概述
IBM PowerVM (原Advanced POWER Virtualization)技術對于將服務器系統(tǒng)資源以及各種類型的應用工作負載-AIX 和Linux -作為虛擬化資源合并到功能更強大的多核System p 服務器上起到了促進作用。從2001 年初在第一款多核POWER4系統(tǒng)上首次推出的邏輯分區(qū)到現(xiàn)在的PowerVM虛擬化堆棧，IBM 虛擬化堆棧歷經了大幅度改進。2007年，IBM 對POWER6 實施了快速更新：首先是高端System p 570 (5月面市)，然后是基于P6 的JS22 刀片服務器(11月面市)以及橫掃市場的System p 520 (入門級)和System P 550 (中級)服務器(2008年1月面市)。PowerVM虛擬化功能作為牽引力吸引了70% 的IT 客戶群- 體現(xiàn)了IBM 虛擬化堆棧作為系統(tǒng)合并實現(xiàn)工具的壟斷地位2007 年11 月面市的AIX 6 添加了兩個突破性的功能- 動態(tài)分區(qū)遷移和動態(tài)應用遷移- 進一步增強了IBM高級虛擬化技術相對Unix 競爭產品的優(yōu)勢。
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高級虛擬化技術的發(fā)展歷程
虛擬化技術雖然在x86 領域相對較新，但在基于Unix 的RISC 系統(tǒng)領域卻已擁有多年的歷史。多年以來，高級Unix 虛擬化的核心優(yōu)勢一直集中在三個領域：允許更靈活地更改、刪除和添加系統(tǒng)架構資源;提高應用的隔離性、可用性和速度以滿足不斷變化的系統(tǒng)資源和容量要求-無論是在服務器合并項目中還是在混合工作負載和測試環(huán)境中;最后一個領域是合并操作系統(tǒng)映像及/ 或應用工作負載。
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技術面市長達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)中同時運行AIX 和Linux，最低要求是1 個CPU、1GB 內存和1 個以太網適配器。然而，系統(tǒng)管理員必須重啟操作系統(tǒng)之后才能在LPAR 之間轉移資源。
動態(tài)LPAR通過避免重啟來增加靈活性。AIX 5.2 的動態(tài)邏輯分區(qū)功能增加了系統(tǒng)靈活性，允許管理員動態(tài)轉移CPU、I/O 適配器和內存，無需重啟LPAR。這個System p 創(chuàng)新是固件、系統(tǒng)管理程序和AIX 共同作用的結果，是一項技術突破，允許系統(tǒng)管理員使用虛擬資源來創(chuàng)建、轉移或刪除系統(tǒng)和應用工作負載資源。
IBM PowerVM 優(yōu)勢揭密
APV 將虛擬化擴展到CPU和內存以外。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和內存，而且還允許共享以太網適配器并且為最終用戶調配分割磁盤資源。通過APV，IBM System p 可促進服務器合并、降低成本、將虛擬化冗余提升到全新水平、調整并優(yōu)化各種形式的系統(tǒng)資源和應用工作負載容量以便快速響應不斷變化的業(yè)務需求。動態(tài)分區(qū)遷移允許在服務器之間轉移虛擬化資源。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數(shù)據(jù)中心基礎設施的要求。即便IBM System p設計用于在單一服務器產品中提供高可用性，但在某些情況下，您仍然需要為各種各樣的計劃內維修來更改或中斷特定應用工作負載、分區(qū)或整個服務器環(huán)境的運行。動態(tài)分區(qū)遷移功能允許管理員在服務器之間轉移正在運行的生產應用，無需中斷服務器的運行。這種在服務器之間動態(tài)轉移應用的能力可幫助用戶縮短計劃內故障停機時間，通過轉移工作負載來響應不斷變化的工作負載和業(yè)務要求，通過輕松合并工作負載以及關閉臨時(或永遠)不用的服務器來降低能源消耗。
