高級(jí)虛擬化技術(shù)的發(fā)展歷程

虛擬化技術(shù)雖然在x86 領(lǐng)域相對(duì)較新，但在基于Unix 的RISC 系統(tǒng)領(lǐng)域卻已擁有多年的歷史。多年以來(lái)，高級(jí)Unix 虛擬化的核心優(yōu)勢(shì)一直集中在三個(gè)領(lǐng)域：允許更靈活地更改、刪除和添加系統(tǒng)架構(gòu)資源；提高應(yīng)用的隔離性、可用性和速度以滿足不斷變化的系統(tǒng)資源和容量要求－無(wú)論是在服務(wù)器合并項(xiàng)目中還是在混合工作負(fù)載和測(cè)試環(huán)境中；最后一個(gè)領(lǐng)域是合并操作系統(tǒng)映像及/ 或應(yīng)用工作負(fù)載。

1. IBM 虛擬化堆棧的發(fā)展史？

LPAR是IBM虛擬化戰(zhàn)略中的第一步。在AIX 5.1 和POWER4技術(shù)面市長(zhǎng)達(dá)8年之后，IBM才推出了邏輯分區(qū)（LPAR）旨在提高靈活性和大型系統(tǒng)的利用率。LPAR 允許系統(tǒng)在不同分區(qū)中同時(shí)運(yùn)行AIX 和Linux，最低要求是1 個(gè)CPU、1GB 內(nèi)存和1 個(gè)以太網(wǎng)適配器。然而，系統(tǒng)管理員必須重啟操作系統(tǒng)之后才能在LPAR 之間轉(zhuǎn)移資源。

動(dòng)態(tài)LPAR通過(guò)避免重啟來(lái)增加靈活性。AIX 5.2 的動(dòng)態(tài)邏輯分區(qū)功能增加了系統(tǒng)靈活性，允許管理員動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)移CPU、I/O 適配器和內(nèi)存，無(wú)需重啟LPAR。這個(gè)System p 創(chuàng)新是固件、系統(tǒng)管理程序和AIX 共同作用的結(jié)果，是一項(xiàng)技術(shù)突破，允許系統(tǒng)管理員使用虛擬資源來(lái)創(chuàng)建、轉(zhuǎn)移或刪除系統(tǒng)和應(yīng)用工作負(fù)載資源。

IBM PowerVM 優(yōu)勢(shì)揭密

APV 將虛擬化擴(kuò)展到CPU和內(nèi)存以外。APV, introduced in the AIX 5.3 操作系統(tǒng)和基于POWER5的System p 提供的APV功能不僅允許虛擬化CPU和內(nèi)存，而且還允許共享以太網(wǎng)適配器并且為最終用戶調(diào)配分割磁盤(pán)資源。通過(guò)APV，IBM System p 可促進(jìn)服務(wù)器合并、降低成本、將虛擬化冗余提升到全新水平、調(diào)整并優(yōu)化各種形式的系統(tǒng)資源和應(yīng)用工作負(fù)載容量以便快速響應(yīng)不斷變化的業(yè)務(wù)需求。動(dòng)態(tài)分區(qū)遷移允許在服務(wù)器之間轉(zhuǎn)移虛擬化資源。單一系統(tǒng)虛擬化雖然能夠大幅度提高靈活性，但卻難以滿足更全面地察看整個(gè)數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施的要求。即便IBM System p設(shè)計(jì)用于在單一服務(wù)器產(chǎn)品中提供高可用性，但在某些情況下，您仍然需要為各種各樣的計(jì)劃內(nèi)維修來(lái)更改或中斷特定應(yīng)用工作負(fù)載、分區(qū)或整個(gè)服務(wù)器環(huán)境的運(yùn)行。動(dòng)態(tài)分區(qū)遷移功能允許管理員在服務(wù)器之間轉(zhuǎn)移正在運(yùn)行的生產(chǎn)應(yīng)用，無(wú)需中斷服務(wù)器的運(yùn)行。這種在服務(wù)器之間動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)移應(yīng)用的能力可幫助用戶縮短計(jì)劃內(nèi)故障停機(jī)時(shí)間，通過(guò)轉(zhuǎn)移工作負(fù)載來(lái)響應(yīng)不斷變化的工作負(fù)載和業(yè)務(wù)要求，通過(guò)輕松合并工作負(fù)載以及關(guān)閉臨時(shí)（或永遠(yuǎn)）不用的服務(wù)器來(lái)降低能源消耗。

