IBM 与 HP 虚拟化

两个平台上的 UNIX 虚拟化技术对比分析

了解 HP-UX® 和 AIX® 的虚拟化功能、 HP 与 IBM® 虚拟化产品之间的基本区别,以及这些产品如何集成到运行它们的硬件平台之上。本文旨在为您提供指导,从特性和功能方面帮助您在选择最适合您及您的长期战略目标的平台方面制定明智的决策。

Ken Milberg, 作家/网站专家, Future Tech

Ken Milberg 是 PMP,同时也是 techtarget.com 的撰稿人/站点专家,他还为 searchopensource.com 提供 Linux 技术信息和支持。Ken 是 IBM Systems Magazine,Open Edition 的撰稿人和技术编辑。Ken 拥有 University of Maryland University College 的计算机与信息科学学士学位和技术管理科学硕士学位。他是 Long Island POWER-AIX 用户组的创始人和负责人。这些年以来,他在各种规模的企业工作过,并且担任过各种职位,包括 CIO 和高级 AIX 工程师。他现在在 Future Tech 工作,这是一家总部设在长岛的 IBM 业务合作伙伴。Ken 不仅是已通过 PMI 认证的项目管理专业人员(PMP),还是通过 IBM 认证的高级技术专家(CATE,IBM System p5 2006)。



2009 年 11 月 16 日

您可以通过访问"IBM Power 系列主机虚拟化专题”来了解其它的相关虚拟化文章:

简介

尽管大部分 HP-UX 管理员都熟悉他们可用的虚拟化功能,但当这些专业人员需要学习另一个 UNIX® 平台(比如 IBM Power Systems™)上的虚拟化技术时,通常都会有一个困难的过渡。AIX 管理员在需要理解虚拟化和 HP-UX 时也是如此。在异构环境中,经常运行着不同类型的 UNIX 服务器。与此同时,许多环境正在从 HP 和 Sun 迁移到 IBM Power Systems,这需要理解简化过渡过程所必需的关键概念。

虚拟化也许是如今讨论最多的技术,因为有了它,公司可以实现降低基础设施服务器场总体拥有成本,提高其服务器和数据中心整合项目的投资回报的目标。虚拟化如何实现这一目的?简单来说就是通过通过共享物理 CPU、RAM 和 I/O 资源,最大化对物理资源的利用。

同时,IT 经理也在尝试提升其资源的工作负载利用率,最大化公司硬件投资的效率。十年以前,只要企业需要新应用程序,就会购买一台服务器来支持该应用程序。今天,通过虚拟化,我们能够在现有基础设施上迅速搭建一个环境来支持新需求。

由于各家供应商的虚拟化解决方案之间差异很大,所以理解每家供应商的产品功能和最适用于您的环境的功能至关重要。在中端平台上,HP 拥有 HP-VSE、vPars、nPartitions 和 Integrity 虚拟机(Integrity Virtual Machine,IVM)等技术。IBM 只拥有一种解决方案:PowerVM™。本文讨论这些系统的特性和功能 —— 它们的历史、底层技术和最适用于您的平台的功能。


IBM 虚拟化

本节首先看一下 IBM 的虚拟化历史,然后深入剖析 PowerVM 技术。

IBM 虚拟化技术的历史

与许多 PC VMWARE 发烧友所坚信的不同,虚拟化技术并不是始于 1993 年的 VMWARE。它在 40 多年前就由 IBM 开发出来了。虚拟化技术最初起源于 20 世纪 60 年代的 IBM 大型机,当时使用一种专为 System/360 Mainframe 量身订造的操作系统 CP-40。在 1967 年,第一个管理程序(hypervisor)诞生,IBM 管理程序的第二版(CP-67)于 1968 年被开发出来,它支持跨虚拟机共享内存,为每个用户提供单独的内存空间。管理程序是一类软件,它允许多个操作系统共享一台硬件主机。这个版本被用于整合物理硬件和更迅速地部署环境(比如开发环境)。在 20 世纪 70 年代,IBM 一直在改进他们的技术,支持 MVS 与其他操作系统(比如 UNIX)在 VM/370 上一起运行。在 1997 年,同样是在大型机上创建虚拟化技术的这些人在 IBM 中端平台上创建了一个管理程序。

