KVM 虚拟化技术之aSV的技术特性

lcdkvm 发布于 2016/03/03 14:07
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KVM

内存NUMA技术

非统一内存访问(NUMA)是服务器CPU和内存设计的新架构。传统的服务器架构下把内存放到单一的存储池中,这对于单处理器或单核心的系统工作良好。但是这种传统的统一访问方式,在多核心同时访问内存空间时会导致资源争用和性能问题。毕竟,CPU应该可以访问所有的服务器内存,但是不需要总是保持占用。实际上,CPU仅需要访问工作负载实际运行时所需的内存空间就可以了。

因此NUMA改变了内存对CPU的呈现方式。这是通过对服务器每个CPU的内存进行分区来实现的。每个分区(或内存块)称为NUMA节点,而和该分区相关的处理器可以更快地访问NUMA内存,而且不需要和其它的NUMA节点争用服务器上的资源(其它的内存分区分配给其它处理器)。

NUMA的概念跟缓存相关。处理器的速度要比内存快得多,因此数据总是被移动到更快的本地缓存,这里处理器访问的速度要比通用内存快得多。NUMA本质上为每个处理器配置了独有的整体系统缓存,减少了多处理器试图访问统一内存空间时的争用和延迟。

NUMA与服务器虚拟化完全兼容,而且NUMA也可以支持任意一个处理器访问服务器上的任何一块内存区域。某个处理器当然可以访问位于不同区域上的内存数据,但是需要更多本地NUMA节点之外的传输,并且需要目标NUMA节点的确认。这增加了整体开销,影响了CPU和内存子系统的性能。

NUMA对虚拟机负载不存在任何兼容性问题,但是理论上虚拟机最完美的方式应该是在某个NUMA节点内。这可以防止处理器需要跟其它的NUMA节点交互,从而导致工作负载性能下降。

aSV支持NUMA技术,使得hypervisor和上层OS内存互连,这样OS不会在CPUNUMA节点之间迁移工作负载。

 

SR-IOV

通常针对虚拟化服务器的技术是通过软件模拟共享和虚拟化网络适配器的一个物理端口,以满足虚拟机的I/O需求,模拟软件的多个层为虚拟机作了I/O决策,因此导致环境中出现瓶颈并影响I/O性能。aSV虚拟化平台提供的SR-IOV是一种不需要软件模拟就可以共享I/O设备I/O端口的物理功能的方法,主要利用iNIC实现网桥卸载虚拟网卡,允许将物理网络适配器的SR-IOV虚拟功能直接分配给虚拟机,可以提高网络吞吐量,并缩短网络延迟,同时减少处理网络流量所需的主机CPU开销。

技术原理:SR-IOVSingleRootI/OVirtualization)是PCI-SIG推出的一项标准,是虚拟通道(在物理网卡上对上层软件系统虚拟出多个物理通道,每个通道具备独立的I/O功能)的一个技术实现,用于将一个PCIe设备虚拟成多个PCIe设备,每个虚拟PCIe设备如同物理PCIe设备一样向上层软件提供服务。通过SR-IOV一个PCIe设备不仅可以导出多个PCI物理功能,还可以导出共享该I/O设备上的资源的一组虚拟功能,每个虚拟功能都可以被直接分配到一个虚拟机,能够让网络传输绕过软件模拟层,直接分配到虚拟机,实现了将PCI功能分配到多个虚拟接口以在虚拟化环境中共享一个PCI设备的目的,并且降低了软加模拟层中的I/O开销,因此实现了接近本机的性能。如图所示,在这个模型中,不需要任何透传,因为虚拟化在终端设备上发生,允许管理程序简单地将虚拟功能映射到VM上以实现本机设备性能和隔离安全。SR-IOV虚拟出的通道分为两个类型:

•     PF(PhysicalFunction)是完整的PCIe设备,包含了全面的管理、配置功能,Hypervisor通过PF来管理和配置网卡的所有I/O资源。

•     VF(VirtualFunciton)是一个简化的PCIe设备,仅仅包含了I/O功能,通过PF衍生而来好象物理网卡硬件资源的一个切片,对于Hypervisor来说,这个VF同一块普通的PCIe网卡一模一样。

通过SR-IOV可满足高网络IO应用要求,无需特别安装驱动,且无损热迁移、内存复用、虚拟机网络管控等虚拟化特性。

 

Faik-raid

一般情况下,当主机系统有多块硬盘时,通过组建Raid以提升磁盘性能或提供磁盘冗余,往往成为人们的首选考量。当今主流raid实现方案大致可分为三种:

•     硬件raid(hardwareraid):通过购买昂贵的raid卡实现。

•     软件raid(softwareraid):通过操作系统内软件创建阵列,raid处理开销由CPU负责。

•     主板raid(fakeraid):通过主板内建raid控制器创建阵列,由操作系统驱动识别。

•     相对于昂贵的硬件,主板raid(fakeraid)就成了我们不错的选择。Fakeraid仅提供廉价的控制器,raid处理开销仍由CPU负责,因此性能与CPU占用基本与softwareraid持平。

aSV3.7融入了对Fake-RAID的支持,现可支持Fake-RAID安装与使用Fake-RAID存储,目前可以使用intel模式的raid0raid1raid5raid10LSI模式的raid0

 

虚拟机生命周期管理

aSV提供了虚拟机从创建至删除整个过程中的全面管理,就像人类的生命周期一样,虚拟机最基本的生命周期就是创建、使用和删除这三个状态。当然还包含如下几个状态:

•     创建虚拟机

•     虚拟机开关机、重启、挂起

•     虚拟机上的操作系统安装

•     创建模板

•     更新虚拟机硬件配置

•     迁移虚拟机及/或虚拟机的存储资源

•     分析虚拟机的资源利用情况

•     虚拟机备份

•     虚拟机恢复

删除虚拟机在虚拟机生命周期内,虚拟机可能会在某一个时间点经历上述这些状态。

aSV提供了完善的虚拟机生命周期管理工具,我们可以通过对虚拟机生命周期的规划,可以想要最大化的发挥虚拟机的作用。

 

虚拟机热迁移

虚拟化环境中,物理服务器和存储上承载更多的业务和数据,设备故障时造成的影响更大。aSV虚拟化平台提供虚拟机热迁移技术,降低宕机带来的风险、减少业务中断的时间。

aSV虚拟机热迁移技术是指把一个虚拟机从一台物理服务器迁移到另一台物理服务器上,即虚拟机保存/恢复(Save/Restore)。首先将整个虚拟机的运行状态完整保存下来,同时可以快速的恢复到目标硬件平台上,恢复以后虚拟机仍旧平滑运行,用户不会察觉到任何差异。虚拟机的热迁移技术主要被用于双机容错、负载均衡和节能降耗等应用场景。aSV虚拟化平台热迁移提供内存压缩技术,使热迁移效率提升一倍,可支持并发多达4台虚拟机同时迁移。

功能价值:

1.在设备维护过程中,通过热迁移手动将应用迁移至另一台服务器,维护结束后再迁回来,中间应用不停机,减少计划内宕机时间。

2.可结合资源动态调度策略,例如在夜晚虚拟机负荷减少时,通过预先配置自动将虚拟机迁移集中至部分服务器,减少服务器的运行数量,从而降低设备运营能耗上的支出。

 

文章出处:DrawerKVM

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