2. System p 虛擬化堆棧的總體商業(yè)價值?
任何IT 部門都希望能夠快速響應業(yè)務需求。這些需求可能是簡單地添加全新應用工作負載或系統(tǒng)，更改系統(tǒng)級容量標準，或者加快現(xiàn)有服務器系統(tǒng)的固有響應速度。非虛擬化的IT 部署需要為多個單獨的系統(tǒng)單元開發(fā)具體規(guī)范、確定規(guī)模并實施配置，包括服務器、網絡、交換機、存儲區(qū)域網(SAN)和存儲器。新硬件的選擇、購買、測試、調試以及部署到生產環(huán)境中將是既漫長又昂貴的過程。
System p 虛擬化技術允許您更加快速且經濟高效地設置、優(yōu)化和部署應用工作負載及其他系統(tǒng)資源。具體說，PowerVM 允許IT 機構提高對服務器的總體利用率、通過減少物理服務器的數(shù)量來降低管理成本、降低電費和冷卻成本并加快應用部署速度。
3. POWER Hypervisor 在PowerVM中發(fā)揮什么作用?
POWER Hypervisor 是System p 服務器虛擬化的技術，允許您將硬件分成多個分區(qū)并確保分區(qū)間的嚴格隔離。POWER Hypervisor 是System p 服務器上始終開啟的特性，負責在物理處理器之間分配邏輯分區(qū)工作負載，并可作用于微分區(qū)、虛擬處理器、兼容VLAN 的虛擬交換機、虛擬SCSI 適配器和虛擬控制臺等其他系統(tǒng)技術。POWER Hypervisor 通過多種方法調配物理服務器資源和虛擬資源：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)不局限在物理服務器范圍內，允許從共享處理器庫分配處理器資源。使用共享處理器庫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)之間轉移系統(tǒng)資源、物理處理器、虛擬處理器、內存和I/O 插槽，無需重啟。這個名為動態(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 還能控制以下各項的功能：
● 虛擬以太網。POWER Hypervisor實施了以太網傳輸機制以及支持VLAN 功能的以太網交換機。虛擬LAN允許您在邏輯分區(qū)之間安全地通信，無需物理I/O適配器或布線，從而確保多個分區(qū)之間安全地共享以太網帶寬，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)與提供存儲器備份產品的虛擬I/O服務器之間安全地通信。虛擬SCSI與虛擬I/O 服務器的功能組合允許您共享存儲器適配器帶寬并將一個大規(guī)模的磁盤分割成多個小片斷。隨后在多個分區(qū)之間共享適配器和磁盤，藉此大幅度提高系統(tǒng)利用率。
● 虛擬I/O。從本質上說，虛擬I/O 服務器是允許您在一組邏輯分區(qū)之間關聯(lián)并共享物理資源的服務器產品。對于虛擬以太網，您可在虛擬I/O服務器上定義共享以太網適配器，以便將虛擬以太網網絡發(fā)送的網絡流量傳輸?shù)轿锢硪蕴W網絡。虛擬I/O服務器技術可促進局域網和磁盤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，同時仍能滿足服務器的所有其他功能要求。虛擬I/O服務器可運行在專用處理器分區(qū)或微分區(qū)中。
5. 微分區(qū)和共享處理器庫有什么優(yōu)勢?
微分區(qū)允許將物理處理器的計算能力分成多個小型處理單元并且允許多個物理分區(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，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硬件微碼實施的提取層。在操作系統(tǒng)看來，虛擬處理器就是物理處理器。
硬件分區(qū)的主要優(yōu)勢在于它允許POWER服務器運行任何操作系統(tǒng)，幾乎或根本無需更改配置。實際上，您可增強操作系統(tǒng)來利用共享處理器庫，以便在硬件不需要 CPU循環(huán)時自動放棄它們。微分區(qū)技術允許多個分區(qū)共享一個物理處理器，從一個物理POWER處理器的資源庫-名為共享處理器庫-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 - 名為權限容量- 可以是物理共享處理器庫的10%-100%。物理共享處理器庫可以只包括一個物理處理器，也可以包括整個系統(tǒng)的全部可用處理器容量。微分區(qū)權限容量的遞增 / 遞減單位可以具體到1%個物理處理器。
基于POWER6 的系統(tǒng)添加了支持多個共享處理器庫的新功能，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的容量。每個共享處理器庫都有自己的權限容量限制，具體數(shù)值由這個共享處理器庫中的微分區(qū)數(shù)量決定。微分區(qū)能夠確保獲得權限容量，您可將未被使用的處理器循環(huán)分配給同一個共享處理器庫中其他的合格微分區(qū)。當一個共享處理器庫中的微分區(qū)嚴重超載時，它們可從共享處理器庫以外借用更多的處理器容量，但不能超過規(guī)定的門限值- 稱為最大處理器庫容量。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系。POWER Hypervisor可在調度虛擬處理器時使用共享處理器庫中的任何物理處理器。
POWER Hypervisor與共享處理器庫相結合，將能夠以最佳方式混合匹配物理資源(內存和CPU)，以便始終滿足任何虛擬微分區(qū)的各類工作負載要求。
6. 什么是工作負載分區(qū)(WPAR)和動態(tài)應用遷移?
