服務(wù)器虛擬化通常關(guān)注于對(duì)CPU或內(nèi)存資源進(jìn)行抽象及分配,但服務(wù)器I/O仍舊面臨瓶頸,這可能會(huì)限制服務(wù)器的存儲(chǔ)及網(wǎng)絡(luò)流量--最終限制服務(wù)器整合的最高水平。CPU以及hypervisor的最新技術(shù)使對(duì)服務(wù)器的I/O子系統(tǒng)進(jìn)行更近一步的抽象成為了可能,和以往相比,服務(wù)器能夠更好地共享I/O資源,處理更多的工作負(fù)載產(chǎn)生的I/O流量。但最新的硬件輔助I/O虛擬化技術(shù)并非信手拈來(lái)。
什么是I/O虛擬化?其如何使虛擬服務(wù)器或者工作負(fù)載受益?
虛擬化是一個(gè)軟件層,將計(jì)算負(fù)載從底層的計(jì)算硬件中抽象出來(lái)。hypervisor將服務(wù)器的物理資源轉(zhuǎn)換為虛擬資源,通過(guò)部署或調(diào)整虛擬資源以滿(mǎn)足所有工作負(fù)載對(duì)計(jì)算資源的需求,實(shí)現(xiàn)虛擬服務(wù)器支持的工作負(fù)載的最大化。該工作機(jī)制非常適用于CPU和內(nèi)存資源。
然而,服務(wù)器I/O在帶寬方面一直面臨著問(wèn)題。例如,服務(wù)器的單個(gè)千兆以太網(wǎng)端口肯定能夠支持單個(gè)應(yīng)用,但是當(dāng)被分割為10個(gè)、15個(gè)或者更多的服務(wù)器負(fù)載時(shí)(這其中包括網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)以及服務(wù)器之間的流量)可能就不夠用了。當(dāng)遇到I/O瓶頸時(shí),CPU會(huì)空閑下來(lái)等待數(shù)據(jù),計(jì)算效率會(huì)大大降低--I/O瓶頸最終會(huì)打敗虛擬化所帶來(lái)的資源使用效率的提升。
將虛擬化擴(kuò)展至I/O子系統(tǒng),在工作負(fù)載、存儲(chǔ)以及服務(wù)器之間動(dòng)態(tài)共享帶寬,能夠最大化地利用網(wǎng)絡(luò)接口。通過(guò)緩解服務(wù)器I/O潛在的性能瓶頸,服務(wù)器能夠承載更多的工作負(fù)載并提升其性能。
盡管I/O虛擬化一個(gè)潛在的重要優(yōu)勢(shì)就是提高整合率或者提升性能,但I(xiàn)T專(zhuān)業(yè)人員應(yīng)該考慮管理簡(jiǎn)化所帶來(lái)的其他優(yōu)勢(shì)。例如,I/O虛擬化使I/O管理變得更簡(jiǎn)單。正如虛擬化使得CPU以及內(nèi)存配置變得更簡(jiǎn)單,I/O虛擬化簡(jiǎn)化了網(wǎng)卡以及HBA卡的配置、提升了服務(wù)器硬件的使用效率。管理變化出現(xiàn)在hypervisor而不是單個(gè)硬件設(shè)備上,管理I/O活動(dòng)所需要的時(shí)間更少了。提升I/O硬件利用率同樣能夠降低I/O硬件成本,因?yàn)樾枰木W(wǎng)卡或者HBA卡變少了。對(duì)多種類(lèi)型的I/O流量使用情況(例如應(yīng)用、存儲(chǔ))進(jìn)行改進(jìn),使得更多的流量能夠在更少的網(wǎng)線(xiàn)上傳輸,降低了網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性。
I/O虛擬化對(duì)系統(tǒng)或者處理器的要求有哪些?如何啟用?
一般來(lái)說(shuō),I/O虛擬化需要本地處理器提供硬件支持。這包括采用VT-c以及VT-d技術(shù)對(duì)基本的VT-x虛擬化功能進(jìn)行補(bǔ)充的Intel VT處理器。AMD處理器使用AMD-V基線(xiàn)虛擬化以及啟用AMD-Vi的芯片提供了類(lèi)似的功能。
例如,VT-c使用虛擬機(jī)設(shè)備隊(duì)列在物理網(wǎng)卡上卸載I/O任務(wù),使虛擬I/O的連接速度接近于物理網(wǎng)卡固有的速度。VT-c還允許虛擬機(jī)使用單根I/O虛擬化直接訪(fǎng)問(wèn)網(wǎng)絡(luò)。支持VT-d技術(shù)的處理器芯片進(jìn)行I/O設(shè)備的分配并隔離共享I/O資源的工作負(fù)載。采用上述技術(shù)減少了與hypervisor以及虛擬機(jī)監(jiān)控相關(guān)的處理開(kāi)銷(xiāo),Intel 至強(qiáng)5500及后續(xù)的服務(wù)器處理器通常都具備這一特性。
盡管處理器及芯片支持對(duì)服務(wù)器虛擬化至關(guān)重要,但更為關(guān)鍵的是在服務(wù)器的BIOS設(shè)置中啟用該特性。例如,基于Intel的服務(wù)器可能會(huì)提供大量可以通過(guò)BIOS啟用或禁用的虛擬化特性。這些BIOS特性包括主虛擬機(jī)比如“啟用Intel虛擬化技術(shù)”以及子特性的集合比如“啟用Intel VT-d”或者“啟用AMD IOMMU”來(lái)啟用對(duì)處理器I/O虛擬化的支持。
在大多數(shù)情況下,BIOS默認(rèn)啟用了I/O虛擬化設(shè)置,但是IT員工應(yīng)該檢查所有服務(wù)器的虛擬化設(shè)置以確定系統(tǒng)配置合理。否則,系統(tǒng)硬件可能無(wú)法支持I/O虛擬化的高級(jí)功能(虛擬工作負(fù)載將會(huì)降低系統(tǒng)的總體性能)。
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本文標(biāo)題:I/O虛擬化的優(yōu)勢(shì)與需求分析
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