綠色比拼:Linux與Windows Server 2008

如今,很多服務器廣告上都宣稱自己的産品如何如何節能,毫無疑問,隨著技術的發展,廣告上所說的節能指標是可以達到的,但是服務器需要與操作系統、節能軟件(在負載平衡的狀態下來控制使用哪一內核而哪一內核停工)相協調。爲了探尋如何調優服務器、操作系統和管理軟件之間的關系,我們分別用Windows Server 2008和Linux在不同服務器上進行了測試。

在這一測試中,我們將能耗作爲判定是Windows Server 2008還是Linux系統才是真正更"綠色"操作系統。隨著能源的價格越來越高,與操作系統相配合上市的節能裝置將在企業的節能計劃中占據核心位置。

我們采用Windows Server 2008操作系統的企業版、紅帽的Linux (RHEL) 5.1和SUSE Enterprise Linux 10 SP1在四台通用1U服務器--一台是戴爾的服務器,一台是IBM的,還有兩台是惠普的--上進行了多次能耗測試。測試結果顯示Windows Server 2008在少量測試中能耗略少,而紅帽的Linux (RHEL) 5.1操作系統則在測試中顯示出最大節能量。

Windows和Linux操作系統設置的變化(選擇更高能效的服務器還是選擇性能更好的服務器?)對整個服務器能耗産生了影響。但是還有其他衆多因素會對能耗産生影響,比如你的服務器的工作負載、你是否采用了最新虛擬機系統管理程序來支持單一物理服務器的多操作系統。

如何一種測試的優勢將隨著操作系統與先進的服務器芯片的同步發展而逐漸消失,而當前出于節能的目的將操作系統與應用軟件進行更緊密連接的附加技術已在業內流行。

部分當前綠色操作系統的困難在于操作系統和應用軟件的最優連接,以使系統消耗的能源更少但卻不影響其對于應用軟件的性能支持。

在我們的測試中,我們發現CPU是節能的核心技術部件,其是實現操作系統協助減少服務器能源消耗的關鍵技術。當前僅有IBM x3550和HP DL-360 G5實現了最理想的能源節約。在我們六周前進行的測試中顯示:HP DL-160和Dell 1950服務器需要進行部分升級以配合Windows 2008和Linux 的功能。

而要將企業服務器轉變成綠色服務器的確不是件容易的事。

CPU節能

無論是哪款操作系統,Windows或是Linux,節能的最佳形式是控制CPU以實現負載量爲零期間服務器停止運行。使硬盤進入待機狀態是另一實現Windows操作系統服務器節能的主要方式。

盡管Linux桌面系統可以采用Advanced Configuration和Advanced Configuration的規格--用于筆記本電腦而非服務器--而紅帽和Novell尚未在我們測試的服務器上實現此功能。

一些芯片有自動降低頻率的功能,而其他(特別是2007之前的已過時芯片)芯片通常在整個運轉周期都全速運行。僅在過去的三年中英特爾、AMD、Via Technology和其他廠商就發布了CPU轉速在快(耗能較多)和慢(耗能較少)之間進行循環的x86服務器處理器。

用于測試的系統是與英特爾Xeon多核CPU--可實現CPU自動降頻,但是正如我們之前所說,服務器的BIOS和固件必須升級到最新才可支持這一技術。IBM x3550和HP DL-160服務器只裝載了一個的四核CPU,而Dell 1950和HP DL360G5服務器則每個裝載了兩個四核CPU。

在我們測試的四個系統中,降頻可切實節約能源,但是系統中衆多其他電子元件仍處于運行狀態,因此仍在消耗能源。因爲系統必須響應服務器應用軟件的需求,其至少需要保證管理應用軟件、網絡和其他外圍服務器需求的元件正常運行。這一最少能耗量是在停止運行狀態(除了部分必要元件運行外)下的測試結果。

從節能的角度考慮,操作系統必須使CPU減速以達到這一最小能耗狀態, Linux和Windows操作系統均實現了這一技術。然而,這是Linux的一個tickless版本,其顯示出了節能的特性。系統的時間分隔是操作系統用來進行運行排列的,而每一個都會打斷CPU運行。當前認爲Linux內核的tickless版本對于CPU的中斷次數減少,但是並不是我們所測試的 Linux所發行內核産品的一部分,盡管未來這一附件將並入紅帽和SUSE的産品中。

選擇何種級別的服務器即可保證"綠色"

在測試系統裝配和運行之前,我們與Novell/SUSE,紅帽以及微軟談論了各自的綠色系統設計。

Windows Server 2008和Windows Vista節能模式從本質上看是一樣的,都是通過實現系統減速,增加休眠區域,特別是減少了CPU和硬盤的能耗而實現整體節能。這些模式結合Advanced Configuration和Power Interface V3,更多的是用于個人電腦而非用于服務器應用軟件。

對于Windows系統的節能有三個解決方案--能源節約,平衡和提高性能,具體方案取決于Windows 控制台的功率設置選擇。這些選擇也可通過Active Directory群組政策強制執行。一個項目,powercfg.exe也可協助建立高度細節化性能政策設置,但是在實施過程中需要一直改進,這已經超過了此項測試的範圍。

