专利名称：用于计算机架级别的冷却冗余度的方法
用于计算机架级别的冷却冗余度的方法发明背景发明领域依照本发明的至少一种实施方式大体上涉及用于数据中心管理的系统和方法，且更具地，涉及用于管理数据中心冷却的系统和方法。相关技术的讨论为响应信息经济增长的需求，信息技术网络继续扩散到全球。该增长的一种表现为集中的网络数据中心。集中的网络数据中心典型地包括各种信息技术设备，其被并置在提供网络连通性、电功率和冷却能力的结构中。通常，设备被封装在专用的外壳中，称为“机架”，其结合这些连通性、功率和冷却元素。在一些数据中心配置中，这些机架被组成行以及具有热和冷通道的群组以减少与冷却信息技术设备相关的成本。这些特点使数据中心具有成本效益的方式以传递由许多软件应用要求的计算能力。各种过程和软件应用，诸如infmstruXure 中心产品，可购于罗德岛州的西金斯顿的美国功率转换公司(APC)，已被发展为在设计和保持数据中心配置的效率和效应中辅助数据中心人员。这些工具通常通过诸如设计数据中心结构、在安装之前在数据中心内定位设备以及在构造和安装被完成之后添加、重新定位或移除设备的行为来引导数据中心人员。因此，常规的工具设置提供数据中心人员标准化的和可预测的设计方法学。由于冷空气到机架的传递和/或来自机架的热机架废气的获取的局部变化，即使在使用这类工具仔细设计之后，几乎通常的情况为一些机架的位置具有过多或过少的冷却。这不仅是用于主(非故障模式)冷却的情况，而且也是用于各种冷却故障模式的情况。 为补偿在(主和故障模式)冷却中该机架到机架变化，设施通常被过度设计-通常通过大幅度的设计，因为停机的后果为严重的。此冷却设备(主和故障模式)的过度提供导致过多的资本和操作成本。发明概述本发明的实施方式的方面提供用于实时地计算数据中心的每个机架位置的冷却冗余度的方法。冗余度能够使用传统的N+l、N+2等计数来报告，其中N为需要满足主冷却负载类型规格的冷却器的数量。冗余度也能够根据冷却可靠性指标(CRI)来报告，其也考虑在设计中的具体冷却单元的固有可用性。仍然为其它方面、实施方式以及这些示例的方面和实施方式的优点在以下详细地被讨论。此外，应理解的是，前述信息和以下详细的描述仅仅为各种方面和实施方式的说明性的实例，且预期提供用于理解要求保护的方面和实施方式的性质和特性的概述或框架。 附图被包括以提供各种方面和实施方式的说明和进一步的理解，且被并入和组成该说明书的一部分。附图与说明书的剩余部分一起作用于解释描述的和要求保护的方面和实施方式的原理和操作。附图简述附图没有被规定为按比例绘制。在附图中，在各种图中说明的每个相同的或几乎相同的组件由相似的数字代表。为清晰起见，没有在每个附图中标注每个组件。在附图中
图1示出了示例性的计算机系统，根据本发明的各种方面可利用该计算机系统执行；
图2说明了包括实施方式的示例性的分布式系统；图3说明了根据实施方式的用于设计数据中心配置的示例性的过程；图4描述了根据实施方式的用于设计数据中心配置的另外的示例性的过程；图5示出了根据实施方式的用于设计数据中心配置的另外的示例性的过程；图6示出了根据实施方式的示例性的界面，用户可通过该界面向数据中心模型提供输入；图7示出了根据实施方式的示例性的界面，用户可通过该界面设计数据中心模型；以及图8描述了根据编码的实施方式的代表正操作的冷却器和不操作的冷却器的向量的序列。详细描述依照本发明的至少一些实施方式涉及这样的系统和过程，用户可通过该系统和过程设计数据中心配置。这些系统可通过允许用户以各种粒度级别评估数据中心冷却冗余度来方便该设计活动，该粒度级别包括群组、行和机架级别。设计工具诸如并入到由APC提供的常规工具的实时冷却计算器和计算流体动力学(CFD)有利于具有主冷却要求的机架对机架IT负载的合适的匹配；然而，目前，这里没有使确定各种冷却故障情景下可用到每个机架的冷却的过程自动化的工具，如下描述的。数据中心设计者或操作员得益于并入实施方式的方面的设计工具，以及因此其不仅表示在每个机架位置的主冷却性能而且还表示在每个机架位置的冗余度。目前，没有在机架级别的冷却冗余度的概念，尽管在数据中心中，从一个位置到另外的位置，冷却故障模式性能明显地变化。