浅析虚拟化技术应用之软件大型机

两年前，在VM world Europe会议上，VMware公司CEO PaulMatitz的一句比喻让大家开始关注x86服务器在虚拟化世界中的地位：他说VMware将通过虚拟化创造“软件大型机”。

当时一些人批评Matitz的比喻，他们称大型机与x86芯片的性能存在巨大差异;即使在今天，VMware官员也声称，那句话只是个比喻，并不是实实在在的比较。

但当x86平台加入虚拟化大军后，大型机与虚拟化两者间的差距逐渐缩小：适用于分布式系统的高级自动化与编入工具;CPU芯片性能的提升与虚拟化集成度不断上升;以及扩展计算的发展趋势。

传统大型机：垂直整合硬件以换取高性能

大型机与虚拟化一开始并不是互相排斥的;1965年的虚拟化应用，IBM System / 360-67大型机支持虚拟内存硬件，1972年的后继机System/370都包含了虚拟内存。

大型机依旧以其强劲性能压倒当前最大型的虚拟化分布式系统集群。例如，IBM最新发布的z196系统微处理器主频高达5.2GHz，而当今普通处理器主频一般在2.0至3.4GHz之间。单z/VM6.1版本每CPU可满足60台以上虚拟机使用;一台满配置zEnterprise机柜包含四个模块，每个模块包含六个拥有四级缓存的四核处理器，并支持最高达786GB的内存;整套系统可以管理3TB以上内存并支持数千以上并发负载，可以在很大程度上达到(或接近)100%利用率。

大型机可以实现如此高的性能，归因于其是一个垂直集成系统，加上使用专门为其设计的应用软件，可以通过单个操作系统有效管理资源。每个操作系统理论上可以承载10,000至30,000个用户，依赖于实际混合负载情况。大型机的优势使其成为批量处理作业的首选平台——用来处理那些需要同一系统全天运行的高达100,000次的作业处理。采用裸机虚拟化管理平台，例如VMwarevSphere，每台虚拟机仍运行在自己的操作系统环境下，通过系统调用管理底层硬件，与大型机相比，负载利用率与整合度相对会低一些。最后大型机可以直接访问可移动存储，而对于x86虚拟化来说这依旧是个问题。对于需要存储海量数据的组织来说，将数据转移至其他可移动介质上是个基本需求。

Clabby Analytics经理Joe Clabby表示，大型机同样在性能与应用可用性上存在优势，弹性与灾难恢复能力甚至高于当前最尖端的x86虚拟化软件。“虚拟化所能提供的是对于资源池的容错——对于x86系统来说，这样容错方法十分有效，但对大型机来说并不如此”他说，“如果你有关键业务需要支撑，又希望利用最好的硬件与软件来确保他们可以正常运作，那么大型机肯定是优于x86服务器的最佳答案。”

用户还同样指出大型机的系统维护与安全也拥有很大优势。RobertCrawford某公司大型机系统程序员表示：“IBM有款称为SMP/E的产品用于管理部署在其系统上的软件与补丁程序，所以你可以大喊'我需要为这个问题制作一个修补程序'，然后该管理软件会确保所需的先决条件与必要因素都在你准备实施前准备好，对大多数大型机系统来说，你可以在30秒内回滚失败的修复作业，而你很难在一个分布式系统上完成此操作。”Crawford所说的是IBM的System Modification Program / Expanded工具。

从安全角度来看，Crawford说，病毒或蠕虫之类可以通过堆栈溢出方式在分布式系统上人容易实现攻击很难在大型机上生效。

软件大型机：向外扩展模式降低成本开销

软件大型机，与传统的大型机相比，存在不同;VMware，x86虚拟化的“先行者”，成立于1998年，在Systemz虚拟化功能的三十年之后。

根据VMware发布的配置建议，最新版本的软件vSphere4.1，可以扩展至32台x86主机，最大每集群3000台虚拟机。以此计算的话，虚拟化整合率将大于90：1，这对当今大多数企业来说都过于理论化了;典型的整合率一般为15：1至20：1。

