用于布置数据中心内的装置的系统和方法

专利名称：用于布置数据中心内的装置的系统和方法
用于布置数据中心内的装置的系统和方法背景发明领域根据本发明的至少一个实施方式大体上涉及用于数据中心管理和设计的系统和方法，并且更具体地，涉及用于管理数据中心气流和能量使用并用于基于气流和能量使用来布置数据中心内的装置的系统和方法。相关技术的讨论响应于基于信息的经济的增长的要求，信息技术网络在全球范围内继续激增。这个增长的一个表现是集中式网络数据中心。集中式网络数据中心通常由在提供网络连接、 电力和冷却能力的结构内布置的各种信息技术装置组成。该装置常常安置在被称为“机架 (rack)”的专用机壳内，专用机壳使这些通信、电力和冷却元件成为一体。在一些数据中心配置内，机架的行被组织到热和冷通道内以降低与冷却信息技术装置相关的花费。这些特征使数据中心成为传递许多软件应用所需要的计算能力的成本有效的方式。各种过程和软件应用例如从罗德艾兰州West Kingston的美国电力转换公司 (APC)可得到的InfmStruXure Central产品已经被开发来帮助数据中心人员设计和维护高效的和有效的数据中心配置。这些工具常常指导数据中心人员完成活动，例如设计数据中心结构、在安装之前定位在数据中心内的装置以及在构造和安装完成之后重新定位、 移除和添加装置。因此，传统的成套工具向数据中心人员提供标准化的和可预测的设计方法。发明概述本发明的第一方面目的在于用于提供在数据中心内的装置的布局的计算机实现的方法，所述装置包括多个装置机架和至少一个冷却提供器。所述方法包括接收关于所述多个装置机架的每一个的气流消耗和所述至少一个冷却提供器的冷却能力的数据；存储所接收的数据；确定所述数据中心的布局；以及显示所述数据中心的所述布局。确定布局可以包括基于所述多个装置机架的每一个的气流消耗使所述多个装置机架的每一个装置机架与所述多个装置机架的另一个装置机架配对以创建多个装置机架对；确定所述装置机架对的每一对的组合气流消耗值；基于所述装置机架的所述组合气流消耗值布置所述装置机架对以形成两行装置机架集群，其中每一对包括在所述集群的第一行中的装置机架和在所述集群的第二行中的装置机架；以及确定在所述集群内的所述至少一个冷却提供器的位置。在所述方法中，使每一个装置机架配对可以包括使最大气流消耗装置机架与最小气流消耗装置机架配对，以及使次最大气流消耗装置机架与次最小气流消耗机架配对。布置所述装置机架对可以包括识别具有最大组合气流消耗值的机架对、具有最小组合气流消耗值的机架对、和具有次最小组合气流消耗值的机架对；以及在所述集群的中间位置定位具有所述最大组合气流消耗值的所述机架对，在所述集群的第一端布置具有最小组合气流消耗值的所述机架对，和在所述集群的第二端布置具有次最小组合气流消耗值的所述机架对。在所述方法中，确定所述至少一个冷却提供器的位置可以包括确定与两个装置机架毗邻的所述至少一个冷却提供器的内部位置。所述方法还可以包括接收关于所述装置机架的至少一个的期望冷却冗余的信息，并且确定布局可以包括至少部分地基于关于期望冷却冗余的所述信息确定布局。在确定所述布局之后，所述方法可以包括使用优化例程提供优化的布局。所述方法还可以包括根据所确定的布局定位在所述数据中心内的所述装置。本发明的另一个方面目的在于用于提供在数据中心内的装置的布局的系统，所述装置包括多个装置机架和至少一个冷却提供器。所述系统包括显示器、存储设备、接口和控制器，所述控制器耦合到所述显示器、所述存储设备和所述接口，并且配置成通过所述接口接收关于所述多个装置机架的每一个的气流消耗和所述至少一个冷却提供器的冷却能力的数据；在所述存储设备内存储所接收的数据，确定所述数据中心的布局，以及在所述显示器上显示所述数据中心的所述布局。确定布局可以包括基于所述多个装置机架的每一个的气流消耗使所述多个装置机架的每一个装置机架与所述多个装置机架的另一个装置机架配对以创建多个装置机架对；确定所述装置机架对的每一对的组合气流消耗值；基于所述装置机架的所述组合气流消耗值布置所述装置机架对以形成两行装置机架集群，其中每一对包括在所述集群的第一行中的装置机架和在所述集群的第二行中的装置机架；以及确定在所述集群内的所述至少一个冷却提供器的位置。