如何為服務(wù)器虛擬化挑選合適的模式

虛擬化如今已經(jīng)成為一個被過分夸大的流行語。

在大型機領(lǐng)域，它已經(jīng)是一張盤桓了數(shù)年的老面孔。它的主要功績在于將原本只為大型科技服務(wù)的概念移植到了x86機之中，并讓人民大眾從中得到幫助。

虛擬化這種一方面簡單明了、另一方面卻實施模型有限的技術(shù)一旦爆發(fā)，可以想象其影響力之巨大。如今每一個我們能想象的地方都有它的身影，即使是在智能手機中也不例外。

新功能完全沒有為極力避免使用虛擬化的不同意見者提供任何幫助。有些人認為這一選擇值得大力推廣，另一些則宣稱使用所涉及的技術(shù)是“唯一正確的發(fā)展方向”。

直接連接型虛擬化與分布式模式，二者的沖突給意識形態(tài)帶來了新的戰(zhàn)場。

直接連接型虛擬化比較簡單，說起來也就是一臺服務(wù)器，配備著托管數(shù)套虛擬機的本地存儲。它們利用由管理程序提供的虛擬交換機（即vSwitch）進行互相通信，而無需將數(shù)據(jù)包經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)接口卡（簡稱網(wǎng)卡）發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)的每個角度。

討論環(huán)節(jié)

通常情況下，托管在直接連接方案中的虛擬機能夠與處于主機系統(tǒng)之外的服務(wù)器及客戶機進行溝通，但大部分交流仍然發(fā)生在同一套系統(tǒng)中的虛擬機之間。

分布式虛擬化則完全不同。主機服務(wù)器被盡可能當作一套徹頭徹尾的一次性處理單元。存儲資源采用集中式管理方案，并通過存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（簡稱SAN）中虛擬機與物理交換機之間的通信被提供給多臺主機。

不過每種模式都有各種的局限性。

直接連接式虛擬化速度更快。每塊10Gb 網(wǎng)卡（目前SAN的標準接口）在理論上可以提供最大1280兆字節(jié)每秒（MBps）的傳輸速度。而目前相當普遍的PCIe 8x 2.0 RAID卡理論上的傳輸速度更高達4000MBps。

不過一用在實際工作中數(shù)字就沒那么樂觀了。我在10Gb網(wǎng)絡(luò)附加存儲系統(tǒng)上所能得到的上限速度僅為900MBps，而我自己的RAID卡（SSD RAID 10）也只能帶來2200MBps的實際表現(xiàn)。不過2200MBps已經(jīng)足以將900MBps碾壓到不成人形，并且這樣的存儲速度優(yōu)勢已經(jīng)極具價值，而且請記住，這種優(yōu)勢是直接連接模式所提供的。

網(wǎng)上有這樣一個類似的故事。某款管理程序的虛擬交換機為每臺虛擬機提供了一塊10Gb的虛擬網(wǎng)卡。這使得處于同一臺主機內(nèi)的每套本地虛擬機系統(tǒng)以10Gb的理論數(shù)值進行通信；如果如果大家愿意為某臺指定的虛擬機搭配多套虛擬網(wǎng)卡，那么速度還將進一步提升。

困境

當將分布式的非主機設(shè)備引入余下的網(wǎng)絡(luò)中時，這些虛擬機就要為爭奪硬件所提供的有限帶寬資源而奮戰(zhàn)。如果我們有三十套虛擬機系統(tǒng)，那么為它們各自配備10Gb帶寬，與只拿出一塊10Gb帶寬的網(wǎng)卡讓它們共同使用、而由物理交換機負責網(wǎng)絡(luò)處理是完全不同的感覺。

如果僅從目前提出的數(shù)字出發(fā)，那么分布式虛擬化看起來簡直就是瘋狂而不可理喻的。但它仍然具備獨特的優(yōu)勢，而對于許多而言，一切缺點在這優(yōu)勢面前都可以算是必要的成本。

直接連接式虛擬化所無法實現(xiàn)的就是從一臺主機上的虛擬機中迅速遷移至另一臺。虛擬機本身可能就體積龐大，因此通過網(wǎng)絡(luò)實施遷移無疑會耗費大量時間。

但這對分布式虛擬化所采用的集中式存儲模式來說就不叫個事兒。不僅如此，分布式虛擬化還允許我們對不同主機上處于運行狀態(tài)的虛擬機系統(tǒng)進行實時遷移。

高度的可用性是分布式虛擬化的另一大重要賣點。

直接連接式虛擬化依靠強勁且具備高度容錯性的虛擬主機來實現(xiàn)優(yōu)秀的可用性。分布式虛擬化則會在一臺主機出現(xiàn)故障并重啟時，將所有虛擬機在集群中的其它主機上加以運行。大家使用的主機越多，分布式模式的優(yōu)勢就越明顯。

信息直觀性

分布式虛擬化的另一大優(yōu)勢是，盡管在傳輸速度上有所限制，但強制將所有流量通過物理交換機處理使得網(wǎng)絡(luò)管理員具備更強的直觀性及可管理性。

企業(yè)級網(wǎng)絡(luò)通過工具運行網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，進而直接為每一個端口提供終端到終端的管理。它們可以為鏈接、流量隔離、監(jiān)控、服務(wù)質(zhì)量以及標記框等功能提供加密機制。

