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关键字： 虚拟技术
来  源： 赛迪网－中国电脑教育报
IBM 虚拟技术详解
作者：北京联合大学 陈宝林 发文时间：2004.09.28
对于IBM来说，虚拟已经不是一项新技术，在其大型机上就已经得到广泛应用。IBM经过多年的经验积累和不断的投入开发，正逐步把虚拟技术迁移到IBM p系列UNIX/Linux服务器等产品上。日前刚刚发布的IBM eServer p5系统中就包括了与其相配套的最新虚拟技术，其中最有代表的是微分区和虚拟I/O。

　　微分区技术

　　IBM的微分区源自大型主机技术，是基于服务器虚拟化领域的二项主要突破：物理处理器和I/O设备的虚拟化。二项虚拟化都可实现分区对这类计算资源的共享。此外，还有其他众多相关技术，包括可精细调整的资源分配，更大分区数量的承载能力和更高资源利用效率。

　　在基于Power4的服务器上，每个处理器只能被惟一地分配一个分区。因为被分配的处理器被惟一的分区占据，所以跨分区的处理器共享是十分困难的，所以这些分区被称作绑定分区（Dedicated Partition）。在全新基于Power5的系统中，微分区模式使单个物理处理器被“抽象”成多个虚拟处理器，并可分别进行分配。虚拟处理器不能再被共享，但它们的根基——物理处理器则是共享的，因为这些物理处理器已经在“平台层面”进行了虚拟化。这种“共享”是全新分区模式中最根本的特点，并具备“自主运算能力”。绑定有虚拟处理器的分区则被称为共享处理器分区。

　　必须强调的是虚拟化的“抽象”过程是在硬件和Power Hypervisor（固件的一个组成部分）中完成的。除非专门赋予一个操作系统区别物理和虚拟处理器的能力，否则从操作系统的角度来看，一个虚拟处理器和一个物理处理器是完全没有区别的。在硬件/固件上实现分区最大的优势在于只要经过很少甚至根本不需要进行应用移植，用户就可以充分利用Power5及其相关技术。此外，为达到更理想的性能表现，还可以选择进一步增强操作系统的功能，实现对微分区技术的深度利用。例如当系统处于空闲时，系统会自主地将CPU的周期释放给Power Hypervisor。全新推出的AIX 5L V5.3操作系统是第一个拥有此类功能的AIX 5L版本。

　　系统管理员在设置和管理系统时，在为一个分区指定虚拟处理器数量的同时，也就相当于为它指定虚拟处理器背后所支持的物理处理器数量和容量。所谓指定“容量”，是指系统管理员可以将一个物理处理器的部分计算能力分配给一个分区，而不必受限于处理器物理上的单位和个数。

　　实现“可以一部分一部分”分配处理器计算能力后，给定系统平台就能被划分成更多的分区，所能同时支持的工作负荷也实现了最大化。虽然系统管理的通常做法是将众多系统应用装在一个操作系统下，但绝大多数用户出于性能表现和稳定性方面的考虑，希望每个应用或工作负荷间的干扰最小。面对这样的需求，最好的解决办法是将不同应用或工作负荷放在完全分开的系统分区。较之传统逻辑或物理分区系统，共享处理器技术因为能支持更多分区，使这样的需求得以更好满足。

　　该技术另一个重要方面就是能显著提高物理处理器的利用率。有两点可以证明：

　　1. 在分区层面上，处理器的处理能力能得到更精细的分配，这主要是源于处理器可以一部分一部分地进行分配。

　　2. 分区上的操作系统具有主动“上缴”计算能力的功能。当一个分区没有什么工作需要做的时候，系统管理程序（Hypervisor）就会将处理器“上缴”的空闲计算能力分配给其他需要的地方。通过提高物理处理器的利用率，在系统平台层面上有效降低了系统空闲时间。

　　从成本角度看，用户现有系统的利用率常常只有10%，一味地通过增加服务器和处理器数量来满足应用，势必使成本上升而收效甚微。在采购决策中购买额外处计算能力的费用将是个很重要的因素，尤其是处理器的价格相对较贵的情况下更是如此。如果采用微分区技术，效果将十分显著。因为这意味着用户在服务器整合中，不再需要买那么多的处理器及其处理能力。基于Power5处理器的IBM p系列服务器的微分区能力将为建设服务器场（Server Farm）提供更高性能价格比的选择。

　　虚拟I/O

　　虚拟I/O包括四项独特的功能：

　　1） 虚拟以太网

　　2） 共享以太网适配器

　　3） 共享光纤通道适配器

　　4） 虚拟磁盘存储器

　　通过共享网络适配器和磁盘存储器，用户不再需要将它们一对一地绑定在逻辑分区上，而可以实现多个逻辑分区共享某个适配器或磁盘，这使得I/O模式更具经济性。

　　用户可以设置虚拟以太网，从而搭建逻辑分区间的通信网络。Power Hypervisor充当了符合IEEE标准的以太网交换，而各个逻辑分区的操作系统实现了虚拟以太网适配器。Power Hypervisor以太网交换也使IEEE虚拟局域网机制能够发挥作用。使用虚拟以太网，用户可以部署逻辑分区间的通信，这可在节省大量物理以太网适配器、扩展空间和物理线路的同时提高通信带宽。

　　要让服务器内部共享以太网及光纤通道适配器和虚拟磁盘存储器，必须首先建立“主机”逻辑分区（Hosting LPAR）。基于AIX 5L操作系统的“主机”逻辑分区会被封装起来，用以简化系统管理。这些“主机”逻辑分区管理着物理的硬件资源，并将这些资源共享给众多“客户”逻辑分区。“主机”和“客户”逻辑分区间的通信由一组系统管理程序（Hypervisor）来实现。

　　●二层数据包转发器（Packet Forwarder）是实现物理以太网适配器共享的核心，它负责传递客户逻辑分区和物理以太网适配器间的通信数据包。

　　●向“客户”逻辑分区分配和映射SAN LUN实现了共享物理光纤通道。“主机”逻辑分区中的多路径I/O软件能保护“主机”逻辑分区和SAN存储控制器间光纤通道的错误。

　　●“主机”分区中的AIX 5L 逻辑卷管理（LVM）实现了虚拟磁盘存储器。系统中的磁盘卷将成为“客户”逻辑分区的虚拟磁盘。“主机”逻辑分区同样能有效实现SCSI目标模式（SCSI Target Mode）

　　用户能通过运行多个I/O“主机”逻辑分区来提高系统可用性。“客户”逻辑分区能运行多路径I/O软件防止主机分区的错误。


　　微分区示意图


　　新旧分区技术对比图

（T111）




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