解析IBM虚拟化技术原理 探索测试快速化道路

本文描述在实施项目中运用IBM虚拟化技术搭建测试环境，实现快速测试化，并解析IBM虚拟化技术原理。同时针对软件测试行业的特点，从最大限度地利用IT软硬件的有限资源，对快软件测速测试方面进行探讨，为信息系统部署速度、消除臆测和提高测试效率。

近日，由中国软件评测中心实施项目关于在IBM 750小型机部署的Oracle的集群模式。按计划部署三套集群环境，分别是AIX6.1操作系统下的Oracle 10g、Oracle 11g集群模式和AIX7.1操作系统下的Oracle 11g集群模式，需要6套AIX操作系统。由于资源有限，只有一台IBM 750小型机，所以采用IBM的PowerVM虚拟化技术，虚拟出6台模拟服务器，进行资源的搭建。本文结合在中国评测的实际项目，详细介绍了实现IBM 750小型机虚拟化技术过程，具体如下：

1虚拟化技术PowerVM

服务器虚拟化允许将一个物理服务器分成多个安全的虚拟服务器，可帮助降低硬件购买成本和管理成本。本次实施采用PowerVM虚拟化技术，这种技术关键特性包括动态逻辑分区、微分区(Micro-partition)、内存及I/O虚拟化(Virtual I/O Server)、工作负载分区(Workload Partition)、 POWER6动态分区迁移(Live Partition Mobility)等。通过IBM HMC小型机硬件管理终端进行分配管理。

1.1 工作负载分区

PowerVM技术可以指出一种虚拟化功能是“工作负载分区(WPAR)”。WPAR 可将工作负载整合到单一AIX操作系统上，不同WPAR运行的工作负载之间相互隔离。对于所承载的应用程序来说，每个工作负载分区都是一个安全的、隔离的环境。

1.2 POWER系统管理程序(Hypervisor)：

控制分配物理处理器可以把资源分配给每个共享的处理器分区。在这种情况下，一个共享处理器缓冲池包含多个物理处理器共享分配在多个分区。

1.3 虚拟I/O服务器(VIOS)

PowerVM技术可以提供虚拟I/O服务器(VIOS) 。虚拟I/O服务器(VIOS)是PowerVM特定用途的一个分区，用来为分区提供虚拟I/O资源。VIOS拥有与分区共享的资源。分配给VIOS分区的物理适配器可由一个或多个其他分区共享。由于每个分区不再需要专用网络适配器、磁盘适配器和磁盘驱动器，以及磁带适配器和磁带驱动器，因此VIOS可以降低成本。利用VIOS，可以轻松创建分区用于测试、开发或生产。PowerVM还可以在同一个系统上支持专用I/O和VIOS 。因此，一个单一系统的某些分区可以配置VIOS托管的I/O，而其他分区可以配置专用I/O设备。

如图1-PowerVM框架示意图所示：

图 1 PowerVM框架示意图-资料来源于中国评测

1.4 测试环境：

本次实施测试的环境是一台IBM 750 Power System服务器，应用HMC小型机硬件管理终端，对Power System服务器上的分区进行配置和日常管理。

请根据图2测试机器参数数据示意图如下：

图 2 测试机器参数示意图-资料来源于中国评测

1.5内存虚拟化

PowerVM具有活动内存共享(功能Active Memory Sharing)，可根据需要在分区之间进行动态分配，可以优化存储池的整体物理内存的使用情况。除了共享内存外，PowerVM还可以支持分配专用内存，使同一系统可同时具备共享内存的分区和采用专用内存的分区。

1.6 CPU虚拟化

PowerVM支持的动态逻辑分区(LPAR)功能，并允许每个单独的分区可以作为一个完全独立的AIX操作环境，每个逻辑分区就相当于一个独立的服务器运行。分区可拥有专用或共享的处理器资源，通过共享资源，PowerVM可自动在多个运行系统之间调整处理器池资源，借用闲置分区的处理能力处理其他分区的大量交易。

图 3 虚拟机分配方案示意如下：

图3虚拟机分配方案示意图-资料来源于中国评测

1.7微分区和共享处理器逻辑分区

微分区允许虚拟分区只占用一部分的CPU资源，最细的颗粒度可以只到一个CPU核心的1/10。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。而共享的处理器逻辑分区可以在微分区的基础上，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，从一个共享的处理器池的其他逻辑分区中分配未使用的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。则CPU资源的调整单位可精细到1/100核心，方便精确性管理。

同时在AIX操作系统上激活SMT，SMT技术允许在一颗物理 CPU(core)上并发的的执行两个线程，本次实施项目采用激活激活SMT配置，也通过这种技术可以提高CPU处理单元的利用率。

如图4处理器分配方案示意图：

图4处理器分配方案示意图-资料来源于中国评测

1.8虚拟 SCSI

vSCSI 机制让 VIOS 可以通过虚拟的 SCSI 连接把磁盘卷提供给客户机 LPAR。有了 vSCSI 实现，VIOS 管理机制就可以控制客户机 LPAR 的所有磁盘分配。首先，SAN 管理机制把每个基于 SAN 的 LUN 分配给 VIOS。然后，VIOS管理机制可以必须把 LUN 分配给客户机 LPAR。