而一旦采用虛擬交換機，這些好處就蕩然無存了。虛擬交換機所使用的管理語言與物理網(wǎng)絡(luò)設(shè)備完全不同。比起后者擁有的對網(wǎng)絡(luò)中每個系統(tǒng)中任何數(shù)據(jù)包的控制能力，使用虛擬交換機使我們管理的目標被限定在了主機服務(wù)器上。

設(shè)計概念

說到這里，這兩款模式可謂不分伯仲。大家可以根據(jù)自己的需要選擇合適的模式并加以部署，但這似乎還不能完全令人滿意。而在偉大的IT傳統(tǒng)觀念中，也根本沒有不可能一詞，基于創(chuàng)新的思維方式，混合虛擬化模式開始出現(xiàn)。

新一代網(wǎng)卡已經(jīng)開始模糊二者之間的界線，而其中至關(guān)重要的一環(huán)是類似802.1Qbg的尖端標準。這一標準也被稱為邊緣虛擬格拉或者虛擬以太網(wǎng)端口聚合（簡稱VEPA）。

VEPA網(wǎng)卡自身所具備的能力足以被稱為交換機。在使用中，主機上的虛擬機繞過虛擬交換機，直接與網(wǎng)卡中集成的交換機對話。而網(wǎng)卡則能夠與管理軟件直接對話，這樣一來我們就既擁有了分布式網(wǎng)絡(luò)帶來的種種優(yōu)勢，又不必擔心由于所有虛擬機流量都被發(fā)往物理交換機而引起傳輸速度瓶頸。

與VEPA展開激烈競爭的機制是802.1Qbh，也被稱為橋口擴展或者VN標簽。它幾乎完全是由思科公司一手打造，并需要對當前以太網(wǎng)規(guī)范加以延伸；換言之，我們需要為之采用很多新的硬件。

這與VEPA形成了鮮明的對比，因為VEPA并不需要我們?yōu)橹戮W(wǎng)絡(luò)設(shè)備，也同樣提供了一套虛擬環(huán)境中的終端管理可行方案。

在同一臺主機上通過差異化配置來實現(xiàn)同時使用直接連接式存儲與分布式存儲的作法也開始出現(xiàn)。我最近就完成了一套部署，其中每臺主機都擁有大量本地存儲以輔助備份工作。

每臺主機都擁有一套虛擬備份設(shè)備（簡稱VBA），其作用是為分配給該主機的虛擬機進行基于鏡像的備份，并將鏡像存儲于本地緩沖驅(qū)動器中。這使得備份速度變得飛快。

中央VBA會從每臺主機上讀取備份內(nèi)容，并不斷將其轉(zhuǎn)寫至磁帶上。磁帶驅(qū)動器是被直接從主機映射到VBA上的，而不是作為從網(wǎng)絡(luò)接入的設(shè)備。

這種混合式處理方案尚未見諸白皮書，但其產(chǎn)生無疑與對當前設(shè)備高效利用的訴求息息相關(guān)。它的工作狀態(tài)相當令人贊賞，只要再稍加改進，我一定會在未來的部署工作中再次加以使用。

進步無止境

新技術(shù)組合的不斷引入使得任何一套虛擬化模式都無法長久保持不變。目前最新的上佳方案是IOMMU，它承諾為單獨的虛擬機系統(tǒng)提供直接訪問系統(tǒng)設(shè)備（例如顯卡）的能力。

虛擬機將有能力充分發(fā)揮GPGPU計算帶來的強大性能，而處理速度的提升也會要求數(shù)據(jù)輸入量達到光線通道傳輸能力的級別，這是分布式技術(shù)所無法滿足的。

硬件容錯能力的提高使單臺主機方案更具可靠性，而新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)則將帶寬擴大至40Gb、100Gb甚至更高。

到這里我們又說回起點。虛擬化始于大型機，而虛擬化又推動了x86在采納新技術(shù)的道路上漸行漸遠，這使得臺式機與大型機的運作方式越來越接近。

拋開相似之處不談，大型機與x86虛擬主機集群之間仍然存在著本質(zhì)性差異。

大型機的設(shè)計初衷是作為一套單獨的運行實體。機架挨著機架、節(jié)點毗鄰節(jié)點，從操作系統(tǒng)到個別節(jié)點連接綁定，一切都將大型機作為一臺單獨的巨型計算設(shè)備處理，最后對整體資源進行分割，進而分配給每個任務(wù)。

x86虛擬集群則迥異于大型機。無論是直接連接式、分布式還是混合式，每個處理節(jié)點都是特色鮮明的獨立單位。每節(jié)點都必須進行配置、授權(quán)、加以獨立設(shè)計并考慮個體與整體間的協(xié)調(diào)。

大型機成本高昂，我們?yōu)橹ㄖ频能浖谠O(shè)計上也要求高質(zhì)量，以配合系統(tǒng)的高性能。X86虛擬集群則是多套低廉系統(tǒng)的集合，使用現(xiàn)有軟件即可滿足需求。

大型機適用于那些運營著金融系統(tǒng)的客戶，對于他們而言數(shù)毫秒的延遲都可能帶來數(shù)百萬美元的損失。如果我們的應(yīng)用程序能夠?qū)⒐ぷ髁坎鸱譃橐粋�個小的組成部分，那么大型機的并行處理能力將帶來耀眼的強勁表現(xiàn)。

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