Power Systems 虚拟化简介.docx

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1、Power Systems 虚拟化简介Jaqui Lynch, 编辑, IBM Systems Magazine2009 年 12 月 09 日本文向您详细地介绍了 Power System 虚拟化相关的技术和亮点，让您对这些最新的虚拟化技术有一个全面的了解。本文来自IBM Systems Magazine for AIX 中文版。自从引入 POWER5 技术以来，虚拟化提供了许多出色的特性。它是服务器整合的基础；有助于减少计划内停机时间，对于绿色计算领域很重要。更快更大的服务器不但有更多的可用内存，而且包含 Virtual I/O (VIO) 服务器、Virtual Ethernet、sha

2、red Ethernet adapter (SEA)、Virtual SCSI 和 Micro-Partitioning 等功能。另外，Simultaneous multi-threading (SMT) 可以显著提高大多数工作负载的性能。但是，使用这些特性的关键是至少要安装 AIX V5.3（或 Linux），这是使用这些新特性所需的 OS 版本。基于 POWER6 处理器的服务器上的 AIX V6 提供更高级的虚拟化特性。POWER5 和 POWER6 服务器的另一个好处是，它们可以在同一台服务器上的不同 LPAR 中同时运行多个不同的 OS。一台服务器可以同时运行 AIX V5.3、AI

3、X V6.1、SUSE Linux Enterprise Server 和 Red Hat Enterprise Linux，它们都在自己的 LPAR 中运行。另外，可以使用 VIO 服务器功能支持它们。hardware management console (HMC) 或 integrated virtualization-manager (IVM) 软件管理服务器。选项和术语与虚拟化有关的术语比较混乱。术语分为三个领域：CPU、内存和 I/O（网络和磁盘）。但糟糕的是，一些命令使用略有不同的缩写词表示相同的东西。在 POWER6 处理器上，通过称为 PowerVM 的特性提供虚拟化。这个特

4、性在 POWER5 系统上称为 Advanced Power Virtualization。POWER6 系列包含三个服务器版本：Express、Standard 和 Enterprise。Express 版只能在入门级系统（Power 520 和 Power 550）上使用，它的功能有限，比如只支持 IVM 和在 VIO 服务器中包含三个 LPAR。Standard 版提供所有虚拟化特性，但是不包括两个为 Enterprise 版保留的功能。Enterprise 版在 Standard 版的基础上增加了 live partition mobility 和 Active Memory Shar

5、ing 功能。对于 POWER5 和 POWER6 服务器，总是运行 POWER Hypervisor，它提供把物理实体（CPU、内存和 I/O 设备等）与实际软件或 LPAR 隔离开的功能。通过运行 VIO 服务器支持客户机 LPAR 可以进一步增强虚拟化功能。VIO 服务器是定制的 LPAR，提供 SEA 和 Virtual SCSI 功能以及 live partition mobility 和 Active Memory Sharing。以前，即使 LPAR 很少使用 I/O 卡，也必须把整个槽分配给 LPAR；通过使用 VIO 服务器，可以在 LPAR 之间共享 PCI 槽中的卡。这可

6、以显著减少 I/O 抽屉、I/O 卡和相关成本。回页首设置一定要了解内存和 CPU 资源的三个设置。最小值是引导 LPAR 所需的最低量；在 LPAR 正常引导时，如果资源可用，它会使用期望值；最大值是正在运行的 LPAR 可以使用动态 LPAR 操作把资源提高到的上限。回页首Virtual Ethernet 和 SEAVirtual Ethernet 是从 AIX V5.3 开始引入的，它并不需要 PowerVM。它让两个 LPAR 可以通过 Hypervisor 和 Vrtual Ethernet 通道通信。Virtual Ethernet 传输网络通信流需要一些 CPU 和内存。它还支持

7、 Virtual LAN 和其他安全机制。SEA 利用 Virtual Ethernet。SEA 并不把以太网适配器分配给 VIO 服务器上的每个 LPAR，而是把实际适配器（或聚合在一起的适配器组）分配给 VIO 服务器。LPAR 使用 Virtual Ethernet 与 VIO 服务器通信，必须传输到机器外的通信流都通过 VIO 服务器中的 SEA 发送出去。为了提供冗余，通常用两个 VIO 服务器作为 SEA，一个设置为主 SEA，另一个在执行故障转移时运行。SEA 可以减少系统上以太网卡的数量并提供故障转移和冗余。回页首Virtual SCSI以前，如果希望为 LPAR 提供引导磁盘

