)（cold storage）

如今，F(xiàn)acebook的數(shù)據(jù)庫(kù)中有數(shù)十億的圖片，而你肯定無(wú)法想像為了存儲(chǔ)這些圖片將會(huì)消耗掉多少電力。在2013年，F(xiàn)acebook的圖片存儲(chǔ)系統(tǒng)HayStack一共產(chǎn)生了1EB的數(shù)據(jù)流量。（1EB=1024PB；1PB=1024TB；1TB=1024GB）這個(gè)數(shù)字是非常驚人的。雖然這些圖片在大多數(shù)情況下在被分享幾周之后就很少再會(huì)被查看了，但是Facebook仍然需要保存他們，而且必須要確保即使是在硬盤出現(xiàn)故障的情況下也要保障圖片文件的完整性。

這就意味著Facebook需要在數(shù)據(jù)中心保存大量的數(shù)據(jù)，為了保證這一點(diǎn)就需要其提供大量的電力。而Facebook的工程師則巧妙的利用了“負(fù)瓦特”，開發(fā)了一個(gè)名叫"Cold Storage"的系統(tǒng)。Cold Storage能夠允許Facebook數(shù)據(jù)中心內(nèi)超過(guò)一半的磁盤在任何時(shí)候關(guān)機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)大幅降低功耗?，F(xiàn)在，F(xiàn)acebook的存儲(chǔ)團(tuán)隊(duì)正在考慮進(jìn)一步節(jié)約能源，比如將老舊的圖像拷入藍(lán)光磁盤內(nèi)。

把舊數(shù)據(jù)“冷凍”起來(lái)，F(xiàn)acebook這是在干嗎？目前Facebook已經(jīng)在Prineville及 Forest 兩個(gè)中心建設(shè)了兩套cold storage系統(tǒng)。cold storage系統(tǒng)的每個(gè)服務(wù)器機(jī)柜可容納1.92 PB的數(shù)據(jù)。因此，在完全架設(shè)完畢的情況下，每一個(gè)數(shù)據(jù)中心可以存儲(chǔ)1EB的數(shù)據(jù)。而且Facebook在設(shè)計(jì)時(shí)還考慮到了未來(lái)。很多系統(tǒng)在規(guī)模擴(kuò)大或者利用率上升時(shí)往往就會(huì)出現(xiàn)性能下降的問(wèn)題，而Facebook的這套系統(tǒng)則從一開始設(shè)計(jì)時(shí)就考慮到了。Facebook的做法是每次增加容量時(shí)，都將軟件對(duì)現(xiàn)有數(shù)據(jù)進(jìn)行再平衡。也就是說(shuō)將原有數(shù)據(jù)分配到新的硬件上，并釋放之前用過(guò)的空間。這個(gè)過(guò)程并非實(shí)時(shí)進(jìn)行，十分適合用于系統(tǒng)的逐步移植。這樣既不影響系統(tǒng)的使用，又能逐步將數(shù)據(jù)遷移到新硬件上。如果把Cold Storage看作一塊大硬盤的話，這種再平衡的做法就可以視為智能硬盤整理程序。

降低耗電是開發(fā)Cold Storage系統(tǒng)的主要目的之一。據(jù)介紹這套系統(tǒng)的耗電極低，僅需消耗傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心 1/6的電量。其主要手段就是以空間換功耗——Facebook的數(shù)據(jù)中心占地面積非常大。但是隨著以后單盤容量的提升，其存儲(chǔ)規(guī)模還可以進(jìn)一步擴(kuò)大。同時(shí)由于cold storage存放的不是活躍數(shù)據(jù)，而是歷史數(shù)據(jù)，所以 Facebook可以把冗余電力系統(tǒng)（不間斷電源、柴油發(fā)電機(jī)、備用電池等）也拋棄了，從而進(jìn)一步提升了能效。

把舊數(shù)據(jù)“冷凍”起來(lái)，F(xiàn)acebook這是在干嗎？為了盡可能降低能耗，Cold Storage 允許服務(wù)器不帶硬盤一起啟動(dòng)，之后將由軟件來(lái)控制其閑時(shí)時(shí)段。不過(guò)這樣就要求Facebook對(duì)Open Vault的存儲(chǔ)規(guī)范進(jìn)行修改。Facebook最大的改動(dòng)就是——每次只允許為每個(gè)托盤上的一塊硬盤供電。為了避免軟件bug錯(cuò)將所有硬盤都供電，導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心保險(xiǎn)燒壞，F(xiàn)acebook甚至還專門修改了每一塊硬盤驅(qū)動(dòng)器的固件。此外，由于不需要每次都給所有硬盤供電了，F(xiàn)acebook還通過(guò)一系列的優(yōu)化成功使得機(jī)架的存儲(chǔ)密度大大增加，與傳統(tǒng)存儲(chǔ)服務(wù)器相比，其耗電只有后者的 1/4。

提升能源使用效率

在2012年，紐約時(shí)報(bào)的一篇報(bào)道揭露了IT業(yè)數(shù)據(jù)中心效率低下，耗電量驚人的問(wèn)題。自此之后，降低數(shù)據(jù)中心能耗效率值（PUE）便成了考核數(shù)據(jù)中心的熱門指標(biāo)之一。（PUE指數(shù)據(jù)中心總耗電量與IT設(shè)備耗電量的比值，這個(gè)值越接近1，數(shù)據(jù)中心的能耗效率就越高）。

而Facebook位于北卡萊羅納的數(shù)據(jù)中心僅通過(guò)使用自然風(fēng)制冷，并提高服務(wù)器硬件的耐熱性能，就打造出了PUE能耗效率值僅為1.07的超級(jí)綠色數(shù)據(jù)中心。這個(gè)數(shù)值也大大超過(guò)了Google數(shù)據(jù)中心PUE能耗效率值——1.12。據(jù)介紹，F(xiàn)acebook使用Bin Maker軟件分析天氣數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)出北卡萊羅納的溫度和濕度，然后通過(guò)美國(guó)采暖、制冷和空調(diào)工程師協(xié)會(huì)（ASHRAE）的數(shù)據(jù)來(lái)判斷是否需要使用空調(diào)。

把舊數(shù)據(jù)“冷凍”起來(lái)，F(xiàn)acebook這是在干嗎？此外，F(xiàn)acebook還根據(jù)其發(fā)布的Open Compute標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)出了能耐受更高室內(nèi)溫度和濕度的服務(wù)器硬件，并通過(guò)改善傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心電力供應(yīng)鏈來(lái)減少在電力轉(zhuǎn)換過(guò)程中的能源損失。對(duì)傳統(tǒng)服務(wù)器來(lái)說(shuō)，如果一個(gè)UPS壞了或者電源部件壞了，整個(gè)數(shù)據(jù)中心就癱瘓了，而對(duì)Open Compute來(lái)說(shuō)，只是某個(gè)部分不能繼續(xù)使用罷了。另外，在維修傳統(tǒng)服務(wù)器時(shí)，維修人員必須將整個(gè)服務(wù)器拿出來(lái)，用工具拆開后才可以修理；而Open Compute則采用了通用電源插座，維修時(shí)直接通過(guò)滑軌拉出來(lái)就可以實(shí)現(xiàn)在線維修。為了進(jìn)一步提高能源使用效率，甚至連數(shù)據(jù)中心樓道里的燈都是只有在人通過(guò)的情況下才會(huì)亮。Facebook在提高數(shù)據(jù)中心能源使用效率上下的功夫可見一斑。