CIO須了解的虛擬化歷史知識(shí)

作者：佚名 2010-08-19 21:23:17

云計(jì)算

虛擬化 在目前的 x86 服務(wù)器上，虛擬化技術(shù)已經(jīng)成為或者即將成為潮流。但從整個(gè) IT 業(yè)界的發(fā)展來(lái)看，虛擬化技術(shù)的歷史遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了 x86 虛擬化技術(shù)的 9 年。早在上世紀(jì) 60 年代，美國(guó)的計(jì)算機(jī)學(xué)術(shù)界就開始了虛擬技術(shù)的萌芽。1959年 6月在國(guó)際信息處理大會(huì)上，克里斯托弗的一篇《計(jì)算機(jī)分時(shí)應(yīng)用》的論文，被認(rèn)為是虛擬化技術(shù)的最早論述。

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在目前的 x86 服務(wù)器上，虛擬化技術(shù)已經(jīng)成為或者即將成為潮流。但從整個(gè) IT 業(yè)界的發(fā)展來(lái)看，虛擬化技術(shù)的歷史遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了 x86 虛擬化技術(shù)的 9 年。早在上世紀(jì) 60 年代，美國(guó)的計(jì)算機(jī)學(xué)術(shù)界就開始了虛擬技術(shù)的萌芽。1959年 6月在國(guó)際信息處理大會(huì)上，克里斯托弗的一篇《計(jì)算機(jī)分時(shí)應(yīng)用》的論文，被認(rèn)為是虛擬化技術(shù)的最早論述。

今天，虛擬化技術(shù)已經(jīng)出現(xiàn)在了很多首席信息官(CIO)的預(yù)定任務(wù)中。在一次第三方調(diào)查當(dāng)中，75% 的 CIO 都同意虛擬化技術(shù)是目前的一項(xiàng)投資重點(diǎn)，因?yàn)樗麄円呀?jīng)開始注重減少他們的服務(wù)器的數(shù)量以減少能源使用、降低成本。甚至于，虛擬化技術(shù)目前正在走向主流技術(shù)市場(chǎng)并且已經(jīng)逐步成為數(shù)據(jù)中心環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)組成部分。

為什么需要虛擬化

實(shí)際上，虛擬化技術(shù)的初衷就是為了實(shí)現(xiàn)更高的設(shè)備利用率，使用戶能夠盡可能地利用系統(tǒng)資源。也就是說，如果你能夠在單個(gè)服務(wù)器上虛擬多個(gè)系統(tǒng)，就能夠以少數(shù)幾臺(tái)計(jì)算機(jī)完成所有工作，這顯然能夠節(jié)省耗電、空間、冷卻和管理開支?？紤]到確定服務(wù)器利用狀況的困難，虛擬化技術(shù)需要支持動(dòng)態(tài)遷移(Live Migration)。動(dòng)態(tài)遷移允許操作系統(tǒng)能夠遷移到另一臺(tái)全新的服務(wù)器上，從而減少當(dāng)前主機(jī)的負(fù)載。

有這樣一句話，叫做”更多虛擬，更少管理(Virtualize more, manage less)“。IBM 將虛擬定義為不受物理限制的資源邏輯表達(dá)。更簡(jiǎn)單地說，IBM 將虛擬詮釋為可以將一個(gè)物理設(shè)備作為很多虛擬資源(分區(qū))來(lái)使用，或者令多個(gè)異構(gòu)資源的行為看起來(lái)就如同是一個(gè)大的資產(chǎn)(集合)。

正是由于虛擬化技術(shù)能夠降低 TCO(總擁有成本)，提高資源的利用率和應(yīng)用上的靈活性，虛擬化技術(shù)后來(lái)也在 UNIX 服務(wù)器、小型機(jī)上得到了應(yīng)用?？梢哉f，經(jīng)過多年的發(fā)展，虛擬化技術(shù)在高端產(chǎn)品上的應(yīng)用日臻成熟。不過，由于真正使用大型機(jī)和小型機(jī)的用戶畢竟還是少數(shù)，加上各家產(chǎn)品和技術(shù)之間并不兼容，致使虛擬化曲高和寡。

服務(wù)器虛擬化溯源

盡管目前的虛擬化技術(shù)熱潮是由于該技術(shù)在 x86 服務(wù)器上的迅速普及引發(fā)的，但虛擬化技術(shù)的最初來(lái)源卻不在 x86 架構(gòu)上，而是大型主機(jī)。最早使用虛擬化技術(shù)的是 IBM 7044 計(jì)算機(jī)，IBM 之后在上世紀(jì) 60 年代還開發(fā)了型號(hào)為 Model 67 的 System/360 主機(jī)。Model 67 主機(jī)通過虛擬機(jī)監(jiān)視器(Virtual Machine Monitor)虛擬所有的硬件接口。在早期的計(jì)算中， 操作系統(tǒng)被稱做 Supervisor，能夠運(yùn)行在其它操作系統(tǒng)之上的操作系統(tǒng)被稱做 hypervisor。其中，VMM 直接運(yùn)行在底層硬件上， 允許執(zhí)行多個(gè)虛擬機(jī)(VM)，每一個(gè) VM 運(yùn)行自己的操作系統(tǒng)實(shí)例(CMS，Conversational Monitor System)。隨后，VM 繼續(xù)發(fā)展。今天，你能夠在 System z9 主機(jī)上發(fā)現(xiàn) VM, 它甚至能夠向后兼容到 System/360。