2. System p 虛擬化堆棧的總體商業(yè)價(jià)值？

任何IT 部門(mén)都希望能夠快速響應(yīng)業(yè)務(wù)需求。這些需求可能是簡(jiǎn)單地添加全新應(yīng)用工作負(fù)載或系統(tǒng)，更改系統(tǒng)級(jí)容量標(biāo)準(zhǔn)，或者加快現(xiàn)有服務(wù)器系統(tǒng)的固有響應(yīng)速度。非虛擬化的IT 部署需要為多個(gè)單獨(dú)的系統(tǒng)單元開(kāi)發(fā)具體規(guī)范、確定規(guī)模并實(shí)施配置，包括服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、交換機(jī)、存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)（SAN）和存儲(chǔ)器。新硬件的選擇、購(gòu)買(mǎi)、測(cè)試、調(diào)試以及部署到生產(chǎn)環(huán)境中將是既漫長(zhǎng)又昂貴的過(guò)程。

System p 虛擬化技術(shù)允許您更加快速且經(jīng)濟(jì)高效地設(shè)置、優(yōu)化和部署應(yīng)用工作負(fù)載及其他系統(tǒng)資源。具體說(shuō)，PowerVM 允許IT 機(jī)構(gòu)提高對(duì)服務(wù)器的總體利用率、通過(guò)減少物理服務(wù)器的數(shù)量來(lái)降低管理成本、降低電費(fèi)和冷卻成本并加快應(yīng)用部署速度。

3. POWER Hypervisor 在PowerVM中發(fā)揮什么作用？

POWER Hypervisor 是System p 服務(wù)器虛擬化的技術(shù)，允許您將硬件分成多個(gè)分區(qū)并確保分區(qū)間的嚴(yán)格隔離。POWER Hypervisor 是System p 服務(wù)器上始終開(kāi)啟的特性，負(fù)責(zé)在物理處理器之間分配邏輯分區(qū)工作負(fù)載，并可作用于微分區(qū)、虛擬處理器、兼容VLAN 的虛擬交換機(jī)、虛擬SCSI 適配器和虛擬控制臺(tái)等其他系統(tǒng)技術(shù)。POWER Hypervisor 通過(guò)多種方法調(diào)配物理服務(wù)器資源和虛擬資源：在邏輯分區(qū)之間提供安全層，以便確保分區(qū)完整性；在物理硬件資源與使用它們的邏輯分區(qū)之間提供抽象層；控制虛擬處理器與物理處理器之間的分配工作；在邏輯處理器上下文交換期間保存并恢復(fù)所有的處理器狀態(tài)信息；控
制面向邏輯分區(qū)的硬件I/O 中斷管理工作。

4. POWER Hypervisor 如何與PowerVM 技術(shù)相集成？

POWER Hypervisor允許您定義邏輯分區(qū)。邏輯分區(qū)不局限在物理服務(wù)器范圍內(nèi)，允許從共享處理器庫(kù)分配處理器資源。使用共享處理器庫(kù)提供的處理器資源的LPAR 稱為微分區(qū)LPAR。使用POWER Hypervisor，您可在分區(qū)之間轉(zhuǎn)移系統(tǒng)資源、物理處理器、虛擬處理器、內(nèi)存和I/O 插槽，無(wú)需重啟。這個(gè)名為動(dòng)態(tài)LPAR 的特性是在虛擬化環(huán)境中提高System p硬件利用率的核心功能。此外，POWERHypervisor 還能控制以下各項(xiàng)的功能：

