淺析虛擬化技術(shù)應(yīng)用之軟件大型機(jī)

兩年前，在VM world Europe會(huì)議上，VMware公司CEO PaulMatitz的一句比喻讓大家開始關(guān)注x86服務(wù)器在虛擬化世界中的地位：他說VMware將通過虛擬化創(chuàng)造“軟件大型機(jī)”。

當(dāng)時(shí)一些人批評(píng)Matitz的比喻，他們稱大型機(jī)與x86芯片的性能存在巨大差異;即使在今天，VMware官員也聲稱，那句話只是個(gè)比喻，并不是實(shí)實(shí)在在的比較。

但當(dāng)x86平臺(tái)加入虛擬化大軍后，大型機(jī)與虛擬化兩者間的差距逐漸縮?。哼m用于分布式系統(tǒng)的高級(jí)自動(dòng)化與編入工具;CPU芯片性能的提升與虛擬化集成度不斷上升;以及擴(kuò)展計(jì)算的發(fā)展趨勢(shì)。

傳統(tǒng)大型機(jī)：垂直整合硬件以換取高性能

大型機(jī)與虛擬化一開始并不是互相排斥的;1965年的虛擬化應(yīng)用，IBM System / 360-67大型機(jī)支持虛擬內(nèi)存硬件，1972年的后繼機(jī)System/370都包含了虛擬內(nèi)存。

大型機(jī)依舊以其強(qiáng)勁性能壓倒當(dāng)前最大型的虛擬化分布式系統(tǒng)集群。例如，IBM最新發(fā)布的z196系統(tǒng)微處理器主頻高達(dá)5.2GHz，而當(dāng)今普通處理器主頻一般在2.0至3.4GHz之間。單z/VM6.1版本每CPU可滿足60臺(tái)以上虛擬機(jī)使用;一臺(tái)滿配置zEnterprise機(jī)柜包含四個(gè)模塊，每個(gè)模塊包含六個(gè)擁有四級(jí)緩存的四核處理器，并支持最高達(dá)786GB的內(nèi)存;整套系統(tǒng)可以管理3TB以上內(nèi)存并支持?jǐn)?shù)千以上并發(fā)負(fù)載，可以在很大程度上達(dá)到(或接近)100%利用率。

大型機(jī)可以實(shí)現(xiàn)如此高的性能，歸因于其是一個(gè)垂直集成系統(tǒng)，加上使用專門為其設(shè)計(jì)的應(yīng)用軟件，可以通過單個(gè)操作系統(tǒng)有效管理資源。每個(gè)操作系統(tǒng)理論上可以承載10,000至30,000個(gè)用戶，依賴于實(shí)際混合負(fù)載情況。大型機(jī)的優(yōu)勢(shì)使其成為批量處理作業(yè)的首選平臺(tái)——用來處理那些需要同一系統(tǒng)全天運(yùn)行的高達(dá)100,000次的作業(yè)處理。采用裸機(jī)虛擬化管理平臺(tái)，例如VMwarevSphere，每臺(tái)虛擬機(jī)仍運(yùn)行在自己的操作系統(tǒng)環(huán)境下，通過系統(tǒng)調(diào)用管理底層硬件，與大型機(jī)相比，負(fù)載利用率與整合度相對(duì)會(huì)低一些。最后大型機(jī)可以直接訪問可移動(dòng)存儲(chǔ)，而對(duì)于x86虛擬化來說這依舊是個(gè)問題。對(duì)于需要存儲(chǔ)海量數(shù)據(jù)的組織來說，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移至其他可移動(dòng)介質(zhì)上是個(gè)基本需求。

