以虚拟化之名

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        借助虚拟化技术构建一个安全、永续、高效、节能的数据环境。

        “摩尔定律”一直在主导着IT业的发展，集成电路芯片上所集成的电路的数目，每隔18个月就会翻一番，芯片中的晶体管和电阻器的数量每两年会翻一番。在这个表象的背后，有一个事实不容忽视，那就是——随着处理器性能的提升，耗能也会增加，这就使得企业在享用高性能IT产品的同时，也要无奈地支付高额的电费。近年来，以追求处理性能为目标的“摩尔定律”，逐渐与“基辛格规则”一道提出。在“基辛格规则”中阐述，处理器的发展方向将是研究如何提高处理器效能，并使得计算机用户能够充分利用多任务处理、安全性、可靠性、可管理性和无线计算方面的优势，而使用多内核的处理器。多内核处理器不仅仅是通过提升处理器的频率来提升性能，更通过提升晶体管的性能来再次带动处理器性能的提高。其衡量的是处理器的效能，强调的是处理器每单位功耗所发挥的性能，即性能除以功耗。在定律和规则的合作、发展中，带给CIO们更多思考的是，我们的数据中心是否能成为一个安全、永续、高效、节能的数据中心？

        虚拟化从“芯”开始

        IDC称，很多企业目前的数据中心随着业务的扩展变得越来越庞大，企业为所拥有的服务器及数据中心每年所支付的电费和维护成本上升得很快，并有进一步加快的趋势。这是IT技术不断发展给人们带来的一个副作用。摩尔定律的后果就是使得企业在享用高性能IT产品的同时，也要无奈地支付高昂的电费。目前数据中心不但要为新购进的服务器、存储等设备支付费用，还要为设备的运转、冷却、占地面积支付费用，这逐渐成为摆在企业CIO与CFO之间的一大难题。

        通过虚拟化，数据中心可以将现有资源进行整合，提高服务器与存储的利用率，使得用户对新硬件设备增长的需求速度放缓、能源利用率提高，从而使IT对业务动态变化的支持更富有弹性，总体拥有成本将得以有效降低。

        而这一切都有赖于“心脏部位”——CPU处理器的革新。英特尔的至强5500系列处理器就是首款新一代服务器平台的处理器，它可借助更高的I/O带宽进一步提高虚拟化性能，还支持多代虚拟机在虚拟化环境中，以更好的灵活性进行迁移。借助英特尔处理器、芯片组和网卡中内建的硬件增强技术，新一代虚拟化技术（英特尔VT）使本机虚拟化性能提高达2.1倍，并使往返虚拟化延迟降低达40%。

        英特尔通过综合硬件的虚拟化，来最大程度地提升虚拟化的性能。在处理器方面，英特尔VT-x有助于提高基于软件的虚拟化解决方案的灵活性与稳性。通过按照纯软件虚拟化的要求，消除虚拟机监视器（VMM）代表客户操作系统来听取、中断与执行特定指令的需要，不仅能够有效减少VMM干预，还为VMM与客户操作系统之间的传输平台控制提供了有力的硬件支持，这样在需要VMM干预时，将实现更加快速、可靠和安全的切换。

        在芯片组方面，英特尔VT-d通过减少VMM参与管理I/O流量的需求，不但加速了数据传输，而且消除了大部分的性能开销。在网络方面，英特尔VT-c可针对虚拟化进一步优化网络。通过在专用网络芯片上执行这些功能， VT-c大幅提高了交付速度，减少了VMM与服务器处理器的负载。

        AMD虚拟化（AMD Virtualization），缩写为“AMD-V”，是AMD为64位的x86架构提供的虚拟化扩展的名称。但有时仍然会用“Pacifica”，AMD开发这项扩展时以内部项目代码来指代它。

        AMD-V在AMD的“F”与“G”的速龙64，以及速龙64 X2处理器、使用Socket S1的炫龙64处理器、炫龙64 X2处理器、弈龙处理器，以及全部更新的处理器上可用。AMD为一项名为AMD-V的I/O内存管理单元（IOMMU）发布过一份技术规范。这份技术规范提供了一种配置传送给独立虚拟机的中断，与配置I/O内存单元的方式，以防止虚拟机使用DMA来终止与真实硬件的隔离。IOMMU在高级的操作系统（如缺席虚拟化，absent virtualization）与AMD的Torrenza架构中起到了重要的作用。