大部分企业都还不是100%虚拟化，甚至那些想实施完全虚拟化的企业，这种现象被称为“虚拟化失速”(VMstall)。每台vSphere4.1上的虚拟机可以支持最大8虚拟CPU，但VMware的容错(FT)功能无法支持多核系统容错同步，这个功能缺陷限制了虚拟化在一级数据中心的应用。

仅靠虚拟机无法构成软件大型机——这句话更准确描述了私有云，将所有资源集中至资源池中并根据需求自动分配。VMware与其主要竞争对手，Microsoft与Citrix都努力朝着该方向前进，或者至少在某些方面接近，但无论是基础设施整合还是管理工具，仍旧需要持续进行开发，以接近或达到大型机的真实性能。

VMware官方表示Maritz的那句话是比喻。“我们用'软件大型机'作为一个术语，”Bogomil Balkansky(VMware产品市场副经理)说，“我们并不打算与传统大型机做面对面的较量”。

Illuminata公司分析师Jonathan Eunice称：“VMware与x86虚拟化在一定程度上给HA技术带来了民主政策，这是早期集群和FT技术所不具备的。”

x86虚拟化缩短了差距

虽然与大型机依旧存在差距，但相似之处也越来越多。不只是提升高可用性，容量规划与性能管理，虚拟化产商正不断开发自动化功能，以实现动态调整资源分配。例如，开发商们正在建设一个平台，可以让终端用户应用程序通过中央资源池获取资源，并自动保证可持续的负载均衡与监控。在大型机世界中这是管理与分配资源的基本实现方式。

垂直硬件集成也正进入x86虚拟化世界，从微处理器级别的Intel Virtualization Technology(VT)与AMDAMD-V芯片到预集成的数据中心基础设施产品，如OracleExdata与VCE公司Vblock产品。目前为止，大部分应用依旧是某款单独程序的“开箱即用”模式，例如需要负载数千并发负载的Oracle或SAP数据库。

Pund-IT的一名分析师Charles King认为，Matitz所提及的“软件大型机”理论最终通过Vblock实现了，正如“只采用基于x86的服务器硬件，而像大型机那样集成系统与管理资源......他们确实已经完成了基础模型，还包括了了负载迁移与动态调整等数据中心所需的功能。”

为什么用户都倾向利用基于软件的虚拟化来创建以x86硬件为基础的私有云？他们为何不考虑采用大型机，却倾向性能更低的技术方案？IBM可能会这样问，但用户们有自己的动机——当然最重要的首先是费用，其次是向外扩展的小型系统架构会比集中建设的超级计算机更灵活。

某公司的高级基础设施系统经理ChrisRima表示，他正考虑采用Vbloock作为虚拟桌面基础设施解决方案。“我不是自卖自夸，但我喜欢这种方式，用多个模块组成系统比单一大型机更实际。而且可以让你通过ESX基础设施同时扩展1U或2U服务器，而且不会占用数据中心机房过多空间。”

虽然大型机可以提供极高的性能与可伸缩性，依旧因为前期投入费用过高而令人望而却步。“单台大型机的维护开销很可能达到每年100万美元，”Rima说，他所在的公司在几年前就退役了大型机而换用x86虚拟化。“与现在采用的ESX基础架构相比，维护同样的计算资源，所需的成本只是之前的10-20%。这就是我们更换架构的原因——它能极大的节约成本。”

还有一些专家坚持，就传统大型机来说，至少在北美，也与“PC一代”的技术集有所不同。“如果你真的坐下并进行分析，当完成后会发现，x86虚拟化与传统大型机之间的TCO差异并不大，”Robert Rosen(某美国政府部门的CIO)表示。“但问题在于人们经历了无数商战，而且在PC世界中长大，会更倾向于自己所熟悉的事物。”