IBM 管理程序所基于的一个关键元素在于,虚拟化是系统固件本身的一部分的事实,这与其他基于管理程序的解决方案不同。这是因为 OS、硬件和管理程序之间集成非常紧密,管理程序是介于 OS 与提供虚拟化功能的硬件之间的系统软件。在 2001 年,经过 4 年的设计和开发,IBM 发布了一款面向中端 UNIX 系统的管理程序,该管理程序支持全局分区。2004 年发布了高级 Power 虚拟化技术(Advanced Power Virtualization,APV),它是 IBM 第一款真正的虚拟化解决方案,支持共享资源。它在 2008 年被重新命名为 PowerVM。

PowerVM

上面已经提到,IBM 在其中端系统上拥有一种称为 PowerVM 的虚拟化类型,以前称为高级 Power 虚拟化。IBM 使用一种 type-1 虚拟化来实现逻辑分区和虚拟化,这在某些方面类似于 Sun Microsystems 的 LDOMs 和 VMWARE 的 ESX 服务器。type-1 管理程序直接在主机硬件上运行,用作一个硬件控件和来宾操作系统,它由 IBM 最初的经典管理程序 vp/cms 演化而来。一般而言,与其他类型的管理程序相比,它们更加高效,与硬件集成得更加紧密,具有更高的性能,而且更加可靠。图 1 演示了不同类型的分区和基于管理程序的虚拟化解决方案之间的一些基本差异。IBM LPARs 和 HP vPars 属于第一个示例 —— 硬件分区(通过它们的逻辑分区产品完成),而 HP 仍然通过 nPars 提供物理分区。

图 1. 服务器虚拟化方法
服务器虚拟化方法

IBM 的解决方案(有时称为 para-virtualization)将管理程序嵌入到硬件平台中。此解决方案的一个基本特点是路线图、战略和管理程序都集成到一个平台上:IBM Power Systems。由于这种明确的关注点,IBM 能够不断增强和创新,无需尝试混合和匹配许多针对不同硬件类型的不同分区和虚拟化模型。而且,可以将它们的虚拟化集成到固件中,而 HP 无法或者未选择这么做。

PowerVM 的特性和功能

PowerVM 包含以下特性:

  • VIO 服务器 —— 这些服务器负责向使用它们的客户端提供 I/O 服务。它们物理适配器供一个或多个 VIO 客户端分区共享。这有助于消除对专用网络和/或 I/O 的需求,从而减少了成本。IBM 的实现方法使用了共享以太网和虚拟 SCSI 来支持共享网络和磁盘 I/O。
  • 微分区和共享处理器逻辑分区(Shared Processor Logical Partitioning,SLPAR) —— 这允许客户端将它的 CPU 资源分一部分给虚拟分区,并且最高支持一个 CPU 的 1/10 的资源。虚拟服务器可以在任何物理服务器上运行,因为物理处理器是完全共享的。也可以通过使用一种称为未封顶分区的特性来扩大 CPU 数量和它们的授权容量(Entitled Capacity,EC),授权容量在创建 CPU 的配置文件时配置。这是一项重要特性,因为允许系统在突发的 CPU 密集时期(从共享一个处理器池的其他逻辑分区)使用未使用的 CPU 资源,这些资源在其他时间是空闲的,这样,能够够以一种动态方式简化工作负载管理。
  • 动态分区迁移(Live Partition Mobility)—— 此特性是在 IBM 的 POWER6® 架构中引入的,支持将正在运行的 LPAR(可以是 AIX 或 Linux®)从一个物理服务器移动到另一个服务器。
  • 共享专用容量 —— 这允许专用处理器分区将空闲 CPU 周期捐献出来,以便在空闲处理器池中使用。
  • 多个处理器池 —— 这允许在分配给共享池的分区之间均衡处理能力,从而提高吞吐量。
  • Lx86 —— 这项技术支持运行直接在 Linux 分区上运行没有专门移植到 Power Architecture 的 x86 Linux 应用程序,无需执行必要的重新编译操作。
  • 工作负载分区(WPAR)—— 尽管 AIX V6.1 中不只 PowerVM 一项特性,但 WPAR 是一个重要的虚拟化元素,因为它允许更细粒度的工作负载。类似于 Solaris 容器/专区,它提供了将逻辑分区拆分为工作负载的能力。每个工作负载都具有自己的包含环境,但没有自己的内核。经过配置的 WPAR 是 LPAR 的一部分,它减少了需要维护的 AIX 映像的数量。WPAR 在 AIX 实例中共享系统资源:目录、CPU、RAM 和 I/O。