        英特尔和AMD等芯片厂商对于虚拟化给予积极支持，在它们的x86架构上，解决了x86处理器对普通虚拟机的操作复杂，以及其他的虚拟化困难。虚拟化从芯片开始就可以有一个更好的发展。

        服务器“虚”得有道理

        在数据中心里，服务器是主角。服务器虚拟化有助于IT组织从根本上提高数据中心的生产力。先来看看软件厂商，目前主流的软件有VMware 和Xen。VMware是业界有名的虚拟机产品，其主打产品是VI3(VMware Infrastructure 3)软件套装。在VMware中，核心软件是ESX Server。ESX Server直接安装在裸机上，在硬件和操作系统之间形成一个虚拟化层。ESX的虚拟层实际上包裹了硬件，ESX创建了一个硬件接口层（Hardware Interface Layer），所有虚拟机如果想跟硬件通信，必须经过这个硬件接口层，完成诸如内存偏移转换的工作。这里需要强调的是，ESX的特点是完全包裹硬件，不允许程序直接访问硬件。

        VI3中其他的工具，用于完善虚拟化和可视化管理。其中，DRS（全称Distributed Resourced Scheduler)可以将多个ESX Server资源合并为群集，同时，按照假定所有资源都在一台主机上的方法，简单管理群集。Virtual SMP可以让单个虚拟机同时使用多个处理器。VMware Vmotion可以使虚拟机从一台物理服务器迁移到另一台物理服务器上，迁移过程中不用宕机。此外，它也提供虚拟的双机热备和集成备份等功能。最后，所有虚拟化复杂的管理，都可以由Virtual Center虚拟中心控制台轻松完成。

        VMware的虚拟服务器整合计划，能够帮助组织机构通过服务器整合，减少物理服务器的数量，简化服务器管理，实现数据中心的“瘦身”，让客户立竿见影地感受到硬件投资、电力、冷却等一系列费用，以及机房空间的节省。同时，通过在服务器上运行多个负载，可将服务器硬件利用率从10%~15%提高到80%。此外，还能以10:1乃至更高的比例减少硬件需求，确保降低50%以上的硬件及运营成本。
　
        而Xen的VMM（全称Virtual Machine Monitor，虚拟机监控)是由剑桥大学计算机实验室开发的一个开源项目，它能够创建更多虚拟机，每一个虚拟机都是运行在同一个操作系统上的实例。客户的操作系统OS可以是修补过的Linux2.4或2.6内核，也可以是修补过的NetBSD/FreeBSD内核。用户应用程序就运行在这些客户OS上，并不需要修改任何代码。但是，随着将来的处理器能支持虚拟化的特性，内核也就不需要打补丁了。

        而VMware和Xen的最大不同就在于对I/O设备的处理。虚拟机的I/O端口和每个物理I/O端口设备之间如何路由，在很大程度上影响了虚拟平台架构的性能，以及便携性、可持续性和稳定性。Xen采用的是分离驱动模式，真实驱动存在于一个中间层，这个中间层叫服务虚拟机，其他虚拟机上的特殊驱动通过这个服务虚拟机进行通信。这种方法能提供很好的性能，但是对于传统操作系统支持有限。

        看看服务器的硬件厂商在做怎样的努力。比如IBM360/40、IBM360/67，这些机器都具有虚拟机功能，通过一种叫VMM(虚拟机监控器)的技术在物理硬件上生成了很多可以运行独立操作系统软件的虚拟机实例。由于虚拟化技术在商业应用上的优势，RISC（精简指令集计算机）服务器与小型机成了虚拟化技术第二代受益者。不过，尽管惠普、Sun公司也跟随IBM在自己的RISC服务器上提供了虚拟化技术，但由于真正使用大型机和小型机的用户还是少数，加上各家产品和技术之间并不兼容，虚拟化技术仍旧不太被公众所关注。而现在，虚拟化技术的发展已经惠及到了x86处理器架构。