我們選擇測試Windows的能源節約(Windows Power Savings)和高性能(High Performance)這兩個節能方案,因爲其可提供Linux系統下最高能耗參數可比性。

Linux 2.6內核(與RHEL 5.1和SUSE Enterprise Linux 10一起上市)的節能選擇重心放在通過一個被稱爲cpufreq的內核模塊來減慢CPU轉速。

我們可以首先在所有節能模式(由cpufreq模塊支持)下測試所有服務器以確定那一款服務器是對我們的測試最適合的。我們爲減速節能測試選擇了性能最好的,而爲能源節約模式選擇了需求量最高的。

我們沒有選擇保守模式,因爲其爲服務器引入了隨機的非必要停工,24/7的運轉服務。同時我們沒有選擇能源節約模式因爲其減緩了處理器速度,並且減緩了所有組件的運行速度

如有需要,Linux的cpufreq內核模塊和Windows的動力設置可以轉爲動態,盡管我們在測試過程中未進行更改。

我們選擇了兩個測試以測量能耗。第一項測試是一台服務器空轉測試:每個操作系統和硬件組分別在運行模式和每個操作系統均處于節能模式下空轉四個小時。第二項是服務器運行測試:測量負載狀態下的能耗,在四個小時的測試中,分別在運行模式和節能模式下,我們持續給每台服務器和操作系統組發送電子郵件。

運行測試采用了電子郵件測試工具給服務器和操作系統組持續發送電子郵件的方式。兩個Linux發行版本中,我們采用sendmail/procmail 作爲有一千個用戶的郵件傳輸服務器。我們在Windows 2008 Enterprise Server Edition企業級服務器版本下安裝了Microsoft Exchange Server 2007,同樣引入了一千個用戶,用同樣的方式采用測試工具發送郵件。我們將操作系統和應用軟件選擇采用的內核數目設置爲缺省。

測試結果概述

采用IBM x3550、HP DL360G5和Dell 1950服務器,我們在閑置和運行兩種狀態下測試了兩次:一次是設置爲高性能模式;一次是設置爲節能模式。對于HP DL-160G5服務器,我們無法實現其在最大節能狀態下運行,因爲每當我們調節到節能模式,服務器就瀕臨崩潰。惠普稱這一問題在測試發布時會得到解決。

處于閑置的衆多狀態中,Windows Server 2008消耗的能源略高于同一台服務器上Linux系統消耗的量。唯一例外的是當Windows Server 2008運行在節能模式下的戴爾服務器上,其消耗的電能比Linux系統少3%。

我們已經注意到在大多數情況下,RHEL比Windows Server 2008系統節約更多的電能,其也比停工模式下的其他Linux系統消耗更少電能。

在運行測試中,Windows Server 2008運行在戴爾服務器上,節能模式下,平均消耗的電能比運行于同一台服務器上的Linux系統高出7%。但是在IBM和HP DL-360G5服務器上運行時,Windows Server 2008消耗的電能則與在同一台服務器上運行的Linux消耗的電能差不多。

當運行在高性能模式下時,Windows Server 2008消耗的電能比Linux所消耗的量多11%。這說明,Windows Server 2008在HP DL-160G5服務器上的能耗等級最低,平均消耗電能比Linux系統低6.5瓦。

對服務器的影響

服務器制造商給我們的測試提供了1U的服務器,但是有多種類型的CPU和磁盤結構。整體來看,從節能功率來看,節能最多和最少的服務器差距並不令人吃驚。

我們並非讓系統處于內核最優狀態,而是更關注操作系統的細節問題。細節問題顯示測試中所有內核在停工模式下均出現了運行情況。

IBM的x3550是最節能的一款,無論是在CPU主頻方面,還是在動力消耗方面。在閑置狀態下,無論是在高性能模式還是節能模式中,三個操作系統的節能區別低于兩瓦,在運行測試中,系統和性能相協調的情況下,除了 Windows Server 2008所消耗電能爲87.8瓦,其他兩個系統的情況爲:SUSE消耗的爲79.6瓦,而RHEL消耗的爲78.3瓦。

雙路四核Dell 1950服務器能耗是最大的,但是由于核數多,其處理能力高于其他服務器。在靜止測試中,設置與性能相協調,紅帽産品不合乎邏輯地消耗了比其在節能模式下更多的能源,但是同時,隨後的結果是合乎邏輯的,並且與此設置下預計的情況相同。

在靜止測試中,HP DL-160沒有顯示出很大的區別,這使得Windows 2008 Server由于性能最好而在運行模式的測試中獲勝。

總結

微軟,紅帽和Novell/SUSE每家公司都在廣泛宣傳其節能和綠色産品。然而,我們必須努力使得其他産品與固件的發展水平相協調,BIOS和其他組件的升級是必須的,這樣才可達到測試中所實現的節能量。與服務器的最優節能狀態相協調可更好地實現節能的目的,但與此同時,一個新的問題出現了:冗余服務器的管理原則要求我們控制結構變量的複雜度。

從我們的測試結果可以看出,Linux系統贏得了更"綠色"的稱號,比Windows Server 2008系統的節能能力高出12個百分點。但必須指出:我們測試結果是在特定硬件環境的限定下進行的。

 
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