图5虚拟 SCSI分配方案示意图-资料来源于中国评测

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2 相关命令：

2.1显示vaix0和vaix1的物理处理器个数

# prtconf | grep Processors

Number Of Processors: 4

2.2显示vaix2、vaix3、vaix4和vaix5的物理处理器个数

# prtconf | grep Processors

Number Of Processors: 4

2.3显示vaix0和vaix1的逻辑处理器

# pmcycles -m

CPU 0 runs at 3612 MHz CPU 1 runs at 3612 MHz

CPU 2 runs at 3612 MHz CPU 3 runs at 3612 MHz

CPU 4 runs at 3612 MHz CPU 5 runs at 3612 MHz

CPU 6 runs at 3612 MHz CPU 7 runs at 3612 MHz

CPU 8 runs at 3612 MHz CPU 9 runs at 3612 MHz

CPU 10 runs at 3612 MHz CPU 11 runs at 3612 MHz

CPU 12 runs at 3612 MHz CPU 13 runs at 3612 MHz

CPU 14 runs at 3612 MHz CPU 15 runs at 3612 MHz

2.4显示vaix2、vaix3、vaix4和vaix5的逻辑处理器

# pmcycles -m

CPU 0 runs at 3612 MHz CPU 1 runs at 3612 MHz

CPU 2 runs at 3612 MHz CPU 3 runs at 3612 MHz

CPU 4 runs at 3612 MHz CPU 5 runs at 3612 MHz

CPU 6 runs at 3612 MHz CPU 7 runs at 3612 MHz

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3 同类产品介绍

3.1 Windows虚拟机(Virtual PC)

Windows虚拟机(Virtual PC)是微软目前最新的虚拟化技术，该技术可以帮助用户在一台计算机上同时运行多个操作系统，并且Windows虚拟机仅支持Windows系统，并不支持苹果Mac OS X和开源系统。

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VMware Workstation 允许操作系统(OS)和应用程序(Application)在一台虚拟机内部运行。虚拟机是独立运行主机操作系统的离散环境。在 VMware Workstation 中，你可以在一个窗口中加载一台虚拟机，它可以运行自己的操作系统和应用程序。你可以在运行于桌面上的多台虚拟机之间切换，通过一个网络共享虚拟机(例如一个公司局域网)，挂起和恢复虚拟机以及退出虚拟机。这一切不会影响你的主机操作和任何操作系统或者它正在运行的应用程序。

3.3 HP T310、T410虚拟机HP VMware

HP第8代客户端虚拟化适用于基于VMware vSphere和Citrix Xen Desktop，其参考架构专为支持虚拟桌面而设计。该解决方案进一步丰富了HP VMware View参考架构家族，旨在作为服务器、存储、网络和软件配置的“蓝图”，可加快部署速度、消除臆测以及最大限度地提高IT基础设施的效率。

4虚拟化技术的多种形式划分

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图6虚拟化技术进行多种形式划分示意图-资料来源于中国评测

4.1 动态分区迁移

动态分区迁移 (Live Partition Mobility) 允许您将正在运行的 AIX 和 Linux 分区，以及它们所承载的应用程序从一个物理服务器迁移到另一个物理服务器，而不会对基础服务产生任何影响。这项迁移操作只需要花费几秒钟的时间即可完成，可以维护整个系统事务的完整性。这项迁移操作将传输整个系统环境，包括处理器的状态、内存、附加的虚拟设备，以及连接的用户。

4.2静态迁移

静态迁移：也叫做常规迁移、离线迁移(Offline Migration)。就是在虚拟机关机或暂停的情况下从一台物理机迁移到另一台物理机。因为虚拟机的文件系统建立在虚拟机镜像上面，所以在虚拟机关机的情况下，只需要简单的迁移虚拟机镜像和相应的配置文件到另外一台物理主机上;如果需要保存虚拟机迁移之前的状态，在迁移之前将虚拟机暂停，然后拷贝状态至目的主机，最后在目的主机重建虚拟机状态，恢复执行。这种方式的迁移过程需要显式的停止虚拟机的运行。从用户角度看，有明确的一段停机时间，虚拟机上的服务不可用。这种迁移方式简单易行，适用于对服务可用性要求不严格的场合。

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5利用虚拟化技术进行测试方法规划

在同等资源下，虚拟机数量的扩展性能对比测试，可以采用对相同指令集框架下和不同指令集框架下虚拟服务器的CPU、内存与I/O子系统进行压力测试。同时也可以进行增加虚拟机数量测定对系统的负载测试。通过这类测试方法，可以进行最大限度的利用有限资源，进行多次重复测试和对比测试。

5.1测试规划

图 7 测试规划示意图-资料来源于中国评测

5.1 虚拟多台服务器集群的相同应用系统功能点测试方法

针对一台物理服务器，从最大限度地利用IT软硬件有限资源的角度分析，可以利用虚拟化技术在一台服务器部署虚拟多台服务器集群测试方法，提高信息系统部署速度和提高测试效率。如图7 虚拟多台服务器集群测试方法示意图：

图8 虚拟多台服务器集群测试方法示意图-资料来源于中国评测

6虚拟化技术的发展趋势和特点

虚拟化最大的优势就是服务器整合，节省运营成本，可以最大限度地利用IT软硬件有限资源，提高信息系统部署速度、消除臆测和提高测试效率。但这对企业运营来说也意味着增加了风险。服务器虚拟化发生的主要问题是单点故障，过去用户可以在他们的多台物理服务器上运行10项工作负载，当其中一台服务器宕机时，虽然情况很糟糕，但不至于波及到整个服务器网络，10项工作负载不可能停止运行。而在虚拟化环境里，如果10项工作负载都在一台服务器上运行，那么一旦该物理服务器宕机，就意味着所有的工作负载都会陷入瘫痪，对企业来说就是灾难了。而利用IBM虚拟技术中的动态分区迁移功能可以将工作负载从一台物理服务器迁移到另一台物理服务器上，不会受宕机的影响。