X86虛擬化的三次浪潮

　　在過去的幾年中，基於X86平臺的服務器虛擬化從早期的少數應用走向了第一波主流化應用。由於市場上出現了衆多的虛擬化產品和方案，加上相關軟硬件的支持也越來成熟，這一市場取得了較大的發展。而且，我相信，隨着虛擬化軟硬件技術的演進和發展，虛擬化的應用大潮會更加洶涌。
　　節能：第一次浪潮的驅動力
　　在上世紀八十年代、九十年代，“一種應用佔用一臺服務器”的模式很盛行，這也導致了服務器設備的大量蔓延，進而使得數據中心變得越來越複雜，需要的管理人員越來越多，能耗和散熱費用也成爲數據中心裏繼人工成本之後的第二大支出。由於X86服務器的平均利用率很低，少於10%，因而虛擬化成爲了企業用戶提升IT效率的可行方案。
　　X86虛擬化技術的起源可以追溯到上世紀九十年代VMware和Connectix公司推出的虛擬化產品。那時候的虛擬化完全基於軟件並且非常複雜。如今，主要的操作系統廠商和獨立軟件開發商都提供了虛擬化解決方案，而硬件上的改進也極大降低了虛擬化軟件的複雜性並提高了使用效率。所有這些推動了第一波主流化應用的到來。
　　Intel虛擬化技術（Intel VT）就是硬件改進方面的典型代表。Intel VT相繼推出了幾代產品，不斷增強Intel處理器、芯片組和I/O設備的性能。2006年，第一個支持VT技術的服務器處理器誕生，它不僅增強了現有虛擬化解決方案，而且還爲新解決方案的推出奠定了良好的基礎。這種硬件改進極大的提高了虛擬化軟件的運行效率。它通過允許客操作系統（Guest OS）直接運行在硬件上來實現更加強大的功能。軟件複雜性的降低和效率的提高使更多完善的虛擬化解決方案涌入市場。
　　在第一波浪潮中，虛擬化技術集中應用於服務器的整合，使得企業IT部門可以在不擴充數據中心規模的前提下，滿足不斷增長的容量需求。一些電耗較大的公司已經嚐到了數據中心服務器整合所帶來的甜頭。有些公司甚至推出了財務激勵機制來鼓勵虛擬化部署。如加利福尼亞的Pacific Gas & Electric公司就於2006年推出了相關的財務激勵制度。通過整合服務器，減少數據中心的電力耗費，客戶們每個項目最多可以節約400萬美元的成本。
　　在過去一年裏，從高端服務器平臺到虛擬化軟件再到系統廠商的支持方面，整個虛擬化的生態圈越來越完善，這使得整合應用取得了豐碩的成果。
　　第二次浪潮：虛擬機動態遷移
　　相信每一位IT經理的首要目標都是要實現更高的運行效率，提高客戶滿意度，以及使他們的基礎架構更具擴展性，以對不斷變化的業務需求做出快速響應。爲了實現這些目標，他們不得不依賴於IT技術和方案的發展。這不僅意味着需要獲得更大的處理能力，還意味要通過更加智能、更加有效的方式來把這些計算能力投入運行，而且是在不增加總TCO成本的前提下。IT經理們發現，通過虛擬化應用模式，就可以重新架構數據中心，降低總成本，並且增加數據中心的靈活性。
　　當然，在未來的幾年內，服務器整合所帶來的好處仍然會繼續成爲IT部門部署虛擬化的強大驅動因素。特別是在多核技術的推動下，服務器的性能越來越強，人們需要通過虛擬化來充分發揮多核服務器的資源優勢，同時降低能耗。但是，值得注意的是，隨着虛擬化環境部署得越來越多，IT經理們需要尋找其他的應用模式及其背後的價值——虛擬機的實時動態遷移。
　　從根本上來說，虛擬化軟件就做兩個事情：在底層硬件上抽象虛擬出操作系統（OS）和應用程序，同時將這些運行在各虛擬機（VM）中的操作系統相互隔離。過去，虛擬和隔離兩個步驟實現了基本的服務器整合，今天，再跟虛擬機動態遷移工具相結合之後，就能夠對各種業務需求做出更迅速的響應，而且能更有效地利用系統資源。一些新興的使用模式如動態負載均衡（Dynamic Load Balancing）和流線型災難恢復（Streamlined Disaster Recovery）已經充分體現出了應用動態遷移的重要性，它們可以在功耗/散熱、高可用、管理成本得到控制的前提下，靈活地滿足業務需求。比如，當一個應用程序負載較大時，我們可以在不中斷運行的情況下，將其他虛擬機（VM）遷移到另一臺物理服務器上去，以釋放出硬件資源供它使用。
　　目前，VMware以及諸如Virtual Iron和XenSource等市場新生力量都已經對客戶的這類需求做出響應，推出了支持虛擬機動態遷移功能的產品。
　　在虛擬機遷移方面，我們期待業界在2008年能取得更大的進步。這種進步一方面取決於軟件的發展，比如讓動態遷移更易於管理，基於策略的遷移過程更加自動化，另一方面也不可避免地要依賴於硬件的改進。