最新的创新包括活动内存共享(Active Memory Sharing),它支持在运行分区之间交换内存。这进一步优化了物理资源的利用,比如在共享处理器逻辑分区之间共享 CPU。它支持在逻辑分区之间共享物理内存池。一个重要的优势在于,它能够配置具有较少物理内存的系统。当系统需要更多物理内存时,可以对它进行配置来从共享池抓取内存。基本而言,这将内存从空闲 LPAR 动态转移到活动 LPAR。此特性已在 AIX V6.1 和 SLES 11 上提供。还必须为使用活动内存共享的分区部署一台 VIO 服务器,并且所有 I/O 访问都需要使用这些分区虚拟化。

还有其他两项创新:

  • N_Port ID 虚拟化(N_Port ID Virtualization,NPIV)支持从多个客户端 LPAR 直接访问光纤通道适配器,这简化了光纤通道 SAN 环境的管理。该适配器实际上由 VIO LPAR 所有。
  • 客户端 LPAR 的 VIO 虚拟磁带驱动器支持是另一个新创新,该特性允许客户端 LPAR 访问 SAS 磁带资源。这能够减少备份系统所需的磁带量。它还能够减少将磁带驱动器附加到不同 LPAR 的麻烦。SAS 磁带适配器由 VIO 服务器分区所有,类似于 NPIV。

PowerVM 也包含 3 个版本:Express、Standard 和 Enterprise。每个版本都包含各种特性。例如,如果在企业环境中运行,可以利用活动分区移动性,该特性仅在 Enterprise 版本中提供。参见 参考资料 获得更多详细信息。


HP 的虚拟化

本节讨论 HP 的虚拟服务器环境(virtual Server Environment,VSE)以及虚拟 vPar、nPartition 和 Integrity 虚拟机(IVM)。

HP 虚拟化技术的历史

尽管 HP-UX 已有 25 年历史,但 HP 的分区功能本身却始于 nPartition 的诞生。nPartition 基于硬件分区,于 2000 年首次发布。从某种程度上而言,这类似于 IBM 逻辑分区。在 2001 年 8 月,HP 发布了 HP-UX Virtual Partitions (VPARs),这是一个独立的操作系统实例,在 nPartition 或物理服务器上运行。这些分区具有一些虚拟化元素,但是它们不支持在分区本身之间共享资源,也不支持在分区之间动态分配 CPU 资源。相比而言,它们更类似于逻辑分区,因为每个虚拟分区都分配有自己的资源。每个分区都可以在不同的操作系统版本和服务包级别上运行,也可以在不影响其他分区的情况下重启。这提供了更高的计算机利用率和操作系统隔离,但是它实际上更像一种分区技术,而不像一种虚拟化解决方案。无法共享资源,因为没有虚拟化层来在 OS 与硬件之间管理资源。真正的虚拟化是在 2005 年的 Integrity 虚拟机中引入的,这种技术支持分区拥有操作系统的完整副本和共享资源。

HP 虚拟化战略

HP 拥有许多不同的分区和虚拟化战略。它们的产品组合包括 nPartition、vParititon 和 Integrity 虚拟机(IVM)。IVM 的支持虚拟化的管理程序基于一种 Type-2 技术,类似于 Microsoft® 虚拟服务器、用户模式 Linux 和较早的 VMWARE GSX。这些管理程序是在 OS 内部运行的软件应用程序。管理程序是一个独立的软件层,具有在硬件上的另外一层上运行的来宾 OS。HP 在其 Integrity 机器上使用了这种技术,它可以运行 HP-UX、Linux、Windows 和 OpenVMS。有趣的是,无法在 Integrity VM 主机上运行普通的 HP-UX 应用程序,因为 VM 需要实现其自己的内存管理。这就是为什么许多 HP-UX 实现仅使用 vPar 和 nPar 技术(而不是 IVM)来进行资源分区以及 I/O 与处理隔离。

