當發(fā)明超文本傳輸協(xié)議（HTTP）的時候，沒有人能夠預(yù)計具有現(xiàn)代瀏覽器功能的現(xiàn)代Web 2.0基礎(chǔ)架構(gòu)的出現(xiàn)?，F(xiàn)代生活中，我們每天多次進行“網(wǎng)上沖浪“。我們通過Facebook，MySpace和Flickr等網(wǎng)絡(luò)工具進行溝通，也不忘記使用常規(guī)的電子郵件。我們能安心地在網(wǎng)上購物，得益于對原始協(xié)議的安全擴展，該協(xié)議現(xiàn)在稱為 HTTPS（“安全”部分已經(jīng)被加入）。同時還有機對機（M2M）應(yīng)用程序在后臺運行，完成資料庫更新、氣象資料收集等任務(wù)。

所有這些系統(tǒng)都是基于服務(wù)器-客戶端模式實現(xiàn)的。也就是說，有一個客戶端（如瀏覽器）和一臺提供內(nèi)容或收集信息的服務(wù)器。開始時，會給服務(wù)器分配一個（或幾個）IP地址，然后服務(wù)器軟件會將內(nèi)容提供給客戶。創(chuàng)建新“網(wǎng)站”時，服務(wù)器軟件將具備所分配的資源和專用存儲空間。通常情況下，這種模式在負荷平穩(wěn)（即波動不大）的情況下，是能夠正常工作的。例如，如果我已知一臺服務(wù)器每秒可提供1000萬個網(wǎng)頁（假設(shè)通信帶寬可用），而對方也知道每個被托管的網(wǎng)站的最大“頁面點擊率”，那么他就可以計算出服務(wù)器上的負荷，以便維持為客戶（托管客戶和使用客戶）提供的峰值性能。

Web 2.0的影響

當網(wǎng)站上的所有內(nèi)容都是靜態(tài)內(nèi)容（即內(nèi)容很少發(fā)生變化）時，運行就會相當良好。僅具有單詞查詢功能（沒有視頻和音樂等）的在線詞典就是一個很好的例子。在這種情況下就很容易計算出負荷量。據(jù)統(tǒng)計，世界上不會每個人同時想查詢“Stochastic（隨機的）”一詞的定義……您可能認為負荷會按一天內(nèi)不同時段發(fā)生變化，但就全球范圍而言，有人是一直在進行查詢的。

Web 協(xié)議的工作方式是：打開與服務(wù)器的會話，接收內(nèi)容，然后終止會話， 釋放服務(wù)器中的資源為其他任務(wù)所用?，F(xiàn)在所有“內(nèi)容”都在瀏覽器中。因此，當您查找一個詞時，其定義和任何圖形就會發(fā)回給您，您可以按照您自己的速度進行閱讀。服務(wù)器就會轉(zhuǎn)到其他事情上。

但是，情況不再如此。當您下載音樂視頻的時候情況會怎么樣呢？服務(wù)器不再只是提供一個網(wǎng)頁，然后繼續(xù)前進。它現(xiàn)在在努力將40兆文件轉(zhuǎn)移到您的機器上。在網(wǎng)頁中加入嵌入式播放器，服務(wù)器就將實時把視頻流發(fā)送給客戶端。在這種情況下，負荷仍然是可以統(tǒng)計監(jiān)測的，網(wǎng)站也是可以修改的。隨著受歡迎程度或需求的增加，網(wǎng)站可被轉(zhuǎn)移到專用的、僅處理單域的服務(wù)器上。

那是Web 1.0時出現(xiàn)的情況。今天Web 2.0所存在的問題是，我們所做的大都是在服務(wù)器端完成的。例如，Google Docs是一個位于服務(wù)器端的完整的文件編輯和歸檔系統(tǒng)。它將計算機的瀏覽器用作用戶界面工具，卻很少動用客戶資源。現(xiàn)在，人們在開始使用網(wǎng)絡(luò)時，更多的工作是由后臺完成的。在服務(wù)器和客戶端之間的互動不斷增加，除非采取措施來保證足夠的資源，否則這將會使服務(wù)器的負荷產(chǎn)生劇烈波動，并導(dǎo)致性能降低。