在所述系统中，使每一个装置机架配对可以包括使最大气流消耗装置机架与最小气流消耗装置机架配对，以及使次最大气流消耗装置机架与次最小气流消耗机架配对。在所述系统中，布置所述装置机架对可以包括识别具有最大组合气流消耗值的机架对、具有最小组合气流消耗值的机架对、和具有次最小组合气流消耗值的机架对；以及在所述集群的中间位置定位具有所述最大组合气流消耗值的所述机架对，在所述集群的第一端布置具有最小组合气流消耗值的所述机架对，和在所述集群的第二端布置具有次最小组合气流消耗值的所述机架对。在所述系统中，确定所述至少一个冷却提供器的位置可以包括确定与两个装置机架毗邻的所述至少一个冷却提供器的内部位置。另外，所述控制器可以配置成接收关于所述装置机架的至少一个的期望冷却冗余的信息，并且可以配置成至少部分地基于关于期望冷却冗余的所述信息确定布局。所述控制器还可以配置成使用将所确定的布局作为输入的优化例程来确定优化的布局。本发明的另一个方面目的在于存储有指令序列的计算机可读介质，所述指令序列包括将使处理器执行下列操作的指令接收关于包含在数据中心内的多个装置机架的每一个的气流消耗和至少一个冷却提供器的冷却能力的数据；在存储设备内存储所接收的数据；确定所述数据中心的布局；以及在显示器上显示所述数据中心的所述布局。用于确定布局的指令可以包括基于所述多个装置机架的每一个的气流消耗使所述多个装置机架的每一个装置机架与所述多个装置机架的另一个装置机架配对以创建多个装置机架对；确定所述装置机架对的每一对的组合气流消耗值；基于所述装置机架的所述组合气流消耗值布置所述装置机架对以形成两行装置机架集群，其中每一对包括在所述集群的第一行中的装置机架和在所述集群的第二行中的装置机架；以及确定在所述集群内的所述至少一个冷却提供器的位置。在所述指令中，使每一个装置机架配对可以包括使最大气流消耗装置机架与最小气流消耗装置机架配对，以及使次最大气流消耗装置机架与次最小气流消耗机架配对。另外，布置所述装置机架对可以包括识别具有最大组合气流消耗值的机架对、具有最小组合气流消耗值的机架对、和具有次最小组合气流消耗值的机架对；以及在所述集群的中间位置定位具有所述最大组合气流消耗值的所述机架对，在所述集群的第一端布置具有最小组合气流消耗值的所述机架对，和在所述集群的第二端布置具有次最小组合气流消耗值的所述机架对。更进一步地，确定所述至少一个冷却提供器的位置可以包括确定与两个装置机架毗邻的所述至少一个冷却提供器的内部位置。所述计算机可读介质还可以包括将使所述处理器接收关于所述装置机架的至少一个的期望冷却冗余的信息的指令，并且确定布局可以包括至少部分地基于关于期望冷却冗余的所述信息确定布局。所述介质还可以包括将使所述处理器使用将所确定的布局作为输入的优化例程来确定优化的布局的指令。附图的简要说明附图没有被规定为按比例绘制。在附图中，在不同图中所示的每一个相同或者近似相同的部件由相似的数字表示。出于清楚的目的，可能不是每一个部件都被标注在每一个图中。在附图中

图1示出了可以用来实现根据本发明的各种方面的示例性计算机系统；图2示出了包括实施方式的示例性分布式系统；图3示出了在数据中心内的装置机架和冷却器的示例性布局；图4示出了根据一个实施方式确定在数据中心内的装置的布局的过程；以及图5示出了根据一个实施方式使用工具确定的装置的集群的优选布局。详细说明根据本发明的至少一些实施方式涉及用户可以用来设计数据中心配置的系统和过程。通过允许用户创建数据中心配置的模型(从该模型可以确定性能指标)，这些系统可以促进该设计活动。系统和用户都可以使用这些性能指标来确定满足各种设计目标的可选的数据中心配置。另外，在至少一个实施方式中，系统将提供数据中心装置的初始布局并且实时地对该布局进行冷却分析。如同在2008 年 1 月 24 日递交的题目为 “System and Method for Evaluating Equipment Rack Cooling”的第12/019109号美国专利申请中和在2006年1月27日递交的题目为“Methods and Systems for Managing Facility Power and Cooling，，的第 11/342，300号美国专利申请中(两者都转让给了本申请的受让人并且两者都由此通过引用被全部并入本文)所述的，在现代数据中心内的一般装置机架在机架的前面吸入冷却空气并且在机架的后端排出空气。