IBM Power虚拟化技术：容易被人忽略的力量

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以服务器虚拟化为主的虚拟化解决方案目前正在火热的发展与普及中，各种迹象都表明，越来越多的客户都已走出理论评估的阶段，而开始真正的部署虚拟化解决方案。不过，由于x86服务器是当前服务器市场出货量的主流，所以一谈到虚拟化，很多人都潜意识的将其等同于x86虚拟化解决方案，而在这一领域，大家想到的是VMware， Hyper-V和Xen等。但显然这并不全面，当虚拟化本身使得硬件平台对于用户来说越来越透明的时候，我们会发现，其实与我们关系更密切的是应用环境，而不再是硬件平台本身了，这样也将使我们对平台的看法有所改变。所以，说到这里，我们就不得不提到IBM的虚拟化解决方案，以及IBM独有的虚拟化软件和技术。
　　事实上，当我们放眼整体的服务器市场，尤其是在金融，电信等高端行业和数据中心等 高端的应用情境时，IBM 虚拟化软件Power VM使我们更深切的感受到IBM在Unix平台上的虚拟化能力正左右着未来数据中心大整合、应用平台大融合的趋势，成为市场上不可忽视的力量。本文主要介 绍IBM虚拟化软件Power VM的特点和优势，但IBM虚拟化软件不仅仅是Power VM，IBM还拥有最完整的虚拟化软件和虚拟化管理解决方案，例如Tivoli Monitoring (ITM)，Systems Director 。
　　PowerVM的历史
　　与只有10几年历史的x86平台虚拟化的领袖VMware相比，IBM的虚拟化软件和技术的历史要比它久远多了。IBM早在40多年前就开发出 第一代虚拟化软件，并应用在它的大型主机上，当时IBM使用一种专为 System/360 Mainframe. 量身订造的操作系统 CP-40。在 1967 年，第一个虚拟化软件Hypervisor诞生，第二版的Hypervisor(CP-67)则在1968年诞生，在那时它就支持跨虚拟机共享内存，为每个用户提供单独的内存空间。
　　在这里，Hypervisor(Hypervisor)是一种软件，它允许多个操作系统共享一台硬件主机。这个版本被用于整合物理硬件和更迅速 地部署环境(比如开发环境)。在 20 世纪 70 年代，IBM 一直在改进他们的技术，支持 MVS 与其他操作系统(比如 UNIX)在 VM/370 上一起运行。在 1997 年，同样是在大型机上创建虚拟化技术的这些人在 IBM 中端平台上创建了一个Hypervisor。
　　IBM Hypervisor所基于的一个关键元素在于，虚拟化是系统固件本身的一部分的事实，这与其他基于Hypervisor的解决方案不同。这是因为操作系统(OS)、 硬件和Hypervisor之间集成非常紧密，Hypervisor是介于 OS 与提供虚拟化功能的硬件之间的系统软件。在 2001 年，经过 4 年的设计和开发，IBM 发布了一款面向中端 UNIX 系统的Hypervisor，该Hypervisor支持全局分区。2004 年发布了高级POWER虚拟化(Advanced Power Virtualization，APV，这里的Power不是指电源，而是指POWER System服务器)，它是 IBM 第一款真正的虚拟化解决方案，支持共享资源，它在 2008 年被重新命名为 PowerVM，PowerVM成为IBM新的虚拟化软件代号。
PowerVM的主要特色
　　PowerVM是一个典型的Type 1的Hypervisor，这从基础上保证了它的高效率，但与VMware、微软、Xen的Type1型Hypervisor相比，PowerVM仍然有自己鲜明的特色，发展至今，PowerVM目前有以下几个重要的特点与功能。

　　PowerVM的基本架构，在框架设计上，它与微软的Hyper-V和思杰的XenServer更为相似
　　虚拟I/O服务器(VIOS，Virtual I/O Server)—— 这个服务器负责为虚拟分区提供 I/O 服务。它负责管理物理适配器供一个或多个 VIO 虚拟的客户分区共享。这有助于消除对专用网络和/或 I/O 的需求，从而减少了成本。IBM 的实现方法使用了共享以太网和虚拟 SCSI 来支持共享网络和磁盘 I/O。
　　微分区和共享处理器逻 辑分区(Micro partitioning and Shared Processor Logical Partitioning，SLPAR) —— 微分区允许虚拟分区只占用一部分的CPU资源，最细的颗粒度可以只到一个CPU核心的1/10。虚拟服务器可以在任何物理服务器上运行，因为物理处理器是 完全共享的。而共享的处理器逻辑分区可以在微分区的基础上，通过使用一种称为未封顶分区的特性来扩大 CPU 数量和它们的授权容量(Entitled Capacity，EC)，授权容量在创建 CPU 的配置文件时配置。这是一项重要特性，因为允许系统在突发的 CPU 密集时期，从一个共享的处理器池的其他逻辑分区中分配未使用的 CPU 资源，这些资源在其他时间是空闲的，这样，能够够以一种动态方式简化工作负载管理。 则CPU资源的调整单位可精细到1/100核心，方便精确性管理。
