【文章內容簡介】 l 發(fā)電 如果市電斷電持續(xù)時間很長，僅使用 UPS 標準配置電池是不夠的。所以，大部分數(shù)據(jù)中心都采用了現(xiàn)場后備發(fā)電的方法。這些發(fā)電系統(tǒng)以柴油、天然氣或其它碳氫化合物燃料為動力，可以為現(xiàn)場提供長時間的高質量電源。如遇超長時間市電斷電，發(fā)電機燃料的及時供應或大型存儲容器要有足夠的容量可以維持關鍵系統(tǒng)運轉。同樣，當系統(tǒng)的可用性要求很高時，也必須是發(fā)電機冗余備份。 加熱和冷卻子系統(tǒng)為數(shù)據(jù)中心提供基本的環(huán)境條件 。由于在大部分情況下計算機設備產生的熱量非常大，所以必須認真考慮散熱問題。尤其是大量采用占地面積小的高密度服務器，使數(shù)據(jù)中心的電源功率密度快速增加，有可能形成很多熱量難以散發(fā)的“熱點”，散熱方式、氣流方向及路徑，在規(guī)劃未來電源功率密度水平和數(shù)據(jù)中心發(fā)展時必須要考慮周全。當然，冷卻過程會伴隨這時度升高，故需增加除濕手段。 在寒冷的冬季，機房需要升溫，升溫時往往伴隨著干燥，因此，需要增加加濕措施。不論是加濕還是除濕，必須掌握好尺度，否則就會導致機器故障。 很多數(shù)據(jù)中心的溫度在冷卻功能失效后，會立即超過設 備的工作溫度限制。因此，經常需要用系統(tǒng)冗余來避免宕機。一般精密空調 (HVAC)系統(tǒng)通常連接到發(fā)電機備份電源上，以最大限度地減少由于電源故障導致的宕機時間。 對于任何安裝了關鍵系統(tǒng)的機房而言，必須解決安全問題。對現(xiàn)場的訪問僅限于擁有通行證，和經過適當培訓、能夠正確使用相關設備的人員。否則就可能導致意想不到的故障。現(xiàn)場安全性經常同時包括武裝警衛(wèi)、入侵預防、視頻監(jiān)控和先進的身份識別技術。 目前大部分機房都在使用高架地板。高架地板是一種特殊地板，有 防靜電和普通型之分，它將設備支撐在樓板以上 1248 英寸的位置。這樣就可以很方便地在設備下面布置數(shù)據(jù)和電源電纜。高架地板還經常用于風冷通道，為數(shù)據(jù)中心的特定點提供冷氣。高架地板的類型、質量和開孔位置及大小也需細心考慮。 現(xiàn)場監(jiān)控類似于汽車上的儀表板。對其中主要參數(shù)的及時了解有助于進行預測性維護，這種監(jiān)視必須持是續(xù)檢的。監(jiān)控既可以在本地進行、也可以遠程進行。這樣一來，從任何地點都能夠對數(shù)據(jù)中心進行監(jiān)視，了如指掌。 緊急斷電系統(tǒng)也是數(shù)據(jù)中心的一個子系統(tǒng)，但是每個人都 希望永遠不要將其派上用場。但在緊急情況出現(xiàn)時，為了擴大大事故范圍，就使系統(tǒng)全面停止工作，并禁用數(shù)據(jù)中心的所有其它電源系統(tǒng)。比如在發(fā)生火災或自然災害時，該系統(tǒng)允許救援人員進入房間而不必擔心電氣安全。 在進行基建時，必須了解有關消防的規(guī)定，并遵照執(zhí)行。由于進出數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)和電源電纜非常多，因此防火是一個很重要的問題，但就是這一問題卻經常被忽視。除防火系統(tǒng)外，數(shù)據(jù)中心還配備了滅火系統(tǒng)。滅火系統(tǒng)不僅需要與數(shù)據(jù)中心相集成，而且傳感器也必須非常精確。