装置机架和行内冷却器通常以交替的前/后布置排列在行内，在数据中心内产生交替的热和冷通道，每一行机架的前部面对冷通道，而每一行机架的后部面对热通道。由冷通道分离的相邻行的装置机架可以称为冷或冷通道集群，并且由热通道分离的相邻行的装置机架被称为热通道集群。如对本领域普通技术人员容易明显的， 一行装置机架可以是一个热通道集群和一个冷通道集群的一部分。在本文的说明书和权利要求书中，机架内的装置或者机架本身可以称为冷却消耗器，并且行内冷却单元和/或计算机机房空调(CRAC)可以称为冷却提供器。在所引用的申请中，提供用于分析在数据中心内的机架集群的冷却性能的方法。在这些工具中，可以对不同的布局执行多个分析以尝试优化数据中心的冷却性能。在本发明的实施方式中，可以使用不同的冷却性能指标来评估集群的冷却性能。 这些指标包括捕获指数(Cl)和再循环指数(RI)，这两者都在上面通过引用并入的申请中被进一步详细地说明。总的来说，对于热通道集群，捕获指数表示对每一个机架由集群内的所有冷却器捕获的机架排气的百分比。对于冷却通道集群，捕获指数表示对每一个机架由本地冷却提供器直接提供的机架气流的百分比。在至少一个实施方式中，生成并且显示数据中心的模型，并且提供数据中心的冷却分析。在至少一个实施方式中，在创建模型中，用户可以定义在集群内包括的一组装置机架和冷却提供器，并且系统将以满足装置机架的冷却要求的方式自动布置在集群内的机架和冷却提供器。本文公开的根据本发明的方法在其应用中不限于在下面的描述中阐述的或者在附图中示出的部件的构造和布置的细节。这些方面能够采用其他例子并且以多种方式被实践或者执行。具体实现的例子在本文只是出于说明的目的来提供，而没有被规定为限制性的。特别是，结合任何一个或者多个实施方式讨论的行为、元件和特征没有被规定为从任何其他实施例中的类似的角色排除。例如，根据本发明的一个实施方式，计算机系统配置成执行本文说明的任何功能， 包括但不限于配置、建模和显示关于特定的数据中心配置的信息。另外，在实施方式中的计算机系统可以用于自动地测量在数据中心以及诸如冷冻器或者冷却器的控制装置内的环境参数以优化性能。而且，本文描述的系统可以配置成包括或者排除本文讨论的任何功能。 因此，本发明不限于具体的功能或者一组功能。另外，本文使用的措词和术语是出于描述的目的而不应当被视为限制性的。在本文“包括(including)”、“包括(comprising)”、“具有”、“包含”、“含有”及其变形的使用意指包括其后列出的项及其等效物以及另外的项。计算机系统本文描述的根据本发明的各种方面和功能可以在一个或者多个计算机系统上被实现为硬件或者软件。存在目前在使用中的计算机系统的许多例子。除了别的以外，这些例子还包括网络装置、个人计算机、工作站、大型机、联网客户端、服务器、媒体服务器、应用服务器、数据库服务器和web服务器。计算机系统的其它例子可以包括移动计算设备例如蜂窝电话和个人数字助理、以及网络装置例如负载均衡器、路由器和交换机。另外，根据本发明的方面可以位于单个计算机系统上或者可以分布在与一个或者多个通信网络连接的多个计算系统之间。例如，各种方面和功能可以分布在一个或者多个计算机系统之间，该计算机系统配置成向一个或者多个客户计算机提供服务或者作为分布式系统的一部分执行总任务。另外，可以在客户-服务器或者多层系统上执行这些方面，该客户-服务器或者多层系统包括分布在执行各种功能的一个或者多个服务器系统之间的部件。因此，本发明不限于在任何特定的系统或者系统组上执行。另外，可以在软件、硬件或者固件、或者其任何组合中实现这些方面。因此，根据本发明的方面可以使用各种硬件和软件配置在方法、行为、系统、系统元件和部件内实现，并且本发明不限于任何特定的分布式结构、网络或者通信协议。图1示出了分布式计算机系统100的框图，在系统100中可以实施根据本发明的各种方面和功能。分布式计算机系统100可以包括一个或者多个计算机系统。例如，如所示，分布式计算机系统100包括计算机系统102、104和106。如所示，计算机系统102、104 和106通过通信网络108互连，并且可以通过通信网络108交换数据。