　　動態遷移的複雜性有一點體現在：應用程序和操作系統（OS）期待在“源”平臺和“目的地”平臺之間能實現硬件和指令集的兼容。假設一種應用程序原來運行在Intel 新一代平臺SSE4.1指令下，而現在要把它遷移到一個Intel上一代平臺SSSE3指令下。儘管動態的遷移可能獲得成功，但是卻不能保證該應用程序能夠繼續正常運行，因爲它原來執行的指令在“目的地”平臺可能已經不存在了。顯然，這對異構環境中的動態遷移模式提出了嚴峻的挑戰——有些服務器可能是基於Intel處理器的，而另一些可能採用的是AMD甚至SPARC處理器。更糟糕的是，即使是在同一個平臺上，不同版本指令集的不同也同樣會帶來兼容性問題。
　　Intel公司對其處理器系列進行的一項重大改進有望緩解動態遷移過程中的這種限制。2007年中，Intel推出了Intel VT FlexMigration技術，這是處理器虛擬化功能的一大改進，它可以在現在和未來的Intel Core微架構平臺之間創建一個通用的虛擬化兼容池。Intel 公司所做的這項改進將極大地幫助虛擬化軟件和動態遷移軟件在公司已經部署、正在部署及未來可能部署的Intel不同代處理器之間無障礙運行。它有效的擴大了虛擬機動態遷移可兼容平臺的種類。對於數據中心未來的虛擬化應用而言，虛擬機的可遷移性將是一大關鍵因素。它將有助於獲得平衡的架構，更短的業務響應時間以及更加簡單的宕機計劃。
　　第三次浪潮：I/O、異構、自動化、服務導向
　　隨着摩爾定律繼續推動處理性能的不斷提升，以及隨着硬件體系架構改進導致虛擬化損耗的不斷降低，在一個平臺上的整合比率會相應提高。因此，我們不難預測，這對平臺I/O設備的要求會越來越高，I/O帶寬的負擔會越來越重。如何克服這一瓶頸已經成爲軟硬件廠商的關注焦點。
　　除了I/O帶來的挑戰之外，IT業的另一個主要目標就是要實現混合環境數據中心的有效自我管理。這意味要實現一個全自動的、基於策略的、服務導向的架構，不管是採用什麼樣的操作環境，這一架構都能夠即時響應計劃內或計劃外的任何需求，並且可以實現自我監控和自我恢復。
　　由於虛擬化技術及其應用還在發展當中，對於特定的部署應用來說，到底什麼樣的虛擬化方案是最好的，仍然需要用戶和廠商們進行大量的實際測試。在性能測量方面，系統配置的複雜性（比如：VM的數量，OS混合度，資源配置，工作負載類型等等）帶來了獨特的挑戰，這限制了現有業界基準測試在虛擬化環境中的應用。
　　儘管能夠準確、穩定地測量虛擬環境性能的商業化benchmark還沒有，但是，一些有參考價值的測量工具已經出現。Intel通過廣泛聯合業界專家，已經開發出了一套測試平臺vConsolidate，用於測量服務器整合模式下的性能。我們正在創建相應的性能規範，持續完善該平臺每一層的細節，最終希望能夠形成一個能夠衡量和優化虛擬化性能的行業標準。
　　另外，一個經常被問到的問題是：對現有的系統進行虛擬化，還是部署全新的經過虛擬化的硬件設備？全新的四核服務器自然能夠提供更大的每瓦特性能，而且集成了更多有助於虛擬化的技術，但是成本也不菲。在不遠的將來，硬件平臺在體系架構和微架構方面的改進，會進一步增強虛擬化環境的性能，但是，性能不是IT經理採購過程中的唯一決定因素。那些希望通過採用新興虛擬化應用模型來實現最大化價值的用戶，需要一個清晰的、長期的規劃方案，並最終實現真正服務導向的架構。
　　阻礙虛擬化大規模部署的因素還有不少，應用軟件廠商的支持就是其中之一。隨着市場需求的增長，這些廠商也開始對其基於虛擬環境的軟件產品進行驗證和提供技術支持服務。許多軟件廠商推出了一些技術白皮書和方案白皮書，來指導用戶如何更好地在虛擬環境中部署他們的應用。一些虛擬化程序如VMware-Intel Virtualize ASAP 還可以幫助開發人員針對特定的環境調試他們的應用軟件，進而幫助用戶實現更快速的部署，並降低成本。
　　面向未來
　　X86 虛擬化的第一波浪潮爲主流市場帶來了一種全新的架構，並將繼續推動其進一步完善。越來越多的企業已經開始關注虛擬化的價值，並促使其應用從企業級市場向中小企業市場***。
　　當前，主要的供應商和開發商都提供了各自的虛擬化方案，包括硬件輔助技術和其他新興的改進。然而，虛擬化應該得到更加廣泛的應用。這需要IT部門針對他們的特定工作負載對虛擬化產品進行研究和測試。值得慶幸的是，衆多軟硬件廠商及已經部署了虛擬化的用戶，爲我們提供了大量的信息、研究和支持服務。虛擬化不再是一種時尚，而是可以爲各類規模IT環境帶來真實的收益。(本文原作者系英特爾公司服務器產品集團高級產品市場工程師 Galo Bustamante)