8、，就必须为连接磁盘的卡提供一个槽，这个槽是这个 LPAR 专用的。随着服务器越来越大、越来越快，需要在其中整合更多的 LPAR，这会显著增加引导 LPAR 所需占用的磁盘和槽数量，更何况还有实际数据磁盘。Virtual SCSI 让 VIO 服务器拥有适配器和磁盘，VIO 服务器可以分割磁盘并把部分磁盘（或整个磁盘）提供给 LPAR，让客户机 LPAR 认为自己拥有完整的引导磁盘。例如，根据 rootvg 的干净程度，大多数 LPAR rootvg 的大小在 30 到 45 GB 之间。目前最小的磁盘大约为 146 GB。通过使用 VIO 服务器，这个 146 GB 的磁盘可以轻松地分割为三个

9、逻辑卷，每个逻辑卷可以作为一个 LPAR 的引导卷。即使为了提供冗余使用两个 VIO 服务器，这仍然可以显著减少磁盘、PCI 卡和 I/O 抽屉。回页首内存直到不久之前，内存的情况还非常简单：内存是 LPAR 专用的。一定要记住，用来跟踪真实内存到虚拟内存映射的 Hypervisor 页面表条目的大小是根据 LPAR 的最大内存计算的，而不是根据期望内存。用户根据经验设置 LPAR 的最大内存，让 Hypervisor 的开销不会超过必要量太多。例如，如果服务器有 128 GB 内存，而 LPAR 的期望内存为 4 GB，那么把最大内存设置为 8 GB 左右而不是 128 GB。这些页面表条目

10、的 Hypervisor 开销的计算方法通常是，最大内存设置除以 64，然后向上取整到最接近的逻辑内存块大小。对于上面的示例，如果把最大内存设置为 128 GB，Hypervisor 就会为这个 LPAR 的页面表条目保留至少 2 GB 内存，尽管期望值只是 4 GB。如果最大内存设置为 8 GB，那么只保留 128 MB（根据逻辑内存块大小，也可能保留 256 MB）。4 月，IBM 发布了 Active Memory Sharing 特性。这个工具提供可以由分区共享的内存池，允许在某些情况下过量使用内存，这样就不必购买很多内存。Active Memory Sharing 需要 AIX V6

11、.1（或 IBM i 或 Linux）、POWER6 硬件和一些特定的固件版本。它还需要 PowerVM Enterprise 版，要求 LPAR 中的所有资源都是虚拟化的，LPAR 必须在共享处理器池中（使用 Micro-partitioning）。Active Memory Sharing 是为内存需求变化大的 LPAR 设计的。VIO 服务器有一组特殊的 Active Memory Sharing 分页设备，在另一个 LPAR 需要内存时，可以根据设置时选择的选项交换出 LPAR 的内存。Active Memory Sharing 并不适用于内存使用量非常稳定或需要可预测的高性能的工作负

12、载。它非常适合大多数测试和开发环境。关于 Active Memory Sharing 如何工作的更多信息，请参见 “Upping the Ante” (回页首CPU讨论 CPU 时使用的术语也很混乱。在 IBM Power Systems 环境中，CPU 表示单一处理器或单一处理器核。对于其他厂商，不一定是这种含义，所以最好使用 “核” 这个词，尤其是在讨论许可证时。核要么分配给 LPAR，要么放在共享处理器池中。有一个特性称为 dedicated donating，但是它的行为基本上与共享处理器池相似。对于专用的核，在引导时把物理核分配给 LPAR，同一个核一直由这个 LPAR 使用。因为一

13、个时钟周期提供 10 毫秒 (ms) 的分派窗口，所以核的分派窗口是 10 ms。当前没有分配给专用 LPAR 的所有核通常都放在共享处理器池中。在 POWER6 技术出现之前，只有一个共享处理器池。POWER6 服务器支持最多 64 个池，默认的池是 pool 0。如果把 LPAR 定义为使用共享处理器池，它们就可以使用 Micro-partitioning 功能。这意味着可以给 LPAR 分配一个核的十分之一，如果设置正确，LPAR 可以动态地收缩和增长。基于 POWER5 处理器的 Power Systems 服务器支持 SMT。在基于 POWER5 和 POWER6 处理器的服务器上，

14、许多寄存器是双重的，所以可以在同一个分派窗口中给同一个核分派两个线程，让它们同时运行，这样就可以利用流水线寄存器复制提供的优势。虚拟 CPU、处理单元和逻辑 CPU 这三个概念会给理解处理能力设置造成困扰。首先，处理能力基本上是衡量可以使用的资源的指标。就像一品脱的瓶子有固定的容量，在给 LPAR 分配 CPU 和内存等资源时，也是指定可以使用的资源量。回页首专用的 CPU在专用环境中，有一个核的服务器会显示一个处理器（可能在 lsdev Ccprocessor 的输出中表示为 proc0）。如果关闭 SMT，vmstat 中的 lcpu 会显示有一个逻辑 CPU，lparstat 显示一个在