這樣才能夠避免消防系統(tǒng)的意外啟動。 理界面的設計 機房和機器的物理界面包括通風口、換氣口、電纜穿過口等等，往往由于人們對這些接口考慮不周，而導致因老鼠鉆入高架地板下而咬壞電纜，因爬蟲或飛蟲侵入機內而導致短路的時間屢見不鮮。 在要求高可靠的計算機機房雙路市電供電，如何更有效的利用市電和二次交流電源 (UPS)一直存在著兩種觀點：一種觀點認為兩路市電同時接在 UPS 上 (一路接整流器，一路接旁路 )。另一種觀點認為兩路市電應在輸入配電柜中轉換成一路市電提供給 UPS。這兩種觀點設計方案都在使用，但其可用性就有很大的不同 ，在設計機房時也需認真比較其優(yōu)缺點，做出正確的決定。 三、可用性的應用 (1) 可用性基本理論根據(jù) 可用性的基本理論主要來自可靠性的串聯(lián)與并聯(lián)理論，在以后的討論與設計中也是以此為根據(jù)進行的。 j 狀態(tài)平衡法 為了便于分析起見，在這里采用了一種狀態(tài)平衡法，這種方法是選取一個系統(tǒng)，將它拆分為幾個組件集合，然后為每個組件集合指定不同的狀態(tài)。根據(jù)系統(tǒng)的架構，這些狀態(tài)可能影響或不影響系統(tǒng)的可用性。在圖 7 中，假定系統(tǒng)有某些類型的性能狀態(tài)，它可能是電力，冷空氣或者信息，所有這些都是可變的。 圖 7 狀態(tài)平衡圖 對圖 7 做一個這樣的規(guī)定：任何使標準位置碼移位的子系統(tǒng)狀態(tài)都視為故障狀態(tài)。在這里的子系統(tǒng)使可維修的，維修好了的子系統(tǒng)又可使標準位置碼復位。在圖中狀態(tài)平衡條件下，左邊子系統(tǒng)的狀態(tài)稱為正常運行狀態(tài)，右邊標準位置碼的狀態(tài)稱平衡狀態(tài)。上圖實際上可以代表任何系統(tǒng)。它可以描述一 個組件，例如電阻器或電容器，也可以描述整個的系統(tǒng)，例如一輛小汽車或者飛機。在該圖中，a?1 是故障率 (即故障強度、失效率 )，它確定系統(tǒng)從可用狀態(tài)變?yōu)椴豢捎脿顟B(tài)的比率。如果系統(tǒng)可維修，則有一個返回路徑 (m1)。該路徑決定系統(tǒng)的修復速度，并使系統(tǒng)返回平衡狀態(tài)。 維修時的狀態(tài)還可以用文氏圖圖 8 來表示。在文氏圖中，用長方形代表全系統(tǒng)，用圓代表特定的子系統(tǒng)?？疾炜捎眯詴r，全集可以代表整個時間區(qū)間。具體的事件可能導致該時間區(qū)間內的某些時間段內不可用。這些事件之外的時間段就是可用時間段。圖 8 說明了上述系統(tǒng)的文氏圖。圖 中 A 代表系統(tǒng)可用，ā代表系統(tǒng)不可用 圖 8 可用性文氏圖 系統(tǒng)就是整個時間區(qū)間。該系統(tǒng)的可用性 A 可以根據(jù)式 (29) 如果 a(故障率 )是 ， m(修復率 )是 ，由上式求得可用性近似值是 或 95%。由于通常 m 遠遠大于 a，在更復雜的推導中 a 的范圍可以給出絕對或近似結果 。直觀地說，這一結果是基于這樣一個事實，即系統(tǒng)應很少發(fā)生故障，而且出現(xiàn)故障后應能相對迅速地得到修復。例如家庭的電視機可能一年只出現(xiàn)一次故障，即 a=1/365，而修理電視機可能只需要一天即可 (按照這個說法可以認為一年可修 365 臺這樣的電視機 )，因此 m 在數(shù)值上是 a 的 365 倍。 