Clabby Analytics經(jīng)理Joe Clabby表示，大型機(jī)同樣在性能與應(yīng)用可用性上存在優(yōu)勢(shì)，彈性與災(zāi)難恢復(fù)能力甚至高于當(dāng)前最尖端的x86虛擬化軟件。“虛擬化所能提供的是對(duì)于資源池的容錯(cuò)——對(duì)于x86系統(tǒng)來說，這樣容錯(cuò)方法十分有效，但對(duì)大型機(jī)來說并不如此”他說，“如果你有關(guān)鍵業(yè)務(wù)需要支撐，又希望利用最好的硬件與軟件來確保他們可以正常運(yùn)作，那么大型機(jī)肯定是優(yōu)于x86服務(wù)器的最佳答案。”

用戶還同樣指出大型機(jī)的系統(tǒng)維護(hù)與安全也擁有很大優(yōu)勢(shì)。RobertCrawford某公司大型機(jī)系統(tǒng)程序員表示：“IBM有款稱為SMP/E的產(chǎn)品用于管理部署在其系統(tǒng)上的軟件與補(bǔ)丁程序，所以你可以大喊'我需要為這個(gè)問題制作一個(gè)修補(bǔ)程序'，然后該管理軟件會(huì)確保所需的先決條件與必要因素都在你準(zhǔn)備實(shí)施前準(zhǔn)備好，對(duì)大多數(shù)大型機(jī)系統(tǒng)來說，你可以在30秒內(nèi)回滾失敗的修復(fù)作業(yè)，而你很難在一個(gè)分布式系統(tǒng)上完成此操作。”Crawford所說的是IBM的System Modification Program / Expanded工具。

從安全角度來看，Crawford說，病毒或蠕蟲之類可以通過堆棧溢出方式在分布式系統(tǒng)上人容易實(shí)現(xiàn)攻擊很難在大型機(jī)上生效。

軟件大型機(jī)：向外擴(kuò)展模式降低成本開銷

軟件大型機(jī)，與傳統(tǒng)的大型機(jī)相比，存在不同;VMware，x86虛擬化的“先行者”，成立于1998年，在Systemz虛擬化功能的三十年之后。

根據(jù)VMware發(fā)布的配置建議，最新版本的軟件vSphere4.1，可以擴(kuò)展至32臺(tái)x86主機(jī)，最大每集群3000臺(tái)虛擬機(jī)。以此計(jì)算的話，虛擬化整合率將大于90：1，這對(duì)當(dāng)今大多數(shù)企業(yè)來說都過于理論化了;典型的整合率一般為15：1至20：1。

大部分企業(yè)都還不是100%虛擬化，甚至那些想實(shí)施完全虛擬化的企業(yè)，這種現(xiàn)象被稱為“虛擬化失速”(VMstall)。每臺(tái)vSphere4.1上的虛擬機(jī)可以支持最大8虛擬CPU，但VMware的容錯(cuò)(FT)功能無法支持多核系統(tǒng)容錯(cuò)同步，這個(gè)功能缺陷限制了虛擬化在一級(jí)數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用。

僅靠虛擬機(jī)無法構(gòu)成軟件大型機(jī)——這句話更準(zhǔn)確描述了私有云，將所有資源集中至資源池中并根據(jù)需求自動(dòng)分配。VMware與其主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，Microsoft與Citrix都努力朝著該方向前進(jìn)，或者至少在某些方面接近，但無論是基礎(chǔ)設(shè)施整合還是管理工具，仍舊需要持續(xù)進(jìn)行開發(fā)，以接近或達(dá)到大型機(jī)的真實(shí)性能。

VMware官方表示Maritz的那句話是比喻。“我們用'軟件大型機(jī)'作為一個(gè)術(shù)語，”Bogomil Balkansky(VMware產(chǎn)品市場(chǎng)副經(jīng)理)說，“我們并不打算與傳統(tǒng)大型機(jī)做面對(duì)面的較量”。