15、线的虚拟 CPU。在这种情况下，这两个概念不会造成混淆。在关闭 SMT 时，vmstat 中的 lcpu=1 意味着一个真实的核分配给这个 LPAR。在分派线程时，它被分派给 proc0，proc0 代表真实的核。如果打开 SMT 并运行 vmstat 和 lparstat，会在 vmstat 中看到 lcpu=2，而 lparstat 显示一个在线的虚拟 CPU。在专用环境中，没有虚拟 CPU 这样的概念，但是命令术语不变。lparstat 中的虚拟 CPU 实际上就是真实的 CPU。但是，如果打开 SMT，就会出现逻辑 CPU 的概念。每个逻辑 CPU 代表可以在同一个核上同时运行的线程之

16、一。现在可以使用 mpstat s 查看分派线程的情况。在打开 SMT 时，vmstat 中的 lcpu=2 意味着有一个核。在分派线程时，它被分派给逻辑 CPU，而逻辑 CPU 映射到 proc0，proc0 代表真实的核。在专用环境中，有 5 个关键的设置：最小处理器数量、期望处理器数量、最大处理器数量、dedicated donating 以及一个决定在 LPAR 不运行时是否把核返回给池的选项。期望处理器数量是这个 LPAR 在引导时尽可能尝试使用的数量。专用 LPAR 的所有处理器设置都是表示核数的整数。回页首共享的 CPU在共享 CPU 的环境中，虚拟处理器或 CPU 的概念是有意

17、义的。核放在处理器池中，然后通过特定的设置给 LPAR 分配这个池。在核分配方面，现在有 6 个设置：最小、期望和最大处理器单元，最小、期望和最大虚拟处理器数量。因为可以把核的一部分分配给 LPAR，所以使用 “处理器单元 (PU)” 这个词，而不使用核。例如，我们为一个 LPAR 设置最小值 0.1 PU、期望值 0.8 PU 和最大值 6 PU。还为它设置最小值 1 个虚拟处理器、期望值 2 个虚拟处理器和最大值 6 个虚拟处理器，而且它是不封顶的。打开 SMT。LPAR 按照期望设置（0.8 PU 和 2 个虚拟处理器）引导。vmstat 命令显示 LCPU 为 4，lparstat 显

18、示 2 个在线的虚拟 CPU。vmstat 和 lparstat 都显示标称处理能力为 0.8，vmstat 还显示 %entc 和 pc 字段。PU 的期望设置（这里是 0.8）也称为标称处理能力。在 vmstat 中，%entc 是标称处理能力中正在使用的百分比，pc 是当前使用的处理器单元数量。在 LPAR 引导并获得期望的 PU 时，就会保证它随时可以使用期望的 PU。如果 LPAR 不使用这些 PU，Hypervisor 可以把它们分配给另一个 LPAR。如果 LPAR 是不封顶的，它可以超过它的标称处理能力，使用其他 LPAR 不使用的处理器资源。虚拟处理器数量在共享的环境中有几个

19、用途。首先，虚拟处理器数量决定 LPAR 认为它有多少个核。如果 VP=2，那么 LPAR 有 proc0 和 proc2，它认为自己有 2 个物理核。对于期望设置为 0.8 PU 的情况，这相当于有 2 个虚拟处理器，每个的初始分派窗口为 4 ms（对于完整的核应该为 10 ms）。在分派这两个虚拟处理器时，它们可以分派给相同或不同的核。系统会尝试把它们分派到以前运行它们的核上，但是不保证这一点。必须特别注意虚拟处理器设置，因为它们还告诉 LPAR 可以增长到多大，而且一些软件厂商使用它们计算许可证费用。在前面的示例中，LPAR 是不封顶的，共享处理器池中有 6 个核，标称处理能力为 0.8

20、，虚拟处理器数量设置为 2；打开了 SMT。在这种情况下，LCPU 显示为 4：因为有两个虚拟处理器，然后由于打开 SMT 而加倍。另外，尽管这个 LPAR 是不封顶的，但是它在增长时不能超过 2 PU，因为虚拟处理器数量实际上起到上限的作用。要想使用池中的所有 6 个核，必须把虚拟处理器数量设置为 6。不封顶的 LPAR 可以超过它的标称处理能力（期望的 PU），但是不能超过期望的虚拟处理器数量或池大小（以其中比较小的值为准）。关于 Micro-partitioning 技术还要注意几点： 与专用的核一样，完整的核的分派时间是 10 ms 的时间片。 标称处理能力为 0.3 意味着一个核的百