由于虛擬化技術(shù)技術(shù)在商業(yè)應(yīng)用上的優(yōu)勢(shì)，RISC 服務(wù)器與小型機(jī)成為了虛擬化技術(shù)第二波受益者。1999年，IBM 公司在 AS/400 上提出了上”邏輯分區(qū)(LPAR)“技術(shù)和新的高可用性集群解決方案。在 POWER 管理程序上運(yùn)行的 AS/400 LPAR 令單臺(tái)服務(wù)器工作起來(lái)如同 12 個(gè)獨(dú)立的服務(wù)器。而在 2002 年，IBM 還更進(jìn)一步，其 AIX5L v5.2 還首次包括了 IBM 實(shí)現(xiàn)的動(dòng)態(tài)邏輯分區(qū)(DLPAR)。DLPAR 允許在無(wú)需重啟系統(tǒng)的情況下，將包括處理器、內(nèi)存和其它組件在內(nèi)的系統(tǒng)資源分配給獨(dú)立的分區(qū)。這種在不中斷運(yùn)行的情況下進(jìn)行資源分配的能力不僅令系統(tǒng)管理變得更加輕松，而且因?yàn)槟軌蚋玫厥褂觅Y源而幫助降低總擁有成本。

不過，盡管惠普、Sun 公司也跟隨 IBM 在自己的 RISC 服務(wù)器上提供了虛擬化技術(shù)，但由于真正使用大型機(jī)和小型機(jī)的用戶還是少數(shù)，加上各家產(chǎn)品和技術(shù)之間并不兼容，虛擬化技術(shù)仍舊不太被公眾所關(guān)注。目前，主要的 UNIX 廠商均支持 64 路 SMP 的虛擬。并且普遍能實(shí)現(xiàn) 1/X 量級(jí) CPU 的微調(diào)，例如 IBM 宣稱可以實(shí)現(xiàn) 1/100 CPU 量級(jí)的調(diào)整，惠普則可以實(shí)現(xiàn) 1/20 量級(jí)的調(diào)整。在應(yīng)用上，UNIX 上的虛擬化也非常成熟，IBM 的客戶訂購(gòu)的 System i5 595 中有 82% 具備邏輯分區(qū)功能，IBM 客戶管理的分區(qū)總數(shù)超過 45000 個(gè)。在中國(guó)，甚至有用戶在一臺(tái) System p 系列服務(wù)器上運(yùn)行了 9 個(gè)邏輯分區(qū)。

而現(xiàn)在，虛擬化技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)惠及到了 x86 架構(gòu)。此前，虛擬化技術(shù)在 x86 架構(gòu)上進(jìn)展緩慢的主要原因有二：x86 架構(gòu)本身不適合進(jìn)行虛擬化，這個(gè)障礙已經(jīng)由英特爾、AMD 修改 x86 處理器的指令集得到解決;另一個(gè)原因則是 x86 處理器的性能不足，也由于 x86 處理器在性能上的飛速提高得到了解決。由于 x86 架構(gòu)的廣泛普及，x86 架構(gòu)上的虛擬化技術(shù)也得到了比以前多得多的關(guān)注。

不過，與已經(jīng)有多年歷史的 UNIX 服務(wù)器、大型主機(jī)上的虛擬化技術(shù)相比，x86 服務(wù)器上的虛擬化仍舊處于早期階段——根據(jù)英特爾的藍(lán)圖，在處理器當(dāng)中集成硬件輔助虛擬化指令只是 IA 平臺(tái)上的第一步，而在第二步則要實(shí)現(xiàn) I/O 方面的虛擬化，直到最后實(shí)現(xiàn)整個(gè) IA 平臺(tái)的虛擬化。也就是說，目起的 x86 平臺(tái)上，目前僅僅能夠?qū)崿F(xiàn)在處理器級(jí)別的虛擬化，在 I/O 以及其他方面的虛擬化還需要進(jìn)一步的發(fā)展。不僅如此，x86 架構(gòu)上的虛擬化技術(shù)還無(wú)法完美實(shí)現(xiàn)虛擬分區(qū)之間動(dòng)態(tài)遷移，而這些在 UNIX 平臺(tái)、大型主機(jī)上早已不是問題。IBM 公司最近發(fā)布的 POWER6 處理器甚至還提供了 Live Partition Mobility 功能，允許實(shí)現(xiàn)活動(dòng)分區(qū)的在線遷移。目前，x86 架構(gòu)上的虛擬化技術(shù)的最高規(guī)劃是支持 8路 SMP 系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)單個(gè) CPU 資源的配置。

