IBM虚拟化及虚拟化技术浅析

概述 　

从2001年初在第一款多核POWER4系统上首次推出的逻辑分区到现在的PowerVM虚拟化堆栈，IBM虚拟化堆栈历经了大幅度改进。2007年，IBM对POWER6实施了快速更新：首先是高端Systemp570(5月面市)，然后是基于P6 的JS22刀片服务器(11月面市)以及横扫市场的Systemp520(入门级)和SystemP550(中级)服务器(2008年1月面市)。 PowerVM虚拟化功能作为牵引力吸引了70%的IT客户群-体现了IBM虚拟化堆栈作为系统合并实现工具的垄断地位2007年11月面市的AIX6添 加了两个突破性的功能-动态分区迁移和动态应用迁移-进一步增强了IBM高级虚拟化技术相对Unix竞争产品的优势。 　　

高级虚拟化技术的发展历程 　

虚拟化技术虽然在x86领域相对较新，但在基于Unix的RISC系统领域却已拥有多年的历史。多年以来，高级Unix虚拟化的核心优势一直集中在三 个领域：允许更灵活地更改、删除和添加系统架构资源;提高应用的隔离性、可用性和速度以满足不断变化的系统资源和容量要求-无论是在服务器合并项目中还是 在混合工作负载和测试环境中;最后一个领域是合并操作系统映像及/或应用工作负载。 　　

1.IBM虚拟化堆栈的发展史? 　　

LPAR是IBM虚拟化战略中的第一步。在AIX5.1和POWER4技术面市长达8年之后，IBM才推出了逻辑分区(LPAR)旨在提高灵活性和大 型系统的利用率。LPAR允许系统在不同分区中同时运行AIX和Linux，最低要求是1个CPU、1GB内存和1个以太网适配器。然而，系统管理员必须 重启操作系统之后才能在LPAR之间转移资源。 　

动态LPAR通过避免重启来增加灵活性。AIX5.2的动态逻辑分区功能增加了系统灵活性，允许管理员动态转移CPU、I/O适配器和内存，无需重启 LPAR。这个Systemp创新是固件、系统管理程序和AIX共同作用的结果，是一项技术突破，允许系统管理员使用虚拟资源来创建、转移或删除系统和应 用工作负载资源。 　

IBMPowerVM优势揭密 　

APV将虚拟化扩展到CPU和内存以外。APV,introducedintheAIX5.3操作系统和基于POWER5的Systemp提供的 APV功能不仅允许虚拟化CPU和内存，而且还允许共享以太网适配器并且为最终用户调配分割磁盘资源。通过APV，IBMSystemp可促进服务器合 并、降低成本、将虚拟化冗余提升到全新水平、调整并优化各种形式的系统资源和应用工作负载容量以便快速响应不断变化的业务需求。动态分区迁移允许在服务器 之间转移虚拟化资源。单一系统虚拟化虽然能够大幅度提高灵活性，但却难以满足更全面地察看整个数据中心基础设施的要求。即便IBMSystemp设计用于 在单一服务器产品中提供高可用性，但在某些情况下，您仍然需要为各种各样的计划内维修来更改或中断特定应用工作负载、分区或整个服务器环境的运行。动态分 区迁移功能允许管理员在服务器之间转移正在运行的生产应用，无需中断服务器的运行。这种在服务器之间动态转移应用的能力可帮助用户缩短计划内故障停机时 间，通过转移工作负载来响应不断变化的工作负载和业务要求，通过轻松合并工作负载以及关闭临时(或永远)不用的服务器来降低能源消耗。 　

2.Systemp虚拟化堆栈的总体商业价值? 　