HP 虚拟化特性和功能

虚拟服务器环境 (VSE) 是 HP 的整体虚拟化解决方案的前端。它具有管理和工作负载管理功能。该工作负载管理工具支持利用空闲容量。该工具的使用需要付费,类似于 IBM 的 Capacity on Demand。它还附带了一个名为 HP Global Workload Manager (gWLM) 的产品,该产品提供了能够自动调整工作负载来提高服务器利用率的智能策略引擎。与此产品协同工作的是 HP 的 Capacity Advisor,它帮助模拟各种工作负载场景。这在许多方面类似于 IBM 的 System Workload Estimator (WLE),它还附带了 System Planning Tool (SPT)。VSE 支持许多分区类型,包括硬分区和软分区。也可以使用 Integrity 虚拟机和资源分区。

  • Integrity 虚拟机 —— 这是 HP 的旗舰虚拟化产品,它在某些方面类似于 PowerVM。它的工作原理是,在完全隔离的环境中,在逻辑分区或物理分区上有一些独立的来宾实例,这些实例具有不同的操作系统版本和用户。该技术最初于 2005 年引入,支持分区拥有操作系统的完整副本。虚拟机可以共享资源,并且能够细粒度地控制 CPU 和 I/O 设备共享。从某种程度上讲,这种细粒度控制实际上优于 PowerVM,因为一个分区可以拥有最小 1/20 的 CPU 资源,而 PowerVM 只允许拥有最小 1/10 的 CPU 资源。
  • nPartition —— 这是一种硬分区,不是一个虚拟化环境。它支持在其他人在线的情况下操作分区,类似于 IBM 的逻辑分区。
  • vPar —— 这类似于逻辑分区,支持在相同的 nPartition 或服务器上使用独立的操作系统实例。而且,它支持在工作负载需求发生变化时,在分区之间动态移动 CPU 或内存资源。它还支持在相同物理硬件上运行多个 HP-UX 副本。
  • 资源分区(Resource Partition)—— 这些分区从 HP Process 资源管理器创建,支持在单一操作系统内为特定应用程序分配资源。这也是一个资源管理工具,支持管理 CPU、内存和磁盘带宽。它支持分配极少的 CPU 资源,甚至支持按用户组分配 CPU 资源。这在许多方面类似于 Solaris 容器或 AIX WPAR,因为它支持在一个 HP-UX 副本中拥有多个应用程序。此特性自 HP-UX 9.0 开始就已经可用。

VSE 4.1 版(于 2009 年 1 月发布)支持通过逻辑服务器功能,将虚拟化扩展到物理服务器。它支持将服务器配置文件从一个物理服务器移动到另一个,从而实现逻辑服务器移动。HP 虚拟化管理器、HP Capacity Advisor 和虚拟机迁移(针对 IVM)支持在中断服务的情况下将正在运行的 VM 及其应用程序移动到不同的 VM 主机。