淺析存儲(chǔ)虛擬化

相對(duì)于在服務(wù)器虛擬化技術(shù)在規(guī)范上的相對(duì)成熟，存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)在這方面的進(jìn)展相對(duì)緩慢。按照定義，存儲(chǔ)虛擬化可以分為三種層次：在主機(jī)層面進(jìn)行存儲(chǔ)虛擬化; 在網(wǎng)絡(luò)層次進(jìn)行存儲(chǔ)虛擬化;在設(shè)備層面進(jìn)行存儲(chǔ)虛擬化。三種技術(shù)都有相應(yīng)的廠商的支持，也都有不少的用戶。比較而言，IBM 在存儲(chǔ)虛擬化方面所占據(jù)的市場(chǎng)份額更大，在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上也更早。根據(jù) IDC 的估計(jì)，虛擬存儲(chǔ)市場(chǎng)在 2005 年年底的數(shù)據(jù)容量為28.1PB，而 IBM 管理著大約 15PB 的數(shù)據(jù)。

早就 1978年，IBM 就獲得了 RAID(冗余獨(dú)立磁盤陣列)概念的專利。作為一種存儲(chǔ)虛擬形式，RAID 首先將物理設(shè)備組合為池，然后從這一池中”切割“出一組虛擬邏輯單元(LUN)并將其提供給主機(jī)。通過使用鏡像和奇偶性，這些邏輯單元第一次擁有了比底層物理磁盤驅(qū)動(dòng)器更高的可用性。雖然直到 1988年 IBM 與加利福尼亞州立大學(xué)伯克利分校的研究人員攜手之后才開發(fā)出一個(gè)實(shí)用的版本，但這一專利技術(shù)卻是第一次將虛擬化的概念引入到了存儲(chǔ)之中。

在 2003年 5月，IBM 推出可提供數(shù)據(jù)塊級(jí)存儲(chǔ)虛擬的 SAN 卷控制器(SAN Volume Controller)，在業(yè)界第一次允許客戶擁有一個(gè)對(duì)其存儲(chǔ)基礎(chǔ)架構(gòu)進(jìn)行管理的控制界面。在 2004年 10月，IBM 推出了擁有邏輯分區(qū)(LPAR)功能的 DS8000。通過使用 IBM POWER5 微處理器和 IBM 虛擬引擎技術(shù)，DS8000 在實(shí)現(xiàn)高性能的同時(shí)，降低了多種業(yè)務(wù)應(yīng)用的成本。利用IBM虛擬引擎技術(shù)，DS8000 系列中的某些型號(hào)既可作為單一的大型存儲(chǔ)系統(tǒng)使用，也可作為擁有邏輯分區(qū)(LPAR)功能的多個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)。通過使用 LPAR，客戶可以選擇更高效地使用計(jì)算機(jī)資源以及降低對(duì)關(guān)鍵數(shù)據(jù)中心的空間、功耗和散熱需求。另外，IBM 還宣布自己的虛擬軟件可以管理所有的 EMC 磁盤陣列。

小結(jié)

實(shí)際上，不論是剛剛談的服務(wù)器虛擬化，還是存儲(chǔ)虛擬化，甚至網(wǎng)絡(luò)虛擬化、數(shù)據(jù)虛擬化等等，都只是部件級(jí)的虛擬化。虛擬化技術(shù)的未來(lái)應(yīng)當(dāng)是將整個(gè)數(shù)據(jù)中心虛擬化，使用戶能夠獲得一個(gè)隨需應(yīng)變數(shù)據(jù)中心。

IBM 早在 40 多年前就率先在大型主機(jī)上使用了虛擬技術(shù)，并在此后在自己的系統(tǒng)和軟件中注入了各種虛擬技術(shù)，實(shí)現(xiàn)不同服務(wù)器、軟件、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)管理和優(yōu)化。IBM 虛擬技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的結(jié)合幫助減少了支持 IT 運(yùn)行所需的人員數(shù)量。今天，IBM 可以將客戶數(shù)據(jù)中心中超過 80% 的部分實(shí)現(xiàn)虛擬。為進(jìn)一步發(fā)揮虛擬的威力，IBM 正在創(chuàng)建包括所有物理和虛擬系統(tǒng)的集成管理視圖。IBM 早在 5 年前最先推出具有自管理功能的自動(dòng)化技術(shù)，并為市場(chǎng)提供了一系列最成熟的自動(dòng)化功能，包括在超過 75 種軟件、硬件和服務(wù)產(chǎn)品中提供了 500 多種不同的虛擬功能，可以自動(dòng)檢測(cè)各種系統(tǒng)、事務(wù)處理、工作流或業(yè)務(wù)流程何時(shí)處于運(yùn)行不正常的狀態(tài)，并在不影響系統(tǒng)其它部分的情況下采取糾正措施。這些功能已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了系統(tǒng)管理軟件的范疇并包括了芯片技術(shù)。具有”智能搜索“特性的軟件和軟件工具可以尋找和清除各種故障，自主管理像 Blue Gene 超級(jí)計(jì)算機(jī)和大型主機(jī)這樣的服務(wù)器和存儲(chǔ)設(shè)備。

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