Power的CPU虚拟化技术和应用

众所周知， PowerVM 是 Power 小型机上的虚拟化技术的集合，包括 Hypervisor 、微分区（ Micro-Partitions ）、虚拟 IO 服务器（ Virtual I/O Server ）、动态分区迁移（ Live Partition Mobility ）以及 HMC 管理功能等，能够为用户提供一个动态共享的基础架构，实现计算资源的动态调配，从而提高资源的利用率，从容应对业务需求的变化。

CPU 虚拟化可以说是 PowerVM 的核心功能之一，很多用户都是从了解 CPU 虚拟化开始入手的。 PowerVM 的 CPU 和内存虚拟化是一种基于固件层（ firmware ）的虚拟化技术，这使得 PowerVM 能够提供比其他虚拟化技术更加灵活的使用方式和更高的安全性。

本文就重新梳理一下 Power 小型机上的 CPU 虚拟化技术，并结合实际应用场景，看看 CPU 虚拟化能够给我们带来什么价值。下面我们先看看跟 CPU 相关的功能和概念：

逻辑分区（ Logical Partition ）：逻辑分区是大家平时使用最多的一种分区方式，它是将一个物理的服务器划分成若干个逻辑的服务器，每个逻辑分区运行自己独立的操作系统，有自己独享的处理器、内存和 I/O 资源 , 这些资源在各个 LPAR 之间是隔离的。在逻辑分区中，所有 CPU 都是整颗分配的，也就是增加和减少的粒度为 1 个 CPU 核心。

微分区：微分区技术是对 CPU 资源更精细化使用的技术，它允许我们每个微分区最少分配 1/20 颗 CPU 核心，并且可以以 1/100 颗内核的粒度进行分区资源的增加或者减少。虽然每个分区可以最小分配 0.05 颗核心，但是这在实际生产中的意义并不是很大，没有哪个业务会只使用这么少的 CPU 资源，但使用微分区能使得我们宝贵的 CPU 资源的调度更加细粒度化，从而有效提高了资源的利用率。

共享处理器池（ Shared-Processor Pools ）：共享处理器池是先将物理 CPU 放置于一个共享的处理器池中，由 Hypervisor 统一的调度并分配到微分区之中使用。共享的 CPU 一般情况下是放在默认的 SPP 中，但是对于纵向扩展的服务器， CPU 核数较多，不同 CPU 有着不同的业务场景和需要时，可以设置多个 SPP ，也就是 MSPP （ Multiple Shared-Processor Pools ）的概念。

Capped 或 Uncapped ：共享 CPU 的模式可以设置为 Capped ( 封顶 ) 或者 Uncapped( 不封顶 ) ， capped 的意思是分区在运行过程中不能获取超过 PU （ Processing Units ）的期望值的处理能力； uncapped 的意思是分区在运行过程中可以获得超过 PU 的处理能力，最大可以达到 VP （ Virtual Processors ）的值，如果 CPU 设置为共享模式，通常建议设置为 uncapped 模式。

Weight ：如果设置了 uncapped 选项，就需要设置一个 weight( 权重 ) 值， weight 值的大小从 0 到 255 ，其中 0 表示是 capped 分区， 255 表示权重最大，在资源空闲的时候， Weight 值越大，优先级最高。当多个 uncapped 的微分区同时需要资源时， Hypervisor 会根据各微分区的 Weight 值的比例对 CPU 资源进行调度和分配。

CPU虚拟化的常见用法：

谈了很多概念上的内容，其实我认为 PowerVM 与其他虚拟化技术最大的不同点就是其灵活性。当我们使用其他虚拟化技术的时候，由于使用了软件进行虚拟化，因此一旦选择使用虚拟化，那么所有功能均是通过虚拟化软件来实现的。而对于使用 PowerVM 的 Power 小型机，选择就非常丰富了：

1） 整机部署，即一个 Power 小型机只有一个 LPAR ；

2） 一台 Power 小机部署多个 LPAR ，各 LPAR 间均物理隔离，互不影响；

3） LPAR 和微分区同时使用，也就是在一台物理机上既有独立的 LPAR ，也有微分区；

4） 仅使用 CPU 和内存的虚拟化，但不使用 IO 的虚拟化，即不通过 VIOS 提供虚拟化服务；

5） 除了部署 2 个 VIOS 分区，其余资源全部采用微分区。

案例：

现在大量企业级客户已经在其生产环境和开发测试环境使用了 PowerVM 虚拟化技术，下面我们看看 CPU 虚拟化如何在实际环境中帮助大家的。

案例一：某城商行开发测试云平台

该客户使用 6 台 POWER8 机器，并利旧 2 台 POWER7+ 机器，构建了开发测试云环境。 8 台 Power 服务器通过 PowerVM 实现了虚拟化，所有虚拟化分区均采用微分区模式，设置为 uncapped 模式，构建 CPU 资源池， 并通过 VIOS 提供网络和存储的连接。结合 PowerVC 的图形化界面，给日常管理和资源调整提供了极大的便捷性。

通过构建开发测试云平台，能够带来以下帮助：

Ø 帮助用户简化 Power 虚拟化资源的管理，实现快速的虚拟机部署和资源调整；

Ø 具备了对接用户私有云管理平台的能力。

案例二：某城商行生产环境 CPU 虚拟化的使用

该客户在 2020 年新采购的 POWER9 小型机上，大量采用了 LPAR 和微分区混合部署的模式。其基本部署原则是对于 A 类和 B 类业务系统的数据库，采用 LPAR 的部署方式，对于部分 A 类、 B 类的应用服务器和部分 C 类以下业务系统的数据库，采用虚拟化微分区的部署模式。

以 1 台 32 核心的 K1 Power E950 上应用部署为例， A 类应用网上银行的数据库服务器 A 节点采用 LPAR 方式， B 类应用财务管理系统数据库服务器 B 节点采用 LPAR 方式， 2 个 VIOS 各分配 1 core ，剩余的 12 core 放在共享处理器池中，部署包括国际结算系统、综合报表系统等 5 个微分区。

通过这种部署方式，能够带来以下帮助：

Ø 用户选择了企业级高端小型机 K1 Power E950 这种纵向扩展服务器，获得了更好的单机可靠性；

Ø 通过 LPAR 部署方式，为重要的 A 类和 B 类业务提供了高性能保障；

Ø 通过微分区技术提高了 CPU 资源的利用率，使得更多的业务系统能够运行在稳定性更高的服务器上。

综上，可以看出 PowerVM 及其 CPU 虚拟化技术在提高资源利用率和业务灵活性上，能够给我们提供很多有利的帮助。虽然 PowerVM 是非常优秀的虚拟化技术，但是如果我们想很好地利用起来，也不能一蹴而就，需要先在开发测试环境进行尝试，熟悉 PowerVM 上的各种功能和日常运维方法，循序渐进，才能逐渐过渡到生产环境中，使 PowerVM 得到更好的使用。