2007 年11 月面市的AIX 6.1 提供名為工作負載分區(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，用于跨越多個環(huán)境分割一個AIX 操作系統(tǒng)。名為工作負載分區(qū)的每個環(huán)境可托管全部的應用工作負載并且將它們與在其他LPAR 中執(zhí)行的應用相隔離。在WPAR中的應用看來，它們的執(zhí)行環(huán)境便是自己的AIX實例。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)造了一個新術語- AIX全局環(huán)境 - 指的是托管工作負載分區(qū)的局部AIX 操作系統(tǒng)。然而，您應注意在LPAR中創(chuàng)建WPAR不會限制主機托管AIX 實例的使用。您可登錄到全局環(huán)境中、啟動程序并在未托管WPAR 的AIX 實例上執(zhí)行相同任務。
如想有效地使用工作負載分區(qū)，您必須了解LPAR 中的全局環(huán)境的重要性。如上所述，工作負載分區(qū)是我們使用標準AIX6實例創(chuàng)建的，而全局環(huán)境只是不屬于任何工作負載分區(qū)的AIX6實例的一部分。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、激活并管理工作負載分區(qū)。全局環(huán)境擁有LPAR 的全部物理資源- 網絡適配器、磁盤適配器、磁盤、處理器和內存- 為工作負載分區(qū)分配CPU和內存資源并且允許它們訪問網絡和存儲設備。此外，性能監(jiān)控也是在全局環(huán)境中執(zhí)行的任務。
動態(tài)應用遷移是工作負載分區(qū)的優(yōu)勢，這個特性允許按計劃在系統(tǒng)之間遷移WPAR 工作負載，不會中斷應用的運行。您也可使用這項技術按規(guī)定在服務器上安裝固件;實際工作負載本身不一定非要意識到WPAR再分配。WPAR再分配是指將可執(zhí)行的代碼從一個LPAR 轉移到另一個LPAR，同時將應用數(shù)據(jù)保存在相同的存儲設備上，因此要求托管WPAR的源和目的LPAR都必須能夠訪問這些存儲設備。使用WPAR 能夠創(chuàng)造許多優(yōu)勢，包括：
● 縮短應用故障中斷時間。如果應用不屬于提供持續(xù)可用性的服務器群集，則WPAR能夠縮短應用的故障中斷時間。例如，在服務器的物理維護期間，您可使用動態(tài)應用遷移功能來臨時轉移這個服務器上運行的應用 -不會中斷運行。
● 提高資源有限的應用環(huán)境的靈活性。當您需要根據(jù)需要一次性啟動應用時，WPAR技術也可提供幫助。例如，在測試環(huán)境中，以資源太少而不足以運行多個不使用的應用。使用WPAR，您可在服務器上規(guī)定許多應用，但不必激活它們。您只需基于測試需要來激活執(zhí)行這些應用的工作負載分區(qū)即可。
● 簡化服務器管理工作。WPAR技術還能幫助大幅度簡化整個軟件堆棧的管理和處理工作。通過虛擬化和分區(qū)技術，您可在物理服務器的分區(qū)中托管多個應用，但必須為每個應用維護一個操作系統(tǒng)實例。WPAR技術允許您在多個應用之間共享AIX實例，同時仍保持每個應用在它們自己的環(huán)境中正常運行，從而實現(xiàn)應用間的隔離。這種情況下，共享一個AIX實例的應用越多，系統(tǒng)管理員所需開展的OS修復、應用備份、遷移和其他OS維護任務越少。
