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(gè)被過分夸大的流行語。

在大型機(jī)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?cè)谟趯⒃局粸榇笮涂萍挤⻊?wù)的概念移植到了x86機(jī)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(shí)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(gè)我們能想象的地方都有它的身影，即使是在智能手機(jī)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(rèn)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(shí)形態(tài)帶來了新的戰(zhàn)場(chǎng)。

直接連接型虛擬化比較簡單，說起來也就是一臺(tái)服務(wù)器，配備著托管數(shù)套虛擬機(jī)的本地存儲(chǔ)。它們利用由管理程序提供的虛擬交換機(jī)（即vSwitch）進(jìn)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(gè)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(jī)能夠與處于主機(jī)系統(tǒng)之外的服務(wù)器及客戶機(jī)進(jìn)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(jī)之間。

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

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(biāo)準(zhǔn)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(dāng)普遍的PCIe 8x 2.0 RAID卡理論上的傳輸速度更高達(dá)4000MBps。

不過一用在實(shí)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(chǔ)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(shí)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(chǔ)速度優(yōu)勢(shì)已經(jīng)極具價(jià)值，而且請(qǐng)記住，這種優(yōu)勢(shì)是直接連接模式所提供的。

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

困境

當(dāng)將分布式的非主機(jī)設(shè)備引入余下的網(wǎng)絡(luò)中時(shí)，這些虛擬機(jī)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(jī)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(jī)負(fù)責(zé)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(dú)特的優(yōu)勢(shì)，而對(duì)于許多而言，一切缺點(diǎn)在這優(yōu)勢(shì)面前都可以算是必要的成本。

直接連接式虛擬化所無法實(shí)現(xiàn)的就是從一臺(tái)主機(jī)上的虛擬機(jī)中迅速遷移至另一臺(tái)。虛擬機(jī)本身可能就體積龐大，因此通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)施遷移無疑會(huì)耗費(fèi)大量時(shí)間。

但這對(duì)分布式虛擬化所采用的集中式存儲(chǔ)模式來說就不叫個(gè)事兒。不僅如此，分布式虛擬化還允許我們對(duì)不同主機(jī)上處于運(yùn)行狀態(tài)的虛擬機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)遷移。

高度的可用性是分布式虛擬化的另一大重要賣點(diǎn)。

直接連接式虛擬化依靠強(qiáng)勁且具備高度容錯(cuò)性的虛擬主機(jī)來實(shí)現(xiàn)優(yōu)秀的可用性。分布式虛擬化則會(huì)在一臺(tái)主機(jī)出現(xiàn)故障并重啟時(shí)，將所有虛擬機(jī)在集群中的其它主機(jī)上加以運(yùn)行。大家使用的主機(jī)越多，分布式模式的優(yōu)勢(shì)就越明顯。

信息直觀性

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

企業(yè)級(jí)網(wǎng)絡(luò)通過工具運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，進(jìn)而直接為每一個(gè)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(biāo)記框等功能提供加密機(jī)制。

而一旦采用虛擬交換機(jī)，這些好處就蕩然無存了。虛擬交換機(jī)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(duì)網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)系統(tǒng)中任何數(shù)據(jù)包的控制能力，使用虛擬交換機(jī)使我們管理的目標(biāo)被限定在了主機(jī)服務(wù)器上。

設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)。這一標(biāo)準(zhǔn)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(jī)。在使用中，主機(jī)上的虛擬機(jī)繞過虛擬交換機(jī)，直接與網(wǎng)卡中集成的交換機(jī)對(duì)話。而網(wǎng)卡則能夠與管理軟件直接對(duì)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(shì)，又不必?fù)?dān)心由于所有虛擬機(jī)流量都被發(fā)往物理交換機(jī)而引起傳輸速度瓶頸。

與VEPA展開激烈競(jìng)爭的機(jī)制是802.1Qbh，也被稱為橋口擴(kuò)展或者VN標(biāo)簽。它幾乎完全是由思科公司一手打造，并需要對(duì)當(dāng)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(duì)比，因?yàn)閂EPA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(tái)主機(jī)上通過差異化配置來實(shí)現(xiàn)同時(shí)使用直接連接式存儲(chǔ)與分布式存儲(chǔ)的作法也開始出現(xiàn)。我最近就完成了一套部署，其中每臺(tái)主機(jī)都擁有大量本地存儲(chǔ)以輔助備份工作。

每臺(tái)主機(jī)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(jī)的虛擬機(jī)進(jìn)行基于鏡像的備份，并將鏡像存儲(chǔ)于本地緩沖驅(qū)動(dòng)器中。這使得備份速度變得飛快。

中央VBA會(huì)從每臺(tái)主機(jī)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(dòng)器是被直接從主機(jī)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(duì)當(dāng)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(dāng)令人贊賞，只要再稍加改進(jìn)，我一定會(huì)在未來的部署工作中再次加以使用。

進(jìn)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(dú)的虛擬機(jī)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(jī)將有能力充分發(fā)揮GPGPU計(jì)算帶來的強(qiáng)大性能，而處理速度的提升也會(huì)要求數(shù)據(jù)輸入量達(dá)到光線通道傳輸能力的級(jí)別，這是分布式技術(shù)所無法滿足的。

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

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

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

大型機(jī)的設(shè)計(jì)初衷是作為一套單獨(dú)的運(yùn)行實(shí)體。機(jī)架挨著機(jī)架、節(jié)點(diǎn)毗鄰節(jié)點(diǎn)，從操作系統(tǒng)到個(gè)別節(jié)點(diǎn)連接綁定，一切都將大型機(jī)作為一臺(tái)單獨(dú)的巨型計(jì)算設(shè)備處理，最后對(duì)整體資源進(jìn)行分割，進(jìn)而分配給每個(gè)任務(wù)。

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

大型機(jī)成本高昂，我們?yōu)橹ㄖ频能浖谠O(shè)計(jì)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(jī)適用于那些運(yùn)營著金融系統(tǒng)的客戶，對(duì)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�(gè)個(gè)小的組成部分，那么大型機(jī)的并行處理能力將帶來耀眼的強(qiáng)勁表現(xiàn)。

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