任何IT部 门都希望能够快速响应业务需求。这些需求可能是简单地添加全新应用工作负载或系统，更改系统级容量标准，或者加快现有服务器系统的固有响应速度。非虚拟化 的IT部署需要为多个单独的系统单元开发具体规范、确定规模并实施配置，包括服务器、网络、交换机、存储区域网(SAN)和存储器。新硬件的选择、购买、 测试、调试以及部署到生产环境中将是既漫长又昂贵的过程。 　

Systemp虚拟化技术允许您更加快速且经济高效地设置、优化和部署应用工作负载及其他系统资源。具体说，PowerVM允许IT机构提高对服务器的总体利用率、通过减少物理服务器的数量来降低管理成本、降低电费和冷却成本并加快应用部署速度。

3.POWERHypervisor在PowerVM中发挥什么作用?

POWERHypervisor是Systemp服务器虚拟化的技术，允许您将硬件分成多个分区并确保分区间的严格隔离。 POWERHypervisor是Systemp服务器上始终开启的特性，负责在物理处理器之间分配逻辑分区工作负载，并可作用于微分区、虚拟处理器、兼 容VLAN的虚拟交换机、虚拟SCSI适配器和虚拟控制台等其他系统技术。POWERHypervisor通过多种方法调配物理服务器资源和虚拟资源：在 逻辑分区之间提供安全层，以便确保分区完整性;在物理硬件资源与使用它们的逻辑分区之间提供抽象层;控制虚拟处理器与物理处理器之间的分配工作;在逻辑处 理器上下文交换期间保存并恢复所有的处理器状态信息;控制面向逻辑分区的硬件I/O中断管理工作。 　　

4.POWERHypervisor如何与PowerVM技术相集成? 　

POWERHypervisor允许您定义逻辑分区。逻辑分区不局限在物理服务器范围内，允许从共享处理器库分配处理器资源。使用共享处理器库提供的 处理器资源的LPAR称为微分区LPAR。使用POWERHypervisor，您可在分区之间转移系统资源、物理处理器、虚拟处理器、内存和I/O插 槽，无需重启。这个名为动态LPAR的特性是在虚拟化环境中提高Systemp硬件利用率的核心功能。此外，POWERHypervisor还能控制以下 各项的功能： 　

●虚拟以太网。POWERHypervisor实施了以太网传输机制以及支持VLAN功能的以太网交换机。虚拟LAN允许您在逻辑分区之间安全地通信，无需物理I/O适配器或布线，从而确保多个分区之间安全地共享以太网带宽，藉此大幅度提高硬件利用率。 　　

●虚拟SCSI。POWERHypervisor提供虚拟SCSI功能，可确保分区与提供存储器备份产品的虚拟I/O服务器之间安全地通信。虚拟 SCSI与虚拟I/O服务器的功能组合允许您共享存储器适配器带宽并将一个大规模的磁盘分割成多个小片断。随后在多个分区之间共享适配器和磁盘，藉此大幅 度提高系统利用率。

●虚拟I/O。从本质上说，虚拟I/O服务器是允许您在一组逻辑分区之间关联并共享物理资源的服务器产品。对于虚拟以太网，您可在虚拟I/O服务器上 定义共享以太网适配器，以便将虚拟以太网网络发送的网络流量传输到物理以太网网络。虚拟I/O服务器技术可促进局域网和磁盘I/O资源的合并并且最大限度 地减少所需的物理适配器数量，同时仍能满足服务器的所有其他功能要求。虚拟I/O服务器可运行在专用处理器分区或微分区中。

5.微分区和共享处理器库有什么优势?

微分区允许将物理处理器的计算能力分成多个小型处理单元并且允许多个物理分区共享它们，从而提高CPU资源利用率。逻辑分区中的CPU分配粒度越细， 可用处理能力的使用效率越高。POWER系统中的物理处理器虚拟化功能提供通过硬件微码实施的提取层。在操作系统看来，虚拟处理器就是物理处理器。 　

