处理器虚拟化技术

版权所有IBM公司2010商标通过处理器虚拟化实现技术和业务收益第1页,共8通过处理器虚拟化实现技术和业务收益BillHirschAIX系统支持经理WSO2Inc2010年4月19日因服务器"可能"需要处理器而为它分配专用处理器的时代已经过去了—至少应该过去了.
微分区和共享处理器池的IBMPower处理器虚拟化技术使从CFO到系统管理员的所有人都受益.
企业可以回收超过一半的CPU容量,这会节约大量资金;同时,管理员只需几次鼠标单击即可添加或删除处理资源.
本文介绍UniversityofPittsburghMedicalCenter(UPMC)如何从专用处理器战略转换到虚拟化处理器战略,同时改进对最终用户的服务质量,从而实现财务和运营双重收益.
除了收益之外,本文还解释了处理器虚拟化的风险和过程以及为管理这种动态环境而开发的工具.
简介UniversityofPittsburghMedicalCenter是一家资产高达80亿美元的全球性医疗企业,它使用IBMPowerSystems服务器和AIX运行许多业务关键型数据库和应用程序.
UPMC在硬件和软件两方面都使用了IBM的最新产品,尤其是虚拟化技术.
这包括I/O虚拟化(VIO)、存储虚拟化(SVC)和CPU虚拟化.
Power服务器上的微分区、共享和不封顶的CPU等技术已出现很多年了,且对该技术的使用限度随客户而有所不同.
UPMC的所有CPU都放在共享处理器池中.
通过最大限度地降低CPU标称(然而这对虚拟CPU设置比较激进),UPMC在它的许多Power服务器上实现或接近了80%的CPU利用率.
这差不多是虚拟服务器上行业平均值(据报告为40%到50%)的两倍.
处理器虚拟化让UPMC能够在不增加成本的情况下非常快速、高效地提供容量.
如果一个应用程序出乎意外地需要增加两个CPU,处理器会立即分配CPU而无需人工干预.
如果计划外的业务功能或应用程序需要联机,支持它所需的基础设施会在同一天得到创建.
PaulSikora(负责IT改革的UPMC副总裁)说:"虚拟化的基础设施能够灵活地调整以满足处理高峰;工作人员可以更快地对UPMC的需求做出反应.
我们的生产效率更高了,更敏捷,更可靠,而且成本更低.
"这种灵活性已经改变了UPMCIT专业人员的工作方式,让他们能够把时间和注意力集中于开发、服务改进和解决复杂的问题.
CPU供应不再是大事了;它是一个标准的过程.
UPMC取得的重大技术和业务收益表明了其他人可能悟出的道理,即:该技术应发扬光大!
developerWorksibm.
com/developerWorks/cn/通过处理器虚拟化实现技术和业务收益第2页,共8当然,CPU虚拟化也会带来风险.
本文讨论UPMC转换CPU战略的原因、取得的成果以及在管理这种技术时面对的挑战.
催化剂——为什么要虚拟化UPMC拥有20家医院、400个门诊所、长期健康设备和一个大型保险计划.
UPMC使用大量型号不同的IBMPower服务器,从基于POWER6的595到BladeCenters.
大约三年前,UPMC遇到了容量问题—由于业务增长加速,CPU需求超过预期,CPU不够用了.
由于增长没有放慢的迹象,UPMC工程团队需要找到一个能够用现有设备支持业务运营的解决方案.
这个解决方案就是采用微分区和CPU共享.
在当时,我们很保守地使用了微分区,但是还没有采用不封顶特性.
在发现容量问题之后的三个月内,UPMC对90%的LPAR采用了不封顶设置,回收了50%的处理器.
配置UPMC拥有多种Power服务器,包括基于POWER5和POWER6的595、570、550和blade.
本文主要讨论一台基于POWER6的595,它有56颗CPU.
规格说明见表1.
表1.
POWER6595规格说明型号物理CPU标称虚拟CPU内存LPAR数量环境9119-FHA56x4.
2GHz45.
4210896GB60Oracle数据库、应用服务器和Web服务器,开发、测试和生产类这台Power595上驻留60个LPAR.
这些LPAR涵盖UPMC中的各种环境和应用程序类型.
这包括Oracle数据库、应用服务器和Web服务器,它们提供一些对于企业最重要的计算功能.
根据设计,UPMC要把生产和非生产环境放在同一台服务器上,从而尽可能提高资源利用率.
通过研究和了解应用程序工作负载的时间规律,UPMC发现开发和测试工作负载常常出现在生产工作负载高峰之间.
根据这一分析结果,我们认为把这些环境放在一起有助于实现更好的全天资源利用率.
另外,这个设计为负载水平变动提供了应变机制.
当一台Power服务器的利用率接近它的最大容量时,UPMC工程师开始寻找可以迁移到替代硬件的LPAR,从而释放CPU和内存资源.