Illuminata公司分析師Jonathan Eunice稱：“VMware與x86虛擬化在一定程度上給HA技術(shù)帶來了民主政策，這是早期集群和FT技術(shù)所不具備的。”

x86虛擬化縮短了差距

雖然與大型機(jī)依舊存在差距，但相似之處也越來越多。不只是提升高可用性，容量規(guī)劃與性能管理，虛擬化產(chǎn)商正不斷開發(fā)自動(dòng)化功能，以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)整資源分配。例如，開發(fā)商們正在建設(shè)一個(gè)平臺(tái)，可以讓終端用戶應(yīng)用程序通過中央資源池獲取資源，并自動(dòng)保證可持續(xù)的負(fù)載均衡與監(jiān)控。在大型機(jī)世界中這是管理與分配資源的基本實(shí)現(xiàn)方式。

垂直硬件集成也正進(jìn)入x86虛擬化世界，從微處理器級(jí)別的Intel Virtualization Technology(VT)與AMDAMD-V芯片到預(yù)集成的數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)品，如OracleExdata與VCE公司Vblock產(chǎn)品。目前為止，大部分應(yīng)用依舊是某款單獨(dú)程序的“開箱即用”模式，例如需要負(fù)載數(shù)千并發(fā)負(fù)載的Oracle或SAP數(shù)據(jù)庫。

Pund-IT的一名分析師Charles King認(rèn)為，Matitz所提及的“軟件大型機(jī)”理論最終通過Vblock實(shí)現(xiàn)了，正如“只采用基于x86的服務(wù)器硬件，而像大型機(jī)那樣集成系統(tǒng)與管理資源......他們確實(shí)已經(jīng)完成了基礎(chǔ)模型，還包括了了負(fù)載遷移與動(dòng)態(tài)調(diào)整等數(shù)據(jù)中心所需的功能。”

為什么用戶都傾向利用基于軟件的虛擬化來創(chuàng)建以x86硬件為基礎(chǔ)的私有云？他們?yōu)楹尾豢紤]采用大型機(jī)，卻傾向性能更低的技術(shù)方案？IBM可能會(huì)這樣問，但用戶們有自己的動(dòng)機(jī)——當(dāng)然最重要的首先是費(fèi)用，其次是向外擴(kuò)展的小型系統(tǒng)架構(gòu)會(huì)比集中建設(shè)的超級(jí)計(jì)算機(jī)更靈活。

某公司的高級(jí)基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)經(jīng)理ChrisRima表示，他正考慮采用Vbloock作為虛擬桌面基礎(chǔ)設(shè)施解決方案。“我不是自賣自夸，但我喜歡這種方式，用多個(gè)模塊組成系統(tǒng)比單一大型機(jī)更實(shí)際。而且可以讓你通過ESX基礎(chǔ)設(shè)施同時(shí)擴(kuò)展1U或2U服務(wù)器，而且不會(huì)占用數(shù)據(jù)中心機(jī)房過多空間。”

雖然大型機(jī)可以提供極高的性能與可伸縮性，依舊因?yàn)榍捌谕度胭M(fèi)用過高而令人望而卻步。“單臺(tái)大型機(jī)的維護(hù)開銷很可能達(dá)到每年100萬美元，”Rima說，他所在的公司在幾年前就退役了大型機(jī)而換用x86虛擬化。“與現(xiàn)在采用的ESX基礎(chǔ)架構(gòu)相比，維護(hù)同樣的計(jì)算資源，所需的成本只是之前的10-20%。這就是我們更換架構(gòu)的原因——它能極大的節(jié)約成本。”

還有一些專家堅(jiān)持，就傳統(tǒng)大型機(jī)來說，至少在北美，也與“PC一代”的技術(shù)集有所不同。“如果你真的坐下并進(jìn)行分析，當(dāng)完成后會(huì)發(fā)現(xiàn)，x86虛擬化與傳統(tǒng)大型機(jī)之間的TCO差異并不大，”Robert Rosen(某美國(guó)政府部門的CIO)表示。“但問題在于人們經(jīng)歷了無數(shù)商戰(zhàn)，而且在PC世界中長(zhǎng)大，會(huì)更傾向于自己所熟悉的事物。”