网络108可以包括计算机系统可以用来交换数据的任何通信网络。为了使用网络108交换数据，计算机系统 102,104和106和网络108可以使用各种方法、协议和标准，除了别的以外，这些方法、协议和标准还包括令牌环、以太网、无线以太网、蓝牙、TCP/IP、UDP、Ht tp、FTP、SNMP、SMS、匪S、 SS7、JS0n、S0ap和Corba。为了保证数据传输是安全的，计算机系统102、104和106可以使用各种安全措施经由网络108来传输数据，除了其它安全技术以外，安全措施还包括TSL、 SSL或者VPN。尽管分布式计算机系统100示出三个联网的计算机系统，分布式计算机系统 100可以包括使用任何介质和通信协议联网的任何数量的计算机系统和计算设备。根据本发明的各种方面和功能可以被实现为在一个或者多个计算机系统一包括如图1所示的计算机系统102-内执行的专用硬件或者软件。如所示，计算机系统102包括处理器110、存储器112、总线114、接口 116和储存器118。处理器110可以执行导致被操纵的数据的一系列指令。处理器110可以是在市场上可以得到的处理器，例如Intel Pentium.Motorola PowerPC、SGI MIPS、Sun UltraSPRAC或者Hewlett-Packard PA-RISC处理器，但是可以是任何类型的处理器或者控制器，因为很多其它处理器和控制器是可用的。 处理器110通过总线114连接到其它系统元件，包括一个或者多个存储器设备112。存储器112可以用于在计算机系统102的操作过程中存储程序和数据。因此，存储器112可以是相对高性能的易失性随机存取存储器，例如动态随机存取存储器(DRAM)或者静态存储器(SRAM)。但是，存储器112可以包括用于存储数据的任何设备，例如磁盘驱动器或者其它非易失性存储设备。根据本发明的各种实施方式可以将存储器112组织成为特殊的并且在一些情况中唯一的结构来执行本文公开的方面和功能。计算机系统102的部件可以通过诸如总线114的互连元件耦合。总线114可以包括一个或者多个物理总线，例如集成在同一机器内的部件之间的总线，但是可以包括在系统元件之间的任何通信耦合，包括专用或者标准计算总线技术，例如IDE、SCSI、PCI和 InfiniBand.,因此，总线114使通信例如数据和指令能够在计算机系统102的系统部件之间交换。计算机系统102还包括一个或者多个接口设备116，例如输入设备、输出设备和输入/输出设备的组合。接口设备可以接收输入或者提供输出。更具体地，输出设备可以再现用于外部显示的信息。输入设备可以接受来自外部源的信息。接口设备的例子包括键盘、 鼠标设备、跟踪球、麦克风、触摸屏、打印设备、显示屏、扬声器、网络接口卡等。接口设备允许计算机系统102与诸如用户和其它系统的外部实体交换信息并通信。存储系统118可以包括计算机可读和可写的非易失性存储介质，其中存储定义由处理器执行的程序的指令。存储系统118还可以包括在介质上或介质中记录的信息，并且该信息可以被该程序处理。更具体地，该信息可以存储在一个或多个数据结构内，数据结构特别配置成节省存储空间或者增加数据交换性能。指令可以永久地存储为编码信号，并且指令可以使处理器执行本文描述的任何功能。除了别的以外，介质还可以是例如光盘、磁盘或者闪存。在操作中，处理器或者一些其它控制器可以使数据从非易失性记录介质读到另一个存储器例如存储器112，该存储器允许比在存储系统118内包括的存储介质更快地通过处理器存取信息。该存储器可以位于存储系统118或者存储器112内，但是，处理器110 可以操纵在存储器112内的数据，并且然后在处理完成后将数据复制到与存储系统118关联的介质。各种部件可以管理在介质和集成电路存储元件之间的数据移动，并且本发明不限于此。另外，本发明不限于特定的存储器系统或者存储系统。虽然计算机系统102作为例子被示为一种类型的计算机系统(在该计算机系统上可以实施根据本发明的各种方面和功能)示出，但本发明的方面不限于在如图1所示的计算机系统上实现。根据本发明的各种方面和功能可以在具有与图1所示的不同的结构或者部件的一个或者多个计算机上实施。例如，计算机系统102可以包括特别编程的专用硬件， 例如适合于执行本文公开的特定操作的专用集成电路(ASIC)。