k 串聯(lián)系統(tǒng)的可用性 子系統(tǒng)串聯(lián)的系統(tǒng)如圖 9 所示，此例給了一個串聯(lián)連接 2 個子系統(tǒng)的模型。由前面 圖 9 兩個子系統(tǒng)串聯(lián)情況的方框圖 的討論可知，在一個串聯(lián)系統(tǒng)中的任何環(huán)節(jié)除故障都會使輸入端的信息無法傳遞到輸出端。換言之，都會使電路失去平衡。圖 10 就示出了 2(子 1，子 2)串聯(lián)系統(tǒng)的平衡狀態(tài)圖。由圖中可以看出，用兩條線代表兩個子系統(tǒng)，共同支持一個重物，其重心在二者之間的 a 點，與“標碼”形成平衡系統(tǒng)。如圖 10 (a)所示。在任何一個子系統(tǒng)故障 (斷開 ) 圖 10 兩個子系統(tǒng)串聯(lián)情況的方框圖 時，都會造成串聯(lián)系統(tǒng)重心 a 的偏移，如圖 10(b)、 (c)所示。圖中 a m1和 a m2 分別為子系統(tǒng) 1 和子系統(tǒng) 2 的失效率 (故障強度 )和維修率。由上面的討論可以看出，使用串聯(lián)方法連接子系統(tǒng)時，任何一個故障都會導致輸出中斷。但是，由于存在第一個子系統(tǒng)發(fā)生故障的時間段內第二個子系統(tǒng)也存在產生故障的概率，所以宕機量不會正好翻一番。任何一個子系統(tǒng)故障，整個系統(tǒng) 已經不可用，因此宕機時間的凈增加將小于每個子系統(tǒng)導致的宕機時間總和。兩個相互隔離的獨立子系統(tǒng)故障雖然很少有重疊，但也不是沒有。 根據(jù)在可靠性一節(jié)中的表達式就可得出上述兩個子系統(tǒng)構成大系統(tǒng)的可用性： 仍使用前面的數(shù)字， ?a= ， ?= ，并且 a1=a2=a， m1=m2=m，就可以計算出可用性為 。因此，和上面單系統(tǒng)的可用性相比，另外增加一個串聯(lián)系統(tǒng)就會使整個大系統(tǒng)不可用時間增加一倍。 由上述的例子可以看出，串聯(lián)系統(tǒng)不能給出很高的可用性。 l 并聯(lián)系統(tǒng)的可用性 圖 11 示出了兩個子系統(tǒng)并聯(lián)冗余情況的方框圖。由這個圖中可以看出，在兩個并聯(lián)的子系統(tǒng)中，其中任何一個故障時，另外一個子系統(tǒng)仍能夠將輸入的信息通過它本身傳遞到輸出端。 圖 12 兩個子系統(tǒng)串聯(lián)冗余情況的狀態(tài)平衡圖 狀態(tài) 1：兩個子系統(tǒng)都工作，系統(tǒng)平衡，可用 。 狀態(tài) 2：子系統(tǒng) 1 發(fā)生故障 (斷開 )，子系統(tǒng) 2 正常，系統(tǒng)可用 。 狀態(tài) 3：子系統(tǒng) 2 發(fā)生故障 (斷開 )，子系統(tǒng) 1 正常，系統(tǒng)可用 。 狀態(tài) 4：兩個子系統(tǒng)都發(fā)生故障 (同時斷開 )，系統(tǒng)不可用。 也可以用所謂的文氏圖來進行分析，如圖 13 所示。并行系統(tǒng)的文氏圖會發(fā)生很大變化。從文氏圖中可以看出，增加冗余對可用性的影響非常大。只有當子系統(tǒng) C 和 B 都發(fā)生故障時，系統(tǒng)才會宕機。這意味著， C 和 B 之間交叉的很小空間才是宕機時間。 圖 13 二子系統(tǒng)并行冗余系統(tǒng)文氏圖 因