Luca Bert,LSI公司知名存儲技術(shù)專家
什么是服務(wù)器虛擬化，我們?yōu)槭裁匆捎梅?wù)器虛擬化技術(shù)？
虛擬化技術(shù)旨在降低總擁有成本 (TCO) 的同時提高服務(wù)器部署與管理效率。從整體角度上看，服務(wù)器虛擬化分兩個階段進行，首先是整合服務(wù)器，其次是提高使用效率。
在整合階段，該技術(shù)主要解決服務(wù)器利用率普遍偏低的問題（2007 年初，IDC 研究發(fā)現(xiàn)，一般可接受的平均利用率僅為7%）。但我們卻要支付服務(wù)器的全部費用，整體加以部署，而且服務(wù)器整體要消耗大量電力。解決上述問題首先也是最簡單的方法就是將運行在不同服務(wù)器上的各種操作系統(tǒng)與應(yīng)用整合在單個平臺上，這樣做的主要好處是能夠大幅降低采購成本（即資本支出），同時還有助于降低功耗。
在第二階段，我們更注重的是提高服務(wù)器的使用效率。利用多個虛擬化服務(wù)器來動態(tài)管理資源，在服務(wù)器之間移動虛擬機，并對停機時間、升級和維護工作進行透明化的計劃安排，以及自動實現(xiàn)故障轉(zhuǎn)移。本階段主要側(cè)重于降低平臺的管理成本與運營支出。目前，軟硬件也正在向虛擬化這一發(fā)展方向上齊頭并進：首先，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)硬件進行實施，通過二進制補丁等軟件技術(shù)創(chuàng)建虛擬層。隨后,硬件通過添加 Intel VT-x 與 VT-i以及AMD-V 等虛擬技術(shù)，有助于從每個客操作系統(tǒng) (Guest OS) 中抽象出(abstract) CPU 和存儲器。
接下來，我們還是先通過軟件方式將系統(tǒng)管理程序基礎(chǔ)架構(gòu)從二進制補丁轉(zhuǎn)移到仿真和半虛擬化中來提高系統(tǒng)管理程序的效率，并降低系統(tǒng)開銷。
最后，就是將虛擬環(huán)境從GB級降到數(shù)十MB的水平，從而減小軟件對資源的開銷。
被遺忘的 I/O
由于最初側(cè)重點主要放在軟件基礎(chǔ)架構(gòu)上，因此所有努力都是為了解決 CPU 和存儲器領(lǐng)域常見的軟件瓶頸問題。
一直以來，我們把 I/O 作為大眾產(chǎn)品資源，系統(tǒng)管理程序從操作系統(tǒng)（客操作系統(tǒng) (GOS)）中抽象出 I/O，好像每個客操作系統(tǒng)都擁有全部 I/O 一樣。事實上，這種解決方案現(xiàn)在仍能正常工作，尤其是在最近仿真和半虛擬化技術(shù)取得長足發(fā)展的情況下，上述解決方案依然適用。
不過，這種解決方案的問題在于，I/O 硬件仍然是單一的元素，有著其內(nèi)在的局限性，受系統(tǒng)管理程序的影響，只能為單個操作系統(tǒng)服務(wù)，而不能滿足一系列虛擬 GOS 的要求。由于 I/O 和 GOS 之間缺乏相互了解，因此簡化了部署工作（OS 和 I/O 彼此不了解，毋需對其進行修改），但這會影響效率，且存在安全隱患問題。
系統(tǒng)管理程序是最基本的管理機制，GOS 的每個 I/O 請求都要經(jīng)系統(tǒng)管理程序處理。系統(tǒng)管理程序可提供抽象服務(wù) (abstraction service)、處理 GOS 隊列、中斷服務(wù)并處理異常情況等。
從積極方面來說，目前這種模型為改進 I/O 和存儲功能提供了新的機遇。最直接、最簡單的例子就是，系統(tǒng)管理程序可通過作為集合點的內(nèi)部文件系統(tǒng)（例如 VMware 中的 VMFS）來虛擬化軟件層上的所有存儲空間，然后根據(jù)需要將軟件重新分配給各個客操作系統(tǒng)。
這種方法提供了一些此前只有 SAN 才具備的特性：我們可以對存儲空間進行精簡配置，創(chuàng)建快照，并通過存儲池或其他技術(shù)抽象存儲空間。我們不需要將一系列服務(wù)器連接到 SAN，而是從系統(tǒng)管理程序文件系統(tǒng)連接到 GOS 存儲系統(tǒng)，而且存儲系統(tǒng)位于物理盒子內(nèi)。
不過，這種方法也存在一些局限性：
此外，虛擬化技術(shù)還能為 DAS RAID 控制器提供類似于 SAN 的優(yōu)勢，盡管這些控制器并不了解虛擬層。其中最明顯的優(yōu)勢就是存儲整合，這也是先前基于 SAN 的 RAID 技術(shù)最為顯著的優(yōu)勢之一。出于對性能和可靠性方面的考慮，用戶往往不得不對非虛擬化服務(wù)器的配置過量存儲空間，而這通常會導(dǎo)致資源浪費及部署成本的提高。虛擬化服務(wù)器的配置與 SAN 一樣，可以根據(jù)需要將存儲空間整合起來，然后通過創(chuàng)建 LUN 并將其分配給每個 GOS（或分配至系統(tǒng)管理程序自己的文件系統(tǒng)），最后并利用各種常見的 SAN 技術(shù)來實現(xiàn)配置。
最后要提的一點是，I/O（尤其是 DAS 存儲 I/O）具有平臺本地化特性。雖然可將存儲空間抽象至運行在本服務(wù)器上的 GOS，但卻不能將其抽象至另一個服務(wù)器上的 GOS，因為找不到有效的通信路徑，而且如果服務(wù)器發(fā)生故障時所有本地存儲設(shè)備都會發(fā)生故障，不能再滿足其他服務(wù)器的要求。因此，VM 移動技術(shù)的當(dāng)前實施方案要求存儲設(shè)備必須與 SAN 相連。
不過，產(chǎn)生這種不足的原因在于，我們在服務(wù)器虛擬化的第一階段完全致力于 CPU 和存儲器的管理問題，而要讓系統(tǒng)管理程序在沒有硬件的支持下來解決抽象問題。
附注：隨著虛擬化技術(shù)的不斷普及，I/O 虛擬化的重要性也不斷提高。在此情況下，新技術(shù)開始涌現(xiàn)，有望打破虛擬系統(tǒng)中I/O的局限性，同時保留所有技術(shù)優(yōu)勢。本領(lǐng)域最有前景的技術(shù)就是 Single-Root IO 虛擬化 (SrIOV) 和 Multi-Root IO 虛擬化 (MrIOV) 技術(shù)。我們將在下篇文章中對其加以探討。