硬件分区的主要优势在于它允许POWER服务器运行任何操作系统，几乎或根本无需更改配置。实际上，您可增强操作系统来利用共享处理器库，以便在硬件 不需要CPU循环时自动放弃它们。微分区技术允许多个分区共享一个物理处理器，从一个物理POWER处理器的资源库-名为共享处理器库-为这些共享处理器 分区分配处理器资源。您为微分区分配的处理器容量-名为权限容量-可以是物理共享处理器库的10%-100%。物理共享处理器库可以只包括一个物理处理 器，也可以包括整个系统的全部可用处理器容量。微分区权限容量的递增/递减单位可以具体到1%个物理处理器。

基于POWER6的系统添加了支持多个共享处理器库的新功能，允许系统管理员创建一系列微分区，以便控制微分区能够消耗的物理共享处理器库的容量。每 个共享处理器库都有自己的权限容量限制，具体数值由这个共享处理器库中的微分区数量决定。微分区能够确保获得权限容量，您可将未被使用的处理器循环分配给 同一个共享处理器库中其他的合格微分区。当一个共享处理器库中的微分区严重超载时，它们可从共享处理器库以外借用更多的处理器容量，但不能超过规定的门限 值-称为最大处理器库容量。在共享逻辑分区中，虚拟处理器与物理处理器之间不存在固定关系。POWERHypervisor可在调度虚拟处理器时使用共享 处理器库中的任何物理处理器。 　

POWERHypervisor与共享处理器库相结合，将能够以最佳方式混合匹配物理资源(内存和CPU)，以便始终满足任何虚拟微分区的各类工作负载要求。 　　

6.什么是工作负载分区(WPAR)和动态应用迁移? 　

2007年11月面市的AIX6.1提供名为工作负载分区(WPAR)的全新虚拟化功能。WPAR是操作系统提供的软件分区解决方案，用于跨越多个环 境分割一个AIX操作系统。名为工作负载分区的每个环境可托管全部的应用工作负载并且将它们与在其他LPAR中执行的应用相隔离。在WPAR中的应用看 来，它们的执行环境便是自己的AIX实例。您可在AIX6LPAR中创建WPAR并将其视为分割一系列AIX程序的边界。AIX6创造了一个新术语 -AIX全局环境-指的是托管工作负载分区的局部AIX操作系统。然而，您应注意在LPAR中创建WPAR不会限制主机托管AIX实例的使用。您可登录到 全局环境中、启动程序并在未托管WPAR的AIX实例上执行相同任务。 　

如想有效地使用工作负载分区，您必须了解LPAR中的全局环境的重要性。如上所述，工作负载分区是我们使用标准AIX6实例创建的，而全局环境只是不 属于任何工作负载分区的AIX6实例的一部分。全局环境类似于早期AIX版本的操作系统环境。系统管理员必须登录到全局环境中才能创建、激活并管理工作负 载分区。全局环境拥有LPAR的全部物理资源-网络适配器、磁盘适配器、磁盘、处理器和内存-为工作负载分区分配CPU和内存资源并且允许它们访问网络和 存储设备。此外，性能监控也是在全局环境中执行的任务。 　

动态应用迁移是工作负载分区的优势，这个特性允许按计划在系统之间迁移WPAR工作负载，不会中断应用的运行。您也可使用这项技术按规定在服务器上安 装固件;实际工作负载本身不一定非要意识到WPAR再分配。WPAR再分配是指将可执行的代码从一个LPAR转移到另一个LPAR，同时将应用数据保存在 相同的存储设备上，因此要求托管WPAR的源和目的LPAR都必须能够访问这些存储设备。使用WPAR能够创造许多优势，包括：

●缩短应用故障中断时间。如果应用不属于提供持续可用性的服务器群集，则WPAR能够缩短应用的故障中断时间。例如，在服务器的物理维护期间，您可使用动态应用迁移功能来临时转移这个服务器上运行的应用-不会中断运行。

●提高资源有限的应用环境的灵活性。当您需要根据需要一次性启动应用时，WPAR技术也可提供帮助。例如，在测试环境中，以资源太少而不足以运行多个 不使用的应用。使用WPAR，您可在服务器上规定许多应用，但不必激活它们。您只需基于测试需要来激活执行这些应用的工作负载分区即可。 　