尋求解決辦法

過去，為了防止網(wǎng)站崩潰的一種能效低下的做法是將統(tǒng)計的最大負荷資源加載到一個網(wǎng)域。大多數(shù)情況下，這些服務(wù)器的負載可能只能達到40-60％，但在高峰時段將達到100％，但該網(wǎng)站仍能繼續(xù)有效地工作。人們很快認識到，大部分時間服務(wù)器并沒有達到最大荷載。它們只是在部分時間工作，直至高峰負載來臨——而這種高峰來臨的時間并不總是已知的。例如，在任何特定的一天，一個新聞網(wǎng)站的業(yè)務(wù)流量都可能會維持在正常的水平。而當一個突發(fā)事件發(fā)生，如果每個人都上網(wǎng)查與之相關(guān)的照片或視頻時，就可能會導(dǎo)致網(wǎng)站癱瘓。

最佳解決方案是將服務(wù)器“虛擬化”——即創(chuàng)建看起來像是專用服務(wù)器的軟件，但是，如果需要的話，在處理過程中也能夠動態(tài)轉(zhuǎn)向更多的資源。當高負荷消失時，該軟件能通過將更多網(wǎng)站合并到一臺機器（現(xiàn)代服務(wù)器中的刀片）上來使服務(wù)器“瘦身”。其他未使用的刀片可以進入待機狀態(tài)，從而大大減少中心的耗電量。采用這種新的方法，不僅可以降低服務(wù)器的電力消耗量，而且還降低了散熱的HVAC成本，從而降低服務(wù)器機房的能源成本。

對服務(wù)器的沖擊

這是邁向數(shù)據(jù)中心和服務(wù)器群“綠化”進程的一項重大舉措。能源消耗降低了，但是往往軟件同時也會影響到硬件（反之亦然）。切負荷對系統(tǒng)硬件和周圍的基礎(chǔ)設(shè)施有什么樣的影響呢？

首先應(yīng)觀察刀片服務(wù)器的電源。一般情況下，刀片服務(wù)器中有兩套冗余電源，將民用電源轉(zhuǎn)為直流母線。母線沿背板的長度（所有刀片插入的位置）布設(shè)，而且每一個刀片都有自己的電源調(diào)節(jié)器，用于提供正確的電壓和電流。在較大的系統(tǒng)中，直流母線可以沿機架的高度布設(shè)，為疊放在其他系統(tǒng)上方的多套刀片服務(wù)。

在設(shè)計電源的時候，需要有一個作為目標負荷的規(guī)范。這就告訴設(shè)計者在選擇元件時將最高的能效轉(zhuǎn)換置于何處。設(shè)計方程式提供了系統(tǒng)將最有效工作的元件值。這是一個固定點，所以升高或降低負荷（多數(shù)情況下都是降低負荷）都將改變效率曲線。如果目標負荷的峰值效率為92％，那么，將負荷降低至目標要求的25％就可能會導(dǎo)致效率下降到75％。

電源設(shè)計者突然面臨一個新的挑戰(zhàn)，即提供能在寬負載范圍內(nèi)工作的高效率的電源?，F(xiàn)代開關(guān)電源使用大功率的FET晶體管來“開關(guān)”電源，采用脈沖寬度調(diào)制（還有其他方法）來實現(xiàn)。這些技術(shù)的輸出均呈現(xiàn)出復(fù)雜的波形，其平均值為新的較低電壓。由電感器和電容器制成的大功率濾波器能使輸出波形更加平滑，同時提供純凈的直流電壓。輸出由控制器監(jiān)控，同時，場效應(yīng)管的切換被改變，以便在負載和輸入發(fā)生變化時能夠保持穩(wěn)定的輸出。 

 場效應(yīng)管、電感器和電容器都應(yīng)加以選擇以滿足負載規(guī)格，同時，一旦其在線路中被固定，它們的值就不能以動態(tài)的方式加以改變。因此，如果負荷下降到設(shè)計指標以下，能源就會因為這些元件的損耗而受到損失。一種解決方案是構(gòu)建多相轉(zhuǎn)換器。在大電流電源（如個人電腦中向處理器提供內(nèi)核電壓的主板中的電源）中，非常普遍的做法是設(shè)定3個或4個協(xié)同工作的電源——每個電源輪流向負載供電。