例如，考虑机架的群组和基于行的冷却器，其中几个冷却器被定位在群组的左端附近以及另外的单个冷却器被定位在群组的右端附近。在左端的单个冷却器的故障将可能对左端附近的机架的冷却性能不具有影响，因为在该区域中的多个冷却器将继续运行；然而，在右端的单个冷却器的故障将可能导致群组的右端附近的机架的冷却不足，因为在该区域中不存在其它冷却器以保护负载。在一些实施方式中，模型可包括数据中心的结构组件，诸如，在其它结构组件中， 墙体、屋顶、地板以及由这些结构组件限定的空间。模型也可包括数据中心设备的代表，诸如，除其它设备外，定位在模型空间内的冷却消耗者和冷却提供者。冷却提供者可为数据中心的任何元素，其涉及冷空气到其它数据中心设备的生成和分布。冷却提供者的实例包括， 除其它之外，计算机室空调(CRAC)、计算机室空气处理器(CRAH)以及定位于地板或屋顶的瓷砖。冷却消耗者包括数据中心的任何元素，其消耗由冷却提供者生成的冷却供应。冷却消耗者的实例包括，除其它之外，网络装置、服务器和其它信息技术设备。在数据中心中，这些冷却消耗者可被安装在机架中，虽然这里没有要求。在至少一种实施方式中，模型可通过数据中心设备的代表来计算和显示冷却性能信息，诸如，冷却指标。此外，在至少一种实施方式中，模型可计算和显示冗余度信息，诸如每个机架所容许的冷却设备故障的数量或冷却可靠性指标(CRI)。
依照本发明在此公开的方面在它们的应用中不限制为在以下描述中提到的或在附图中说明的构造的细节和组件的安排。这些方面能假设其它实施方式以及被实践或以各种方式被实施。具体执行方式的示例在此仅仅为了说明的目的而被提供而且不被规定为限制。特别地，结合一种或更多实施方式讨论的行为、元素以及特征不是要排除任何其它实施方式中相似的作用。例如，根据本发明的一种实施方式，计算机系统被配置以执行在此描述的任何功能，包括但不限于，配置、建模以及呈现有关具体数据中心配置的信息。然而，这类系统也可执行其它功能，诸如，基于例如工业最佳实践来建议对数据中心配置的改变。另外，在此描述的系统可被配置以包括或排除在此描述的任何功能。因此，本发明不限制为具体功能或功能的设置。同样，在此处使用的措辞和术语是为了描述的目的且不应该被视为限制。“包括(including)”、“包括(comprising)”、“具有(having) ”、“包含(containing) ”、“涉及
(involving)”及其变化在此的使用意味着包含其后列出的项目及其等价物以及附加的项
目。 计算机系统依照本发明在此描述的各种方面和功能可被执行为在一个或多个计算机系统上的硬件或软件。这里存在目前使用的计算机系统的许多实例。这些实例包括，除其它之外， 网络装置、个人计算机、工作站、大型主机、网络客户、服务器、媒体服务器、应用服务器、数据库服务器和网络服务器。计算机系统的其它实例可包括移动计算设备，诸如，移动电话和个人数字助理，以及网络设备，例如负载均衡器、路由器和开关。此外，依照本发明的方面可被定位在单个计算机系统上或可被分布在连接到一个或多个通信网络的多个计算机系统中。例如，各种方面和功能可被分布在一个或多个计算机系统中，其被配置以向一个或多个客户端计算机提供服务，或执行全部任务，作为分布式系统的部分。此外，各方面可在客户服务器或多层系统上执行，其包括分布在执行各种功能的一个或多个服务器系统中的组件。因此，本发明不限制于在任何特定的系统或系统的组上执行。此外，各方面可在软件、硬件或固件中，或其任何组合中实施。因此，依照本发明的方面可在方法、行为、系统、 系统元素和使用各种硬件和软件配置的组件中实施；本发明不限制为任何特定的分布式架构、网络，或通信协议。图1示出了分布式计算机系统100的方框图，其中依照本发明的各种方面和功能可被实践。分布式计算机系统100可包括一个或多个计算机系统。例如，如说明的，分布式计算机系统100包括计算机系统102、104和106。如所示的，计算机系统102、104和106通过通信网络108互连，以及通过通信网络108可交换数据。网络108可包括任何通信网络， 计算机系统可通过该通信网络交换数据。