当需要迁移时,让开发或测试LPAR在工作时间停机比安排在生产应用程序停机更容易.
监视、警报、调整、重复在虚拟化环境中,比较有挑战性的任务之一是监视和警报.
如果在有56颗CPU的服务器上将LPAR配置为使用210颗CPU,那么当利用率达到56时应该怎么做答案很简单:不要让它达到56.
UPMC使用一套工具和技术确保任何Power服务器上的CPU利用率不会接近最大可用CPU数量.
它开发和应用了大量虚拟监视器和自动化警报工具,帮助确保总是有容量可用.
UPMC使用Ganglia监视它的Power和AIX基础设施.
尽管这个工具的基本功能非常强大,但是UPMC决定进一步定制它,"围绕"Ganglia及其他容量和性能监视工具开发了自己的Web门户,让它们能够创建定制的视图.
(关于Ganglia的更多信息见参考资料.
)ibm.
com/developerWorks/cn/developerWorks通过处理器虚拟化实现技术和业务收益第3页,共8它为UPMC提供的众多视图之一是PowerServerOverview.
这个概况视图显示所有UPMCPower系统的服务器级CPU利用率.
图1显示UPMC的一台Power595服务器上的典型CPU利用率.
图1.
Power服务器概况创建这个视图的原因之一是为CPU利用率建立缓冲、警告和危险阈值.
这些阈值都是软限制,都与Power服务器概况视图和UPMC的自动监视和警报解决方案相关联.
缓冲阈值在UPMC,"缓冲"是CPU利用率的一个逻辑阈值,它向Power服务器管理员和UPMCIT管理层表明服务器满负载.
换句话说,如果CPU利用率经常达到缓冲阈值,就认为服务器满负载了并禁止构建新的LPAR.
留出20%的CPU以应对预期的利用率波动.
这些使用量波动是某些业务过程造成的,比如月底的结帐和报告.
除了应对常规的业务周期之外,留出20%还可以让LPAR处理器在出现计划外负载增加时有增长空间.
警告阈值当Power服务器利用率略微超过缓冲阈值时(准确地说,超过两个CPU),就会触及警告阈值(在图形上没有显示).
这个事件触发一个警报,这个警报自动进入UPMC事件管理系统,进而通知所有Power服务器管理员.
应该检查警告,但是不一定要采取措施.
受过培训的管理员会在服务器触发警告之后密切监视它.
管理员会检查一个或多个LPAR上是否出现了CPU利用率快速增加的趋势.
希望LPAR只是偶尔出现高峰,因此导致CPU利用率超过缓冲阈值并达到警告阈值.
但是,如果管理员发现利用率增加的趋势是持续的,就需要采取进一步的措施.
这些措施包括:developerWorksibm.
com/developerWorks/cn/通过处理器虚拟化实现技术和业务收益第4页,共8联系使用这个LPAR的应用程序团队,了解是否增加了新的进程或负载.
查明是否可以减少负载.
登录LPAR并搜索失控的进程.
如果找到了,就停止或调整有问题的进程.
把这个LPAR迁移到利用率低的Power服务器上.
临界阈值当Power服务器处理器利用率大于或等于可用物理处理器总数的88%时,一个危险警报自动进入UPMC事件管理系统并通知所有Power服务器管理员.
临界警报需要立即采取措施.
受过培训的管理员把这种警报看作紧急情况,会采取适当措施降低CPU利用率.
如果警报的原因是一个或多个LPAR出现短时间负载高峰,系统常常可以自己处理.
但是,与警告警报一样,UPMCIT人员会与LPAR的用户联系,了解使用量超过正常水平的原因.
如果CPU利用率长时间保持在临界阈值水平,而且没有下降的趋势,就应该关闭不重要的生产LPAR及其进程,从而防止Power服务器达到100%CPU利用率.
分析警报Ganglia门户(见图2)是对UPMC的CPU警告和临界警报进行分析的首选工具.
原因很简单,它可以在几秒内提供"ServertoLPAR"视图.
更具体地说,在Ganglia屏幕上,可以简单看到整个画面中每个LPAR使用的物理CPU数量.
图2.
Gangliacpu_used视图:服务器级这个简单的视图的效果非常好,有助于很快地找到问题.
Power管理员可以快速地查明哪些LPAR的CPU利用率增加了,哪些没有.
了解这些信息之后,可以使用其他工具判断造成利用率增加的原因.
权值的作用权值是一个与不封顶CPU结合使用的设置.
当有多个LPAR争用可用的处理周期时,虚拟机监控程序根据权值分配这些周期.
权值越高,LPAR获得的周期比例越大.
ibm.
com/developerWorks/cn/developerWorks通过处理器虚拟化实现技术和业务收益第5页,共8尽管UPMC使用权值(见表2和表3),但是并不依靠权值确保LPAR的服务水平.