而另一个实施方式可以使用利用Motorola PowerPC处理器运行MAC OS System X的几个通用计算设备以及运行专用硬件和操作系统的几个专用计算设备来执行相同的功能。计算机系统102可以是包括操作系统的计算机系统，该操作系统管理包括在计算机系统102内的硬件元件的至少一部分。通常，处理器或者控制器(例如处理器110)执行操作系统，该操作系统可以是例如基于Windows的操作系统，例如可以从微软公司得到的 Windows NT、Windows2000 (Windows ME) ,Windows XP或者Windows Vista操作系统，可以从苹果计算机公司得到的MAC OS System X操作系统、很多基于Linux的操作系统分布之一例如从Red Hat公司得到的Enterprise Linux操作系统、从太阳微系统公司得到的Solaris 操作系统、或者从各种源得到的UNIX操作系统。可以使用许多其它操作系统，并且实施方式不限于任何特定的实现。处理器和操作系统一起定义计算机平台，可以为计算机平台用高级程序语言编写应用程序。这些部件应用可以是可执行的、中间的例如C-、字节码或者解释码，其使用通信协议(例如TCP/IP)通过通信网络(例如因特网)通信。类似地，根据本发明的方面可以使用面向对象的程序语言例如.彻1511^1113让、扭￥3丄++、4(^、或者C#(C-Sharp)来实现。 也可以使用其它面向对象的编程语言。可选地，可以使用函数、脚本或者逻辑编程语言。另外，根据本发明的各种方面和功能可以在非编程环境例如以HTML、XML或者其他格式创建的文件中实现，当在浏览器程序的窗口中观察时，这些文件再现图形用户接口的方面或者执行其它的功能。另外，根据本发明的各种实施方式可以被实现为编程的或者非编程的元件、或者其任何组合。例如，网页可以使用HTML来实现，而从网页内调用的数据对象可以用C++编写。因此，本发明不限于特定的编程语言，并且任何合适的编程语言可以被使用。另外，在至少一个实施方式中，工具可以使用VBAExcel来实现。在实施方式中包括的计算机系统可以执行在本发明的范围以外的另外的功能。例如，可以使用现有的商品例如数据库管理系统例如从华盛顿州西雅图的微软公司得到的 SQL Server、从力口利福尼亚州 Redwood Shores 的 OracIe 得至Ij的 OracIe Database 禾口从力口利福尼亚州Santa Clara的太阳微系统公司得到的MySQL、或者集成软件例如从纽约Armonk 的IBM得到的WebSphere中间件来实现系统的方面。但是，运行例如SQL Server的计算机系统可能能够支持根据本发明的方面和与不在本发明范围内的各种应用的数据库一致的方面。示例性系统结构图2示出包括分布式系统200的物理和逻辑元件的内外关系图。如所示，分布式系统200根据本发明被特别配置。关于图2描述的系统结构和内容仅仅是为了示例性目的而不是用来将本发明限制到在图2中所示的具体的结构。如将对本领域普通技术人员明显的，许多不同的系统结构可被设计而不偏离本发明的范围。在图2中所示的具体布置被选择来增进明了性。信息可以使用任何技术在图2中所描述的元件、部件和子系统之间流动。例如，这样的技术包括经由TCP/IP通过网络传递信息、在存储器中的模块之间传递信息、和通过写到文件、数据库、或者一些其它非易失性存储设备来传递信息。其它的技术和协议可以被使用而不偏离本发明的范围。参考图2，系统200包括用户202、接口 204、数据中心设计和管理系统206、通信网络208和数据中心数据库210。系统200可以允许用户202 (例如数据中心技术人员或者其它数据中心人员)与接口 204交互以创建或者修改一个或者多个数据中心配置的模型。根据一个实施方式，接口 204可以包括如在2008年5月15日递交的题目为“METHODS AND SYSTEMS FOR MANAGING FACILITY POWER AND COOLING” 的2012年4月11日 申请日期2010年5月6日 优先权日2009年5月8日
发明者J·W·范吉尔德, S·K·沙瑞瓦斯塔瓦 申请人:美国能量变换公司