IBM 和 HP 虚拟化比较

现在您已经了解 IBM 和 HP 虚拟化实现的各方面细节,让我们逐项比较一下。下表展示了 HP 与 IBM 虚拟化之间的一些基本差异。

  • Integrity 虚拟机 (IVM) 限制。不足在于可伸缩性。使用 HP 的虚拟机,每个分区只能使用 4 个逻辑 CPU 以及 64 GB 的 RAM。添加处理器或内存还需要重新启动虚拟机。也不支持 uncap 分区或共享处理器池等特性。最后需要注意,HP PA RISC 服务器不受支持,仅支持 Integrity 服务器。虚拟存储适配器也无法移动,除非关闭虚拟机。无法将处理资源专用于单个分区。
  • nPar 限制。当将单元从一个分区移动到另一个分区时,需要重启系统。需要注意,尽管 nPartition 支持 HP-UX、Windows、VMS 和 Linux,但它们只能在 Itanium 处理器上实现这类支持,在 HP9000 PA Risc 架构上不行。分区可伸缩性还依赖于在 nPartition 中运行的 OS。另一个不足在于,入门级服务器不支持这项技术,仅高端和中端服务器支持。它们也不支持在不重启的情况下在分区之间移动资源。它们还不支持核心共享。
  • vPar 限制。 vPar 不支持共享核心,因为没有虚拟化层来管理硬件与操作系统之间的接口。这是性能开销受限的一个原因,HP 计划在不说明其明确限制的情况下发布该特性。可伸缩性也被限制为在其上创建 vPar 的 nPartition,最高限制为 8 芯电池。工作负载支持也有限,无法添加或删除资源。最后,vPar 不支持在分区之间共享资源。无法在分区之间动态分配处理资源。
  • 内存共享。HP 和 SUN 都没有任何类似于 PowerVM 的活动内存共享 (AMS) 的功能。

表 1 比较了 HP 的 vPar 和 IVM 与 PowerVM。

表 1. 比较 IBM 的 PowerVM 与 HP vPar 和 IVM
功能IBMHPHP
解决方案PowerVM、IBM PowervPars、HP 9000、IntegrityIVM、仅 HP Integrity
支持的 OSAIX、Linux、i5/OSHP-UXHP-UX 11i、Windows Server 2003、Linux
安全性/故障隔离管理程序(硬件/固件)没有硬件措施没有硬件措施
粒度控制(每个分区的最小 CPU 使用量)1/1011/20
可伸缩性(每个分区的最大 CPU 使用量)6464-1284
CPU 容量共享
I/O 共享
专用 I/O否(必须虚拟化所有 I/O)
分区迁移动态 (POWER6)手动
CoD 集成保留 CoD是(集成的实用工具定价)是(gWLM 添加了临时即时容量)
许可额外付费(每个活动 CPU)P5-59x 标准额外付费(每个活动 CPU)额外付费(每个活动 CPU)

当比较 PowerVM 与 HP Integrity 机器的业务优势时,两者之间的差异就会变得更加明朗。PowerVM 扩展性更好,具有动态的逻辑分区、安全性/故障隔离,支持专用 I/O 动态处理器共享,以及活动分区移动性。表列出了一些优势。

表 2. 虚拟化:PowerVM 与 HP IVM 比较
虚拟化功能PowerVMHP IVM业务优势
可伸缩性64 个 CPU 和 2TB RAM4 个 CPU 和 64 GB RAM提高利用率和总体拥有成本
动态逻辑分区 (DLPAR)需要重新启动改善了可用性和灵活性
安全性隔离CAPP/EAL增强的安全性
支持专用 I/O为一些工作负载提供更高性能
动态处理器共享更加灵活
活动分区移动性增强的可用性

结束语

HP 在广告宣传中似乎在炫耀他们就拥有最先进的虚拟化产品组合。尽管他们可能拥有更多产品,但许多产品彼此之间都不兼容,甚至不能一起使用,这些产品的功能比 PowerVM 更少。硬件本身也很重要,因为 HP 的未来建立在 Itanium 之上,后者的性能远低于 Power。HP 真正拥有的一个优势是,它能够运行 Windows,但是它提供的平台非常昂贵,尽管能够运行和整合基于 Windows 的应用程序,但并没有带来实际价值。

IBM 的虚拟化历史是任何供应商都无法比拟的。IBM 拥有一种明确的解决方案和虚拟化战略 PowerVM,而不是 6 种分区和虚拟化元素。更重要的是,从特性/功能的角度来看,IBM 明显走在虚拟化技术和创新的前沿。它们的虚拟化系统扩展性能更好,设计中融入了更加智慧的技术(type-1 管理程序),具有更多特性,能够在更快和更可靠的硬件上运行。

参考资料

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Zone=AIX and UNIX
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ArticleTitle=IBM 与 HP 虚拟化
publish-date=11162009