● 虛擬以太網(wǎng)。POWER Hypervisor實(shí)施了以太網(wǎng)傳輸機(jī)制以及支持VLAN 功能的以太網(wǎng)交換機(jī)。虛擬LAN允許您在邏輯分區(qū)之間安全地通信，無(wú)需物理I/O適配器或布線，從而確保多個(gè)分區(qū)之間安全地共享以太網(wǎng)帶寬，藉此大幅度提高硬件利用率。
● 虛擬SCSI。POWER Hypervisor 提供虛擬SCSI 功能，可確保分區(qū)與提供存儲(chǔ)器備份產(chǎn)品的虛擬I/O服務(wù)器之間安全地通信。虛擬SCSI與虛擬I/O 服務(wù)器的功能組合允許您共享存儲(chǔ)器適配器帶寬并將一個(gè)大規(guī)模的磁盤(pán)分割成多個(gè)小片斷。隨后在多個(gè)分區(qū)之間共享適配器和磁盤(pán)，藉此大幅度提高系統(tǒng)利用率。

● 虛擬I/O。從本質(zhì)上說(shuō)，虛擬I/O 服務(wù)器是允許您在一組邏輯分區(qū)之間關(guān)聯(lián)并共享物理資源的服務(wù)器產(chǎn)品。對(duì)于虛擬以太網(wǎng)，您可在虛擬I/O服務(wù)器上定義共享以太網(wǎng)適配器，以便將虛擬以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的網(wǎng)絡(luò)流量傳輸?shù)轿锢硪蕴W(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。虛擬I/O服務(wù)器技術(shù)可促進(jìn)局域網(wǎng)和磁盤(pán)I/O 資源的合并并且最大限度地減少所需的物理適配器數(shù)量，同時(shí)仍能滿足服務(wù)器的所有其他功能要求。虛擬I/O服務(wù)器可運(yùn)行在專用處理器分區(qū)或微分區(qū)中。

5. 微分區(qū)和共享處理器庫(kù)有什么優(yōu)勢(shì)？

微分區(qū)允許將物理處理器的計(jì)算能力分成多個(gè)小型處理單元并且允許多個(gè)物理分區(qū)共享它們，從而提高CPU資源利用率。邏輯分區(qū)中的CPU分配粒度越細(xì)，可用處理能力的使用效率越高。POWER系統(tǒng)中的物理處理器虛擬化功能提供通過(guò)硬件微碼實(shí)施的提取層。在操作系統(tǒng)看來(lái)，虛擬處理器就是物理處理器。

硬件分區(qū)的主要優(yōu)勢(shì)在于它允許POWER服務(wù)器運(yùn)行任何操作系統(tǒng)，幾乎或根本無(wú)需更改配置。實(shí)際上，您可增強(qiáng)操作系統(tǒng)來(lái)利用共享處理器庫(kù)，以便在硬件不需要CPU循環(huán)時(shí)自動(dòng)放棄它們。微分區(qū)技術(shù)允許多個(gè)分區(qū)共享一個(gè)物理處理器，從一個(gè)物理POWER處理器的資源庫(kù)－名為共享處理器庫(kù)－為這些共享處理器分區(qū)分配處理器資源。您為微分區(qū)分配的處理器容量 – 名為權(quán)限容量- 可以是物理共享處理器庫(kù)的10%-100%。物理共享處理器庫(kù)可以只包括一個(gè)物理處理器，也可以包括整個(gè)系統(tǒng)的全部可用處理器容量。微分區(qū)權(quán)限容量的遞增/ 遞減單位可以具體到1%個(gè)物理處理器。

基于POWER6 的系統(tǒng)添加了支持多個(gè)共享處理器庫(kù)的新功能，允許系統(tǒng)管理員創(chuàng)建一系列微分區(qū)，以便控制微分區(qū)能夠消耗的物理共享處理器庫(kù)的容量。每個(gè)共享處理器庫(kù)都有自己的權(quán)限容量限制，具體數(shù)值由這個(gè)共享處理器庫(kù)中的微分區(qū)數(shù)量決定。微分區(qū)能夠確保獲得權(quán)限容量，您可將未被使用的處理器循環(huán)分配給同一個(gè)共享處理器庫(kù)中其他的合格微分區(qū)。當(dāng)一個(gè)共享處理器庫(kù)中的微分區(qū)嚴(yán)重超載時(shí)，它們可從共享處理器庫(kù)以外借用更多的處理器容量，但不能超過(guò)規(guī)定的門(mén)限值- 稱為最大處理器庫(kù)容量。在共享邏輯分區(qū)中，虛擬處理器與物理處理器之間不存在固定關(guān)系。POWER Hypervisor可在調(diào)度虛擬處理器時(shí)使用共享處理器庫(kù)中的任何物理處理器。