● 故障時發(fā)揮安全網絡的作用。您可將WPAR技術用作業(yè)務
7. PowerVM 全新的動態(tài)分區(qū)遷移特性能夠解決哪些業(yè)務問題?
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，但客戶的服務要求常迫使企業(yè)必須全面洞悉基礎設施。許多情況下，應用都分散在多個系統(tǒng)中，以確保應用隔離、優(yōu)化全球系統(tǒng)資源并通過更改基礎設施來適應全新工作負載。然而，在系統(tǒng)之間實際傳輸或者再托管應用工作負載是最耗時的任務之一，使遷移成為大勢所趨，驅動力包括：
● 資源均衡。有時，一個服務器不能提供足夠資源來運行工作負載，而另一個服務器卻可以做到。
● 新系統(tǒng)的部署。有時，為了獲得性價比優(yōu)勢，您必須將運行在現(xiàn)有系統(tǒng)上的工作負載遷移到功能更強大的現(xiàn)有系統(tǒng)上。
● 可用性要求。當系統(tǒng)需要維護時，必須確保其托管的應用持續(xù)運行并遷移到另一個系統(tǒng)中。
如果不能輕松遷移分區(qū)的話，所有這些活動都需要認真規(guī)劃以及工資很高的資深專家，并且經常導致長時間的系統(tǒng)中斷。某些情況下，SLA 要求非常嚴格，根本不允許出現(xiàn)計劃內故障中斷。
IBM 的動態(tài)分區(qū)遷移是基于POWER6 的新技術，旨在解決這些應用工作負載或系統(tǒng)資源遷移問題。作為PowerVM的最新特性和差分因素，動態(tài)分區(qū)允許您在服務器之間遷移運行AIX 和Linux 的分區(qū)及其托管的應用，無需中斷基礎設施服務，也不會影響到用戶。遷移在幾秒內便可完成，在此期間，整個系統(tǒng)交易都可保持完整性。由于處在虛擬狀態(tài)，遷移可傳輸整個系統(tǒng)堆棧，包括處理器狀態(tài)存儲器、相連的虛擬設備和用戶等。動態(tài)分區(qū)遷移還支持自動運行并合并到系統(tǒng)管理工具和腳本中。對多項并發(fā)遷移任務的支持允許您極為快速地更改、轉移或添加分區(qū)。硬件管理控制臺(HMC)為單一分區(qū)和點到點遷移提供易用的向導。
您可在分區(qū)關閉時遷移它們- 名為靜止遷移- 也可在分區(qū)正在提供服務遷移它們- 名為活動遷移。活動遷移期間無需中斷系統(tǒng)運行或用戶服務。例如，您可將托管有效的生產型DBMS、支持正常用戶活動的分區(qū)遷移到第個系統(tǒng)中，不會丟失數(shù)據(jù)和連接，也不會影響性能。從本質上說，您可在基于POWER6 的兩個系統(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)資源來托管分區(qū)。動態(tài)分區(qū)遷移提供多個優(yōu)勢，包括：
提高服務水平協(xié)議(SLA)。允許您在服務器之間主動遷移分區(qū)和應用。更好地處理高峰期的工作負載。當主要應用對服務器資源提出了意想不的高需求時，您可能需要將應用轉移到規(guī)模更大的服務器上，或者將不重要的分區(qū)轉移到其他服務器上以便釋放資源來滿足工作負載高峰需求。
提供合并機會。動態(tài)分區(qū)遷移可幫助您提高服務器合并效率，將應用從立的小型服務器遷移到功能更強大、規(guī)模更大的合并服務器目標系統(tǒng)中。
降低電費和冷卻成本。如果您的某些工作負載對資源要求時高時低- 例如在月底或季度末出現(xiàn)資源需求高峰- 您可使用動態(tài)分區(qū)遷移功能在非高峰時段在一個合并后的服務器上運行這些應用，關閉閑置的服務器，只在高峰期到來之前將相關工作負載轉移到它們自己的、提供足夠資源的服務器上，從而降低這些設備的能源需求并確保充分冷卻它們。
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