這種拓撲結(jié)構(gòu)的優(yōu)點在于當負載降低時，可以關(guān)閉某些相，而其余各相則被擴張以代替缺失的相（見圖1）。這就會提高電源的復(fù)雜性，其用于確保在相增加或減少的過渡期內(nèi)，其輸出一直不會發(fā)生變化。所有的電源轉(zhuǎn)換器都在峰值效率附近工作或者被關(guān)閉。將這種方法應(yīng)用到大型直流母線電源，使得刀片服務(wù)器能在寬負載范圍內(nèi)高效運行。但是，為了應(yīng)對這些動態(tài)負載，電源也正變得越來越復(fù)雜。

圖1-隨負載變化切相

對基礎(chǔ)設(shè)施的影響

和電源的情況一樣，承載信息的通訊基礎(chǔ)設(shè)施也會受到影響。每一臺刀片服務(wù)器均通過將一個或多個千兆以太網(wǎng)連接到一個交換機的方式來進行通信。服務(wù)器和交換機中的物理層設(shè)備都會消耗許多瓦的功率，而且可能會迅速累計起來。如果一臺刀片服務(wù)器置于備用，物理層設(shè)備通常不會被關(guān)閉——仍然保持鏈接，但通話已經(jīng)停止。在大多數(shù)情況下，這并不會顯著降低物理層設(shè)備（PHY)所消耗的能量，因為它仍需要維持鏈接。即使服務(wù)器端的物理層設(shè)備（PHY)關(guān)機，交換機端的物理層設(shè)備（PHY)也必須繼續(xù)開機運行以便監(jiān)視鏈接活動——這些又會導(dǎo)致能源消耗。

目前正在采取多種方法來解決這個問題。當鏈接消失時可將其轉(zhuǎn)至備用或有意置于低功耗狀態(tài)的物理層設(shè)備（PHY)將減少能源消耗。電氣和電子工程師協(xié)會（IEEE）有一個工作組，叫做802.3az任務(wù)組。其目標就是開發(fā)協(xié)議，該協(xié)議用于新物理層設(shè)備（PHY)，在使用率較低時能夠降低功耗及使鏈接保持激活狀態(tài)。

另一種方法是簡單地對半導(dǎo)體工藝本身進行限制。CMOS工藝功耗與頻率成線性關(guān)系與電源電壓成指數(shù)關(guān)系（見方程式1）。

方程式1 – CMOS的能耗

過去采用個人電腦處理器中的動態(tài)電壓調(diào)節(jié)之類的技術(shù)來降低這些損失。如今，更現(xiàn)代的技術(shù)叫自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)或AVS, 由美國國家半導(dǎo)體公司率先推出10G base-T Teranetics TN2022等物理層設(shè)備就使用這種技術(shù)。基本上，AVS技術(shù)可連續(xù)監(jiān)測設(shè)備內(nèi)部過程的性能和進行自動調(diào)整，通過調(diào)整電源電壓來實現(xiàn)。與固定電源電壓相比，該技術(shù)可以節(jié)省20％至50％的能源。此外，它可以補償運行過程中的溫度和過程變化（老化）。這項技術(shù)與其它技術(shù)相結(jié)合就可以大大降低基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用的能源消耗，并自動適應(yīng)由于服務(wù)器接入或退出網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)致的負載變化。

結(jié)論

那么，還可能發(fā)生其他情況嗎？大量自身處理能力很低的上網(wǎng)本（Netbook）正將更多的資源推回到服務(wù)器。不久以后，可能很少有軟件或磁盤存儲器保存在這些計算機內(nèi)——大多數(shù)文件都將保存在“虛擬”中。用于產(chǎn)生和分享文檔或演示的所有傳統(tǒng)軟件工具都將被放在服務(wù)器上。

此外，虛擬游戲正在興起。大多數(shù)游戲計算機要求極高性能的計算來提供這些游戲中所描繪的逼真場景。這就可能會轉(zhuǎn)至服務(wù)器端，僅將實時視頻流發(fā)送到用戶端電腦。這可能就會使低性能上網(wǎng)本和其他計算設(shè)備（包括手持式移動終端，如iPhone等）能夠播放高性能的游戲。

人類具有移動性，移動終端的發(fā)展變化會將更多的資源需求返回到數(shù)據(jù)中心和基礎(chǔ)設(shè)施。由于網(wǎng)絡(luò)活動具有大范圍波動的特性，虛擬化將繼續(xù)實現(xiàn)能源節(jié)約，同時，硬件將需要尋找新的途徑來適應(yīng)不斷變化的負載。