POWER Hypervisor與共享處理器庫(kù)相結(jié)合，將能夠以最佳方式混合匹配物理資源（內(nèi)存和CPU），以便始終滿足任何虛擬微分區(qū)的各類工作負(fù)載要求。

6. 什么是工作負(fù)載分區(qū)（WPAR）和動(dòng)態(tài)應(yīng)用遷移？

2007 年11 月面市的AIX 6.1 提供名為工作負(fù)載分區(qū)（WPAR）的全新虛擬化功能。WPAR 是操作系統(tǒng)提供的軟件分區(qū)解決方案，用于跨越多個(gè)環(huán)境分割一個(gè)AIX 操作系統(tǒng)。名為工作負(fù)載分區(qū)的每個(gè)環(huán)境可托管全部的應(yīng)用工作負(fù)載并且將它們與在其他LPAR 中執(zhí)行的應(yīng)用相隔離。在WPAR中的應(yīng)用看來(lái)，它們的執(zhí)行環(huán)境便是自己的AIX實(shí)例。您可在AIX 6 LPAR 中創(chuàng)建WPAR并將其視為分割一系列AIX 程序的邊界。AIX 6 創(chuàng)造了一個(gè)新術(shù)語(yǔ)- AIX全局環(huán)境 – 指的是托管工作負(fù)載分區(qū)的局部AIX 操作系統(tǒng)。然而，您應(yīng)注意在LPAR中創(chuàng)建WPAR不會(huì)限制主機(jī)托管AIX 實(shí)例的使用。您可登錄到全局環(huán)境中、啟動(dòng)程序并在未托管WPAR 的AIX 實(shí)例上執(zhí)行相同任務(wù)。

如想有效地使用工作負(fù)載分區(qū)，您必須了解LPAR 中的全局環(huán)境的重要性。如上所述，工作負(fù)載分區(qū)是我們使用標(biāo)準(zhǔn)AIX6實(shí)例創(chuàng)建的，而全局環(huán)境只是不屬于任何工作負(fù)載分區(qū)的AIX6實(shí)例的一部分。全局環(huán)境類似于早期AIX版本的操作系統(tǒng)環(huán)境。系統(tǒng)管理員必須登錄到全局環(huán)境中才能創(chuàng)建、激活并管理工作負(fù)載分區(qū)。全局環(huán)境擁有LPAR 的全

部物理資源- 網(wǎng)絡(luò)適配器、磁盤(pán)適配器、磁盤(pán)、處理器和內(nèi)存- 為工作負(fù)載分區(qū)分配CPU和內(nèi)存資源并且允許它們?cè)L問(wèn)網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)設(shè)備。此外，性能監(jiān)控也是在全局環(huán)境中執(zhí)行的任務(wù)。

動(dòng)態(tài)應(yīng)用遷移是工作負(fù)載分區(qū)的優(yōu)勢(shì)，這個(gè)特性允許按計(jì)劃在系統(tǒng)之間遷移WPAR 工作負(fù)載，不會(huì)中斷應(yīng)用的運(yùn)行。您也可使用這項(xiàng)技術(shù)按規(guī)定在服務(wù)器上安裝固件；實(shí)際工作負(fù)載本身不一定非要意識(shí)到WPAR再分配。WPAR再分配是指將可執(zhí)行的代碼從一個(gè)LPAR 轉(zhuǎn)移到另一個(gè)LPAR，同時(shí)將應(yīng)用數(shù)據(jù)保存在相同的存儲(chǔ)設(shè)備上，因此要求托管WPAR的源和目的LPAR都必須能夠訪問(wèn)這些存儲(chǔ)設(shè)備。使用WPAR 能夠創(chuàng)造許多優(yōu)勢(shì)，包括：

