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从CPU开始:让硬件充分提升虚拟化性能
2017-06-01 15:28:57
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       虚拟化是一个相对抽象的概念,目的是为用户搭建灵活高效的IT环境,它不是任何一种硬件或软件。广义上讲,虚拟化是一个针对计算机资源的抽象概念。简而言之,虚拟化的基本目的是让计算机资源变“虚”,即隐藏或掩盖其实际物理形态,而以简化的方式将其呈现在IT环境中。

  鉴于虚拟化带来的诸多好处,现在几乎每个CIO都在谈论虚拟化,谈论虚拟化带来的好处,谈论虚拟环境的并不尽如人意,谈论自己即将开展虚拟化之旅,谈论虚拟化软件性价比,而往往被忽略的,是服务器等计算资源是否被充分调动来满足虚拟化性能,或者说,物理服务器在经过虚拟层后是否能释放出原有性能?

  由于很多企业和个人对于自己的虚拟化技术认识不够,尽管一味更换更为强劲的服务器,或者在虚拟化软件优化上不断用功,其实,在面对无数的虚拟化解决方案我们却无从选择时,更应该回到最基础也是最核心的起点,去关注CPU能够为计算资源的虚拟化带来哪些提升。

  几年前的服务器仅设计用于托管单个操作系统。若想借助这些系统成功实现虚拟化,用户需要采用能够为每个客户操作系统模拟完整硬件环境的软件。这是一个需要大量性能开销的计算密集型过程,会减缓应用响应速度、限制可扩充性并提高复杂性,从而对可靠性与安全性产生影响。此外,混合服务器环境还会对虚拟化的优势产生影响:随着新服务器的添加,如果无法在各代服务器中迁移虚拟机,数据中心的灵活性便会受到限制。

  但是随着英特尔新一代服务器处理器至强5500系列产品的推出,这些问题已经被很好地解决。在处理器层面,新的处理器提升了英特尔VT-x技术,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。

  此外,英特尔VT FlexPriority技术可创建TPR6的一个虚拟副本,该虚拟副本可读取,在某些情况下,如在无需干预时,还可由客户操作系统进行更改。

  在很多虚拟化白皮书中我们都会看到对于虚拟机数据迁移的重视,至强5500系列处理器在这一点的功能特性上尤其值得描述。其内置的英特尔虚拟化灵活迁移技术(Intel VT FlexMigration)实现了基于英特尔处理器的当前服务器与未来服务器之间的无缝迁移,即使新的系统可能包括增强的指令集也不例外。借助此项技术,管理程序能够在迁移池内的所有服务器中建立一套一致的指令,实现工作负载的无缝迁移。这便生成了可在多代硬件中无缝运行的更加灵活、统一的服务器资源池。

除了在处理器本身,在网络I/O方面英特尔VT-c技术也为提升虚拟化性能作出不小贡献。VT-c技术中的关键虚拟机直接互连(VMDc)支持虚拟机直接访问网络I/O硬件,从而显著提升虚拟性能。英特尔VT-c支持客户操作系统与设备端口之间的直接通信信道。通过支持每个I/O端口的多条直接通信通道对此进行扩展。

  英特尔虚拟化技术有效减少了对虚拟化软件的需求,使更多的处理器周期用于运行业务应用,同时支持多代英特尔架构服务器之间的虚拟机迁移。

  这些性能提升已经在客户的实际使用中得到证实。在某电力科学研究院的虚拟化实测中,用户分别使用在基于至强5500系列处理器的服务器和使用上一代处理器的服务器上各创建3个虚拟机,分别承载业务受理服务器、数据交换服务器、审计管理服务器三种应用,在3台客户端上分别安装LoadRunner测试工具,模拟大量用户访问server端对应的业务系统,评估被测服务器在高负载下的业务处理能力。

  基于至强5500服务器上的3台虚拟机,较之旧平台的3台虚拟机,每秒数据传输速度高达271.06MB,性能提升1倍,每分钟可以处理38821.83个审计表格,审计管理系统性能提升2倍,每分钟可以响应29666.93个用户请求,业务受理系统性能提升了1.8倍,综合以上,基于至强5500的虚拟化性能是上一代产品的2.74倍。

  虚拟化的实施是一个复杂的过程,幸好的是有芯片级的技术支持、硬件级以及软件层面的共同努力将这一过程变得简单。通过至强5500在虚拟化上的表现,也让我们意识到,对于虚拟化的重视不能流于表面,应当从底层真正开始。


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