21、分之 30，即 3 ms 的时间片。 标称处理能力为 1.4 意味着，对于每个 10 ms 的时间片，LPAR 有 14 ms 的处理时间（显然需要跨多个核）。对于 2 个虚拟处理器，这相当于每个核上 7 ms。 对于一个核，分配的虚拟处理器越多，分派窗口就越小。 根据标称处理能力、虚拟处理器数量和中断数量，一个 LPAR 可以在多个核上运行。 期望的虚拟处理器数量不能超过标称处理能力的 10 倍或 64（以其中比较小的值为准）。对于不封顶的 LPAR，每个虚拟处理器可以增加它使用的处理能力，但是不超过一个完整的核（即 10 ms）。因此，即使一个 LPAR 的标称处理能力只有 0.8，但是如

22、果它有两个虚拟处理器而且不封顶，在有资源可用的情况下，它可以增长到 2 个完整的核。但是，如果虚拟处理器数量设置为 1，它就不能超过一个核。如果 LPAR 设置为封顶的，规则就不一样了；封顶的 LPAR 不能超过它的标称处理能力。因此，如果这个 LPAR 是封顶的，它就不能超过 0.8 PU（见表 1）。表 1.共享 CPU不封顶 LPAR1不封顶 LPAR2封顶 LPAR3标称数量2.02.02.0需要的虚拟处理器数量4.06.04.0最大增长4 PU6 PU2.0回页首虚拟化的好处和困难显然，明智地实现虚拟化可以显著地节省资源。但是，要想理解虚拟化背后的概念，一定要掌握相关术语。标称处理能

23、力、处理器单元、虚拟处理器、处理能力和池尤其重要。本文的英文原文最先在 IBM Systems Magazine 在线网站（）上发布。Jaqui Lynch 是 IBM Systems Magazine, Power Systems - AIX 版的技术编辑和 Mainline Information Systems 的资深系统工程师。可以通过 jaqui.lynch 联系 Jaqui。参考资料学习 PowerVM Virtualization on IBM System p: Introduction and Configuration Fourth EditionRedbook 介绍 IB

24、M System p 服务器上的 PowerVM 虚拟化技术。 IBM PowerVM Live Partition MobilityRedbook 讨论 Live Partition Mobility 如何帮助技术人员、企业架构师和系统管理员。 Server Consolidation with VMware ESX ServerRedpaper 讨论如何在 IBM eServer BladeCenter 和 IBM eServer xSeries 445 硬件上使用 VMware ESX Server 进行服务器整合及其考虑因素。 Virtualization with VMware ES

25、X Server讨论 VMware ESX Server 的默认安装和自定义安装，以及基本和高级虚拟机配置。 The GReen IT Report：寻找关于绿色计算的参考资料，提高绿色计算技能。 AIX and UNIX 专区：developerWorks 的“AIX and UNIX 专区”提供了大量与 AIX 系统管理的所有方面相关的信息，您可以利用它们来扩展自己的 UNIX 技能。 AIX and UNIX 新手入门：访问“AIX and UNIX 新手入门”页面可了解更多关于 AIX 和 UNIX 的内容。 AIX and UNIX 专题汇总：AIX and UNIX 专区已经为您推

26、出了很多的技术专题，为您总结了很多热门的知识点。我们在后面还会继续推出很多相关的热门专题给您，为了方便您的访问，我们在这里为您把本专区的所有专题进行汇总，让您更方便的找到您需要的内容。 developerWorks技术活动和网络广播：随时关注 developerWorks 技术活动和网络广播。 在技术书店浏览关于这些主题和其他技术主题的图书。获得产品和技术 下载IBM 产品评估版，或者在IBM SOA Sandbox中在线试用这些来自 DB2、Lotus、Rational、Tivoli 和 WebSphere 的应用程序开发工具和中间件产品。讨论 Its all about Green! group on My developerWorks：与其他开发人员交流关于高能效计算的经验。 参与 AIX 和 UNIX 论坛：o AIX 论坛o 针对开发人员的 AIX 论坛o Cluster Systems Managemento IBM Support Assistant 论坛o 性能工具论坛o 虚拟化论坛o 更多AIX 和 UNIX 论坛 参与developerWorks blogs并加入developerWorks 社区。