● 縮短應(yīng)用故障中斷時(shí)間。如果應(yīng)用不屬于提供持續(xù)可用性的服務(wù)器群集，則WPAR能夠縮短應(yīng)用的故障中斷時(shí)間。例如，在服務(wù)器的物理維護(hù)期間，您可使用動(dòng)態(tài)應(yīng)用遷移功能來(lái)臨時(shí)轉(zhuǎn)移這個(gè)服務(wù)器上運(yùn)行的應(yīng)用 -不會(huì)中斷運(yùn)行。
● 提高資源有限的應(yīng)用環(huán)境的靈活性。當(dāng)您需要根據(jù)需要一次性啟動(dòng)應(yīng)用時(shí)，WPAR技術(shù)也可提供幫助。例如，在測(cè)試環(huán)境中，以資源太少而不足以運(yùn)行多個(gè)不使用的應(yīng)用。使用WPAR，您可在服務(wù)器上規(guī)定許多應(yīng)用，但不必激活它們。您只需基于測(cè)試需要來(lái)激活執(zhí)行這些應(yīng)用的工作負(fù)載分區(qū)即可。
● 簡(jiǎn)化服務(wù)器管理工作。WPAR技術(shù)還能幫助大幅度簡(jiǎn)化整個(gè)軟件堆棧的管理和處理工作。通過(guò)虛擬化和分區(qū)技術(shù)，您可在物理服務(wù)器的分區(qū)中托管多個(gè)應(yīng)用，但必須為每個(gè)應(yīng)用維護(hù)一個(gè)操作系統(tǒng)實(shí)例。WPAR技術(shù)允許您在多個(gè)應(yīng)用之間共享AIX實(shí)例，同時(shí)仍保持每個(gè)應(yīng)用在它們自己的環(huán)境中正常運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)應(yīng)用間的隔離。這種情況下，共享一個(gè)AIX實(shí)例的應(yīng)用越多，系統(tǒng)管理員所需開(kāi)展的OS修復(fù)、應(yīng)用備份、遷移和其他OS維護(hù)任務(wù)越少。
● 故障時(shí)發(fā)揮安全網(wǎng)絡(luò)的作用。您可將WPAR技術(shù)用作業(yè)務(wù)

7. PowerVM 全新的動(dòng)態(tài)分區(qū)遷移特性能夠解決哪些業(yè)務(wù)問(wèn)題？

雖然單一系統(tǒng)虛擬化能夠大幅度提高IT解決方案的靈活性，但客戶的服務(wù)要求常迫使企業(yè)必須全面洞悉基礎(chǔ)設(shè)施。許多情況下，應(yīng)用都分散在多個(gè)系統(tǒng)中，以確保應(yīng)用隔離、優(yōu)化全球系統(tǒng)資源并通過(guò)更改基礎(chǔ)設(shè)施來(lái)適應(yīng)全新工作負(fù)載。然而，在系統(tǒng)之間實(shí)際傳輸或者再托管應(yīng)用工作負(fù)載是最耗時(shí)的任務(wù)之一，使遷移成為大勢(shì)所趨，驅(qū)動(dòng)力包括：

● 資源均衡。有時(shí)，一個(gè)服務(wù)器不能提供足夠資源來(lái)運(yùn)行工作負(fù)載，而另一個(gè)服務(wù)器卻可以做到。
● 新系統(tǒng)的部署。有時(shí)，為了獲得性價(jià)比優(yōu)勢(shì)，您必須將運(yùn)行在現(xiàn)有系統(tǒng)上的工作負(fù)載遷移到功能更強(qiáng)大的現(xiàn)有系統(tǒng)上。
● 可用性要求。當(dāng)系統(tǒng)需要維護(hù)時(shí)，必須確保其托管的應(yīng)用持續(xù)運(yùn)行并遷移到另一個(gè)系統(tǒng)中。