●简化服务器管理工作。WPAR技术还能帮助大幅度简化整个软件堆栈的管理和处理工作。通过虚拟化和分区技术，您可在物理服务器的分区中托管多个应 用，但必须为每个应用维护一个操作系统实例。WPAR技术允许您在多个应用之间共享AIX实例，同时仍保持每个应用在它们自己的环境中正常运行，从而实现 应用间的隔离。这种情况下，共享一个AIX实例的应用越多，系统管理员所需开展的OS修复、应用备份、迁移和其他OS维护任务越少。 　

●故障时发挥安全网络的作用。您可将WPAR技术用作业务 　

7.PowerVM全新的动态分区迁移特性能够解决哪些业务问题? 　　

虽然单一系统虚拟化能够大幅度提高IT解决方案的灵活性，但客户的服务要求常迫使企业必须全面洞悉基础设施。许多情况下，应用都分散在多个系统中，以 确保应用隔离、优化全球系统资源并通过更改基础设施来适应全新工作负载。然而，在系统之间实际传输或者再托管应用工作负载是最耗时的任务之一，使迁移成为 大势所趋，驱动力包括：

●资源均衡。有时，一个服务器不能提供足够资源来运行工作负载，而另一个服务器却可以做到。

●新系统的部署。有时，为了获得性价比优势，您必须将运行在现有系统上的工作负载迁移到功能更强大的现有系统上。 　

●可用性要求。当系统需要维护时，必须确保其托管的应用持续运行并迁移到另一个系统中。

如果不能轻松迁移分区的话，所有这些活动都需要认真规划以及工资很高的资深专家，并且经常导致长时间的系统中断。某些情况下，SLA要求非常严格，根本不允许出现计划内故障中断。 　

IBM的动态分区迁移是基于POWER6的新技术，旨在解决这些应用工作负载或系统资源迁移问题。作为PowerVM的最新特性和差分因素，动态分区 允许您在服务器之间迁移运行AIX和Linux的分区及其托管的应用，无需中断基础设施服务，也不会影响到用户。迁移在几秒内便可完成，在此期间，整个系 统交易都可保持完整性。由于处在虚拟状态，迁移可传输整个系统堆栈，包括处理器状态存储器、相连的虚拟设备和用户等。动态分区迁移还支持自动运行并合并到 系统管理工具和脚本中。对多项并发迁移任务的支持允许您极为快速地更改、转移或添加分区。硬件管理控制台(HMC)为单一分区和点到点迁移提供易用的向 导。 　

您可在分区关闭时迁移它们-名为静止迁移-也可在分区正在提供服务迁移它们-名为活动迁移。活动迁移期间无需中断系统运行或用户服务。例如，您可将托 管有效的生产型DBMS、支持正常用户活动的分区迁移到第个系统中，不会丢失数据和连接，也不会影响性能。从本质上说，您可在基于POWER6的两个系统 之间迁移逻辑分区，但目的地系统必须提供足够系统资源来托管分区。动态分区迁移提供多个优势，包括：

提高服务水平协议(SLA)。允许您在服务器之间主动迁移分区和应用。更好地处理高峰期的工作负载。当主要应用对服务器资源提出了意想不的高需求时， 您可能需要将应用转移到规模更大的服务器上，或者将不重要的分区转移到其他服务器上以便释放资源来满足工作负载高峰需求。

提供合并机会。动态分区迁移可帮助您提高服务器合并效率，将应用从立的小型服务器迁移到功能更强大、规模更大的合并服务器目标系统中。 　　

降低电费和冷却成本。如果您的某些工作负载对资源要求时高时低-例如在月底或季度末出现资源需求高峰-您可使用动态分区迁移功能在非高峰时段在一个合 并后的服务器上运行这些应用，关闭闲置的服务器，只在高峰期到来之前将相关工作负载转移到它们自己的、提供足够资源的服务器上，从而降低这些设备的能源需 求并确保充分冷却它们。

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