UPMC只是考虑到允许Power服务器上的所有处理器都被占用太危险了,因此让虚拟机监控程序根据权值分配处理器周期.
多个共享处理器池到撰写本文时,UPMC的实验室仍然在测试多个共享处理器池特性.
这种技术看起来有助于UPMC改进使用共享处理器的方式.
UPMC没有非生产Power服务器.
生产、测试和开发LPAR在所有Power服务器上混合部署.
当UPMC实现多个共享处理器池时,它将集成在生产环境中.
因此,必须先在实验室环境中进行非常仔细的规划和充分的测试.
标准:确保系统不失控随着虚拟化成为UPMC中的常规活动,对虚拟资源的请求越来越常见.
当内部客户认识到实现请求是多么简单之后,构建LPAR、添加CPU和内存等请求成了家常便饭.
业务实践方式的这种变化暴露出IT部门的一个弱点:对分配多少资源和分配给谁缺乏控制能力.
随着资源日益紧张,分配决策的制定越来越困难,显然必须开发新的过程来增强责任意识.
这一需求催生出了新规则和新文档.
这包括CPU和内存的预算模型、标准文档(详细描述客户会得到什么以及谁负责支持它)等许多内容.
PowerAIX管理员设计了他们的GoldImageLPAR并编写了文档(表2和表3).
这定义了"模板"LPAR和其他标准,大多数客户在请求构建新的LPAR时会默认接受这种标准的LPAR.
这意味着,除非通过应用程序规模审查发现需要更多资源,一般情况下使用标准的LPARCPU设置.
表2.
GoldImageCPU设置标称虚拟CPU模式类型.
22不封顶共享SMT表3.
GoldImage权值设置生产VIO生产数据库生产应用服务器和Web服务器开发/测试VIO开发/测试数据库开发/测试应用服务器和Web服务器250225200755025通过使用DynamicLogicalPartitioning(DLPAR),可以经济高效地对每个LPAR/应用程序进行loadandsee基准测试.
如果UPMC标准LPAR模板无法满足应用程序的CPU需求,Power管理员可以在发现需求后的几分钟内通过DLPAR简便地在LPAR中添加更多资源,确保分配适当的CPU数量.
通过应用这种CPU规模调整方法,UPMC发现许多应用程序并不需要应用程序所有者或应用程序厂商最初请求的CPU资源量.
建议的资源量常常超过实际需要量30%.
CPU虚拟化很适合应付这种情况,因为它允许管理员灵活地配置虚拟CPU设置,不需要把应用程序可能根本不使用的资源与应用程序绑定在一起.
结束语人人都知道Power处理器虚拟化有许多好处,包括提高利用率、降低成本和提高灵活性.
但是,这种技术的限制不太为人所知.
这些限制有多严重到什么程度会抵消掉收益developerWorksibm.
com/developerWorks/cn/通过处理器虚拟化实现技术和业务收益第6页,共8UPMC仍然在研究并与IBM探讨这些问题.
无论最终答案是什么,目前已经确定运行共享的不封顶微分区处理器环境是正确的选择.
显然,需要以全新的方式管理CPU资源.
定制的监视和警报是关键:知道您有什么,充分使用所有资源,避免资源耗尽.
后续努力方向处理器虚拟化只是UPMCIT转换计划的一小部分.
UPMC还在几个方面使用了虚拟化,包括存储(SVC)和I/O(VIO).
这显著降低了IT成本并提高了效率.
以后要采用哪些技术ActiveMemorySharing,它支持在多个LPAR之间共享物理内存;高级的虚拟监视系统,这让UPMC能够查看所有虚拟和物理设备之间的关系,包括服务器、磁盘、网络、电源等等;以及我们最喜欢的LivePartitionMobility.
在2008年,UPMC把400个LPAR从基于POWER5的服务器迁移到了基于POWER6的服务器,每次迁移需要不到一小时的停机时间.
在2011年,UPMC还要再做一次迁移,到那时根本不需要停机了.
UPMC和IBM建立了战略伙伴关系,利用他们各自的经验共同为医疗行业开发和推广新技术.
ibm.
com/developerWorks/cn/developerWorks通过处理器虚拟化实现技术和业务收益第7页,共8参考资料学习阅读IBMRedbookPowerVMVirtualizationonIBMSystemp:IntroductionandConfigurationFourthEdition,了解微分区和共享处理器池的详细信息.
访问MichaelPerzl的网站,了解在POWER5和6上如何实现Ganglia.
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com/developerWorks/cn/通过处理器虚拟化实现技术和业务收益第8页,共8关于作者BillHirschBill是UniversityofPittsburghMedicalCenter(UPMC)的AIX系统支持经理.
他的职责包括管理IBMPower/AIX支持,以及开发、测试和集成最新的PowerVM技术.
过去15年,Bill使用过多种UNIX操作系统,在多个行业中担任过从管理员到架构师的各种职位.
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com/legal/copytrade.
shtml)商标(www.
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