如果不能輕松遷移分區(qū)的話，所有這些活動(dòng)都需要認(rèn)真規(guī)劃以及工資很高的資深專家，并且經(jīng)常導(dǎo)致長(zhǎng)時(shí)間的系統(tǒng)中斷。某些情況下，SLA 要求非常嚴(yán)格，根本不允許出現(xiàn)計(jì)劃內(nèi)故障中斷。

IBM 的動(dòng)態(tài)分區(qū)遷移是基于POWER6 的新技術(shù)，旨在解決這些應(yīng)用工作負(fù)載或系統(tǒng)資源遷移問(wèn)題。作為PowerVM的最新特性和差分因素，動(dòng)態(tài)分區(qū)允許您在服務(wù)器之間遷移運(yùn)行AIX 和Linux 的分區(qū)及其托管的應(yīng)用，無(wú)需中斷基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)，也不會(huì)影響到用戶。遷移在幾秒內(nèi)便可完成，在此期間，整個(gè)系統(tǒng)交易都可保持完整性。由于處在虛擬狀態(tài)，遷移可傳輸整個(gè)系統(tǒng)堆棧，包括處理器狀態(tài)存儲(chǔ)器、相連的虛擬設(shè)備和用戶等。動(dòng)態(tài)分區(qū)遷移還支持自動(dòng)運(yùn)行并合并到系統(tǒng)管理工具和腳本中。對(duì)多項(xiàng)并發(fā)遷移任務(wù)的支持允許您極為快速地更改、轉(zhuǎn)移或添加分區(qū)。硬件管理控制臺(tái)（HMC）為單一分區(qū)和點(diǎn)到點(diǎn)遷移提供易用的向?qū)А?/p>

您可在分區(qū)關(guān)閉時(shí)遷移它們- 名為靜止遷移- 也可在分區(qū)正在提供服務(wù)遷移它們- 名為活動(dòng)遷移。活動(dòng)遷移期間無(wú)需中斷系統(tǒng)運(yùn)行或用戶服務(wù)。例如，您可將托管有效的生產(chǎn)型DBMS、支持正常用戶活動(dòng)的分區(qū)遷移到第個(gè)系統(tǒng)中，不會(huì)丟失數(shù)據(jù)和連接，也不會(huì)影響性能。從本質(zhì)上說(shuō)，您可在基于POWER6 的兩個(gè)系統(tǒng)之間遷移邏輯分區(qū)，但目的地系統(tǒng)必須提供足夠系統(tǒng)資源來(lái)托管分區(qū)。動(dòng)態(tài)分區(qū)遷移提供多個(gè)優(yōu)勢(shì)，包括：

提高服務(wù)水平協(xié)議（SLA）。允許您在服務(wù)器之間主動(dòng)遷移分區(qū)和應(yīng)用。更好地處理高峰期的工作負(fù)載。當(dāng)主要應(yīng)用對(duì)服務(wù)器資源提出了意想不的高需求時(shí)，您可能需要將應(yīng)用轉(zhuǎn)移到規(guī)模更大的服務(wù)器上，或者將不重要的分區(qū)轉(zhuǎn)移到其他服務(wù)器上以便釋放資源來(lái)滿足工作負(fù)載高峰需求。

提供合并機(jī)會(huì)。動(dòng)態(tài)分區(qū)遷移可幫助您提高服務(wù)器合并效率，將應(yīng)用從立的小型服務(wù)器遷移到功能更強(qiáng)大、規(guī)模更大的合并服務(wù)器目標(biāo)系統(tǒng)中。

降低電費(fèi)和冷卻成本。如果您的某些工作負(fù)載對(duì)資源要求時(shí)高時(shí)低- 例如在月底或季度末出現(xiàn)資源需求高峰- 您可使用動(dòng)態(tài)分區(qū)遷移功能在非高峰時(shí)段在一個(gè)合并后的服務(wù)器上運(yùn)行這些應(yīng)用，關(guān)閉閑置的服務(wù)器，只在高峰期到來(lái)之前將相關(guān)工作負(fù)載轉(zhuǎn)移到它們自己的、提供足夠資源的服務(wù)器上，從而降低這些設(shè)備的能源需求并確保充分冷卻它們。

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