为使用网络108交换数据，计算机系统102、104 和106和网络108可使用各种方法、协议和标准，其包括，除其它之外，令牌环、以太网、无线以太网、蓝牙、TCP/IP、UDP、Http、FTP、SNMP、SMS、MMS、SS7、Json、Soap 以及 Corba。为确保数据传送为安全的，计算机系统102、104和106可使用包括TSL、SSL或VPN以及其它安全技术的各种安全测量来通过网络108传输数据。虽然分布式计算机系统100说明了三种网络计算机系统，但是分布式计算机系统100可包括任何数量的计算机系统和计算设备，其使用任何媒体和通信协议网络化。
依照本发明的各种方面和功能可被实施为在包括图1中所示的计算机系统102的一个或多个计算机系统中执行的专用的硬件或软件。如描述的，计算机系统102包括处理器110、存储器112、总线114、接口 116和存储118。处理器110可执行产生操作数据的一系列指令。处理器110可为市场上可购买的处理器，诸如，Intel Pentium、Motorola PowerPC、 SGI MIPS、Sun UltraSPARC，或 Hewlett-Packard PA-RISC 处理器，但可为任何类型的处理器或控制器，因为许多其它的处理器和控制器为可用的。处理器110通过主线114连接到其它系统元件，包括一个或多个存储器设备112。存储器112可用于在计算机系统102的操作期间存储程序和数据。因此，存储器 112可为相对高性能的、易失性的、随机存取存储器，诸如动态随机存取存储器(DRAM)或静态存储器(SRAM)。然而，存储器112可包括用于存储数据的任何设备，诸如磁盘驱动或其它非易失性的存储设备。依照本发明的各种实施方式可组织存储器112到特殊的，以及在一些情况下，独特的结构以执行在此公开的方面和功能。计算机系统102的组件可由互连的元件诸如总线114耦合。总线114可包括一个或多个物理总线，例如，集成在相同的机器之内的组件之间的总线，而且可包括在系统元件之间耦合的任何通信，其包括专用的或标准的计算总线技术，诸如，IDE、SCSI、PCI和 InfiniBand.因此，总线114使通信成为可能，例如，在计算机系统102的系统组件之间要被交换的数据和指令。计算机系统102也包括一个或多个接口设备116，例如，输入设备、输出设备和组合输入/输出设备。接口设备可接收输入或提供输出。更特别地，输出设备可致使信息用于外部显示。输入设备可接收来自外部资源的信息。接口设备的实例包括键盘、鼠标设备、 轨迹球、扩音器、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交换信息和与外部实体通信，诸如，用户和其它系统。存储系统118可包括计算机可读和可写非易失性存储媒体，存储在其中的指令定义要由处理器执行的程序。存储系统118也可包括记录在媒体上或媒体中的信息，以及该信息可由程序处理。更具体地，信息可被存储在一个或多个数据结构中，其特别地配置以保存存储空间或增加数据交换性能。指令可被不断地存储作为解码的信号，且指令可造成处理器执行在此描述的任何功能。例如，媒体可为光盘、磁盘或闪存，以及其他。在操作中，处理器或一些其它控制器可造成数据从非易失性记录媒体被读到另外的存储器，诸如存储器 112，其允许比包括在存储系统118中的存储媒体更快的由处理器存取信息。存储器可被定位在存储系统118中或定位在存储器112中，然而，处理器110可操作存储器112内的数据， 且然后在处理被完成之后将数据复制到与存储系统118相关的媒体。各种组件可管理在媒体和集成电路存储元件之间的数据移动，且本发明不限制为此。此外，本发明不限制为特定的存储器系统或存储系统。虽然计算机系统102通过实例的方式被示出作为依照本发明的各种方面和功能实践所依据的计算机系统的一种类型，但是本发明的方面不限制为在图1中示出的计算机系统上被执行。依照本发明的各种方面和功能可在一个或多个计算机上被实践，其具有与在图1中示出的不同的架构或组件。例如，计算机系统102可包括专门编程的、专用硬件， 诸如例如，在此公开的适合执行特殊 操作的特定用途集成电路(ASIC)。