　　动态分区迁移(Live Partition Mobility)—— 这个功能支持将正在运行的逻辑分区 LPAR(等同于一个虚拟机，可以是 AIX 或 Linux)从一个物理服务器移动到另一个服务器。
　　共享专用容量—— 允许专用处理器分区将空闲 CPU 周期捐献出来，以便在空闲处理器池中使用。
　　多个处理器池—— 允许在分配给共享池的分区之间均衡处理能力，从而提高吞吐量。
　　Lx86—— 这项技术支持运行直接在 Linux 分区上运行没有专门移植到 Power Architecture 的 x86 Linux 应用程序，无需执行必要的重新编译操作。可以有效的整合基于x86的Linux应用服务器。
　　工作负载分区(Workload Partitioning ，WPAR)与迁移——这是一个非常有用，且十分重要的特性，它的对象并不是一个完整的虚拟化区， 而是相应的工作负载(Workload)。类似于 Solaris 容器/专区，它提供了将逻辑分区拆分为工作负载的能力。每个工作负载都具有自己的包含环境，但没有自己的内核。经过配置的 WPAR 是 LPAR 的一部分，它减少了需要维护的 AIX 映像的数量。WPAR 在 AIX 实例**享系统资源：目录、CPU、RAM 和 I/O。而且可以像迁移LPAR那样，将WPAR进行迁移且不需要中断应用的运行(即Live Application Mobility)，这个特性还允许执行多系统负载平衡，可以用来节约数据中心的成本。
　　活动内存共享(Active Memory Sharing，AMS)——与处理器池的概念相似，多个分区可共享一个物理内存池，而每个分区根据工作负载的情况可动态的调配内存资源。当然，管理员也 可以为分区分配专一的内存资源以确保应用性能，而AMS的出现为灵活的运用内存提供了可能。
　　主动内存扩展(Active Memory Expansion，AME)——应用有需求的时候(比如SAP的ERP应用)，通过内存压缩技术将现有的内存数据进行压缩，以腾出物理内存空间，最多可等效扩充50%的内存容量，用户也因此可以在部署相关应用时节省50%内存容量的成本。
PowerVM相较其他UNIX虚拟化平台的优势
　　目前，在UNIX平台下，主要的虚拟化解决方案均是相关硬件平台厂商所专门开发的，IBM的POWER系统对应的虚拟化软件就是PowerVM，而HP的安腾平台就是VSE(Virtual Server Environment，虚拟服务器环境)，Sun的SPARC平台则是xVM，但面向SPARC系统的主要还是LDOM(面向Solaris on x86的是基于Xen开源平台的)，至于Virtual BOX则是面向终端桌面的产品，并不在本文的讨论范围。
　　HP的VSE也有着比x86平台虚拟化更悠久的历史，大约在26年前，HP推出了自己的虚拟化技术，这可算是VSE的前身，而在具体的功能上 HP也在不断完善着VSE的能力，不过其主要的虚拟化模式vPar、nPar以及IVM(Integrity Virtual Machines)均有自己的不足，相对来说vPar、nPar并不能算是完全的虚拟化分区，它们不支持内核共享，分区间也不能做到共享虚拟化资源，做分 区的迁移时仍需要离线，所以这有违于虚拟化的初衷，因此HP的安腾系统主要的虚拟化应用是基于IVM的。在虚拟机的CPU核心颗粒度方面，IVM占有优 势，可达到1/20核心，PowerVM只有1/10，不过PowerVM的分区可以最高支持64个虚拟处理器(vCPU)， 而IVM只有4个(HP的vPar分区倒可以支持到128个vCPU，但又不能做到CPU与I/O资源共享，以及分区的动态迁移)。在内存容量方 面，PowerVM的分区可支持高达2TB的内存，而IVM最高只支持64GB内存。当然，VSE也有自己的优势，那就是支持Windows Server操作系统，不过一台安腾主机对于Windows应用来说，性价比可能更有待考虑。
　　至于Sun的LDOM，则也在相应的规格上处于下风，它的虚拟分区最高支持8个vCPU与64GB的内存，并且微分区功能较弱，在T1处理器上只能实现4个微分区，而在T2处理器上则为8个，并且也不支持分区间的动态分配。
　　另外一点，活动内存共享与活动内存扩展两大功能也是HP与Sun虚拟化技术所不具备的。而更重要的是，在新的一代服务器硬件平台的发展 中，Sun已经明显力不从心，HP所采用的在2010发布的安腾9300处理器其实是一款2007年的产品，在硬件性能方面明显不如IBM的 POWER7，而强大的硬件平台的性能也为更为强大的虚拟化性能提供了基础的保障，这一点POWER7与PowerVM的组合，无疑更占优势。