本文是原創，首發於微信公衆號『 Moehoo猛虎 』
【導讀】十六年前，在大型機上運行Linux的技術震撼了整個IT業界，從那時候起，大型機一直都是企業IT基礎設施架構的重要基石之一，基於此，如何將大型機無縫地融入到OpenStack雲平臺環境之中就成爲了一個極具探討價值的問題。
大型機，即大型計算機（Mainframe Computer），是始於System/360的一系列計算機，主要用於海量數據關鍵應用的計算場景，比如，銀行業負責的金融交易和相關數據處理、人口普查統計等。
十六年前，在大型機上運行Linux的技術震撼了整個IT業界，從那時候起，大型機一直都是企業IT基礎設施架構的重要基石之一。
2015年，基於z Systems架構的Linux大型主機LinuxONE（包括了Rockhopper和Emperor）問世，同時，提供了對開源軟件和行業軟件的支持，包括ApacheSpark、Node.js、MongoDB、MariaDB、PostgreSQL、Chef和Docker等技術。
與在其他平臺上一樣的是，在LinuxONE大型主機上，這些開源技術也能夠無縫地實現正常運行。而有所不同的是，與其他平臺上相比，運行在LinuxONE上的這些技術在性能上具有明顯的優勢（比如，運行在大型機上的數據庫性能是在X86環境運行時的1.6～2.2倍）。
可以預見的是，在雲計算時代，LinuxONE大型機將保持其不可撼動的地位，不僅如此，z Systems的相關技術也將不斷地向前發展演進。基於這樣的技術前景，又考慮到OpenStack雲操作系統只對X86架構和ARM架構提供原生性的支持，企業的IT架構師開始關心一個至關重要的問題：如何將大型機無縫地融入到OpenStack雲平臺環境之中？
一、3類虛擬化平臺
在大型機上，目前有三類虛擬化技術，分別是：PR/SM （Processor Resource/Systems Manager）、z/VM和KVM for z Systems。
爲了讓問題簡化，先對LinuxONE大型機進行討論，然後再將相關的結論推廣到z Systems系列大型機。
在LinuxONE大型機上採用了資源共享的技術架構，具有多層級的虛擬化能力。
第一層是在固件層（Firmware）使用PR/SM技術（這是第一層的Hypervisor），實現LPAR（Logical Partitions，邏輯分區）層級的虛擬化，在LPAR層級，可實現對底層資源（CPU、I/O、網絡和存儲等）的跨分區動態共享。
在這第一層的虛擬化中，單個LinuxONE大型機的底層物理資源最多可以被分成85個LPARs，在每個LPAR上，都有一個運行着獨立Linux操作系統的虛擬機，而且，這些操作系統看起來好像是在“裸機”上運行（雖然它們歸根結底還是虛擬機）。值得注意的是，LinuxONE的LPAR已經達到了CC（Common Criteria） EAL5+的安全認證級別，隔離水平近乎於物理隔離。
第二層是對LPAR上運行的虛擬機進行虛擬化，在這個層級上，對LinuxONE大型機而言，有兩個Hyperviosr可以選擇：一是使用大型機原生的z/VM虛擬化軟件，二是選擇新的KVM for z Systems技術。無論何種選擇，在一個LPAR上，一般只運行一個Hypervisor實例（ZVM或者KVM for z Systems），因此，在LinuxONE大型機上最多可以有85個Hypervisor實例。
這就是說，在LPAR上運行着一個Hypervisor，在Hypervisor之上，運行着被稱爲Guests的Linux虛擬機。數據顯示，在理論上，LinuxONE大型機上的每個Hypervisor可以運行1000多個Linux on z Systems虛擬機，而在一個LinuxONE Emperor大型機上，可運行Linux on z Systems虛擬機的總數值最大是八千。行文至此，必須提及另一個讓人印象深刻的數字是：在同型號的大型機上，最多可以運行超過1百萬個Docker容器。
第二層的虛擬化還存在着一種特殊情形，即：在z/VM上再運行一個z/VM Guest虛擬機。雖然在理論上可以創建任意深度的嵌套的虛擬化層級，但是，這有相當大的資源消耗，因此，除非是特殊的情況（測試等），一般都不會這樣去做資源規劃。
在第二層上的這兩類Hypervisor，直接決定了將LinuxONE大型機融入OpenStack雲計算環境的技術架構。以下，對此兩類Hypervisor做一個概略性介紹。
1972年8月2日，最早的虛擬機產品VM/370問世，從那時起，這項技術在45年中不斷進化，最終成爲大型機z Systems虛擬技術的核心產品z/VM。值得一提的是，單就z/VM產品技術而言，到目前已經存在了15年有餘。
2015年9月，KVM for z Systems推出（此後，大約每半年更新一次），在z Systems大型機上實現了基於KVM的開源服務器虛擬化。KVM for z Systems 能夠與 z/VM虛擬化環境、Linux on z Systems 、z/OS、z/VSE（Virtual Storage Extended） 和 z/TPF（Transaction Processing Facility）共存。
在“將大型機融入雲計算環境”系列文章的第二篇中，將會重點分析和比較這兩類Hypervisor，並給出根據實際情況作出相應選擇的標準。