然而另外的实施方式可使用运行具有Motorola PowerPC处理器的MAC OS系统X的几个通用计算设备和运行专属硬件和操作系统的几个专用计算设备执行相同的功能。计算机系统102可为包括操作系统的计算机系统，其管理包括在计算机系统102 中的至少一部分硬件元件。通常，诸如处理器110的处理器或控制器执行操作系统，其可为可购于Microsoft公司的例如基于Windows的操作系统，诸如，Windows NT、Windows 2000 (Windows ME) ^Windows XP 或 Windows Vista 操作系统，可购于 Apple Computer 公司的MAC OS系统X操作系统，许多基于Linux操作系统分销之一，例如，可购于Red Hat公司的企业版Linux操作系统，可购于Sun Microsystems公司的Solaris操作系统，或可购于各种来源的UNIX操作系统。许多其它操作系统可被使用，且实施方式不限制为任何特定的执行。处理器和操作系统一起定义计算机平台，对于其以高级别的编程语言的应用程序可被编写。这些组件应用可为可执行的、即时的，例如，C-、字节码或翻译码，其在通信网络上通信，例如，使用通信协议的互联网，例如，TCP/IP。类似地，依照本发明的方面可使用面向对象的编程语言执行，诸如，.Net、SmallTalk、Java、C++、Ada、或C#(C-Sharp)。其它面向对象的编程语言也可被使用。可选地，功能的、脚本的，或逻辑编程语言可被使用。此外，依照本发明的各种方面和功能可在非编程的环境中执行，例如，以HTML、XML 或其它格式创建的文件，当在浏览器程序的窗口中查看时，其致使图解的用户界面的方面或执行其它功能。此外，依照本发明的各种实施方式可被执行作为编程的或非编程的元素， 或其任何组合。例如，网页可使用HTML执行，虽然从网页内部访问的数据目标可以C++编写。因此，本发明不限制为具体的编程语言且任何适合的编程语言也能够被使用。包含在实施方式内的计算机系统可执行在发明范围外的功能。例如，系统的方面可使用存在的商业产品来执行，诸如，例如，数据库管理系统，诸如可购于华盛顿州的西雅图的Microsoft公司的SQL服务器、来自Redwood Shores的Oracle的Oracle数据库、CA， 以及来自瑞典乌普萨拉的MySQLAB的MySQL或集成软件，诸如来自纽约的Armonk的IBM的 Web Sphere中间件。然而，运行例如SQL服务器的计算机系统可能能够支持依照本发明的方面和用于不在本发明的范围内的各种应用的数据库。示例性系统架构图2呈现了包括分布式系统200的物理和逻辑元件的环境图。如示出的，分布式系统200依照本发明被专门地配置。关于图2叙述的系统结构和内容仅为示例的目的且不是要将本发明限制为在图2中示出的具体结构。如对于本领域的普通的技术人员中的一个为明显的，许多不同的系统结构能够在没有偏离本发明的范围的情况下被构造。在图2中呈现的特殊的布置被选择以提升清晰度。信息可使用任何技术在图2中描述的元件、组件和子系统之间流动。这类技术包括，例如，在网络上经TCP/IP传递信息，在存储器中的模块之间传递信息以及通过编写到文件、数据库或一些其它的非易失性存储设备来传递信息。其它技术和协议可在没有偏离本发明的范围的情况下被使用。参照图2，系统200包括用户202、设计界面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可允许用户202比如数据中心设计师或其他数据中心人员与设计界面204交互以创建或修改一个或多个数据中心配置的模型。根据一种实施方式，设计界面204可包括地板编辑器和机架编辑器的方面，如在2008年5月15日提交的题为 METHODS AND SYSTEMS FOR MANAGING FACILITY POWER AND COOLING 的2012年3月14日 申请日期2010年3月23日 优先权日2009年4月1日
发明者J·W·范吉尔德, 克里斯多佛·M·希利 申请人:美国能量变换公司