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浅析IBM i虚拟化技术
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浅析IBM i虚拟化技术
摘要：
众所周知，IBM i提供了强大的虚拟存储能力，通过这种虚拟化能力，IBM i可以host多种不同的操作系统，如Windows，ESX，甚至另外一个IBM i等。因此，IBM i不仅给用户提供了多样化操作系统的虚拟机应用，而且其自身强大的单级存储和备份恢复也方便了数据集中管理、保证了数据安全。本文主要介绍IBM i上提供的虚拟化技术，以及这些虚拟技术应用。
1.虚拟化技术的优点
虚拟化代表着这样一个巨大趋势，就是把物理资源转变为逻辑上可以管理的资源，打破了物理结构之间的壁垒，使原来闲置的资源得到充分的利用。在未来，所有的资源都透明的运行在各种各样的物理平台上，资源的管理都将按逻辑方式进行，完全实现资源的自动化分配，而虚拟化技术成为实现这一理想的有力工具。Focus的创始人兼总裁Barb Goldworm曾经说过：“云计算和虚拟化是IT行业的两大优先事项。虽然虚拟化遍地开花，但将来仍有强劲的发展势头。”由此可见，虚拟化已是当前IT行业最热门的技术潮流之一，而且其未来的发展势头还要迅猛的多。
虚拟化技术如此炙手可热，笔者认为主要是因为：近年来，服务器的实际利用率向业界敲响了警钟，越来越多的企业发现耗巨资购置的服务器系统并没有得到充分的使用。企业迫切的需要一种能够充分利用硬件资源同时降低管理维护成本的技术。虚拟化技术就是在这样的大背景下应运而生。
虚拟化的诞生主要带来了以下几个好处：1)强大的整合性。虚拟化技术提供一种服务器整合的方法，减少了服务器的数量，同时也减少初期硬件采购成本。同时，简化服务器的部署、管理和维护工作，降低管理费用。2)高效的利用率。虚拟化可以使系统轻松拥有在单一平台上运行多个应用的能力，从而提高系统资源的利用率，有效打破资源利用率瓶颈。3)较高的安全性：虚拟化的引入带来具有透明负载均衡、动态迁移、故障自动隔离、系统自动重构的高可靠服务器应用环境，同时也支持快速转移和复制虚拟服务器，提供一种简单便捷的灾难恢复解决方案，进而保障了数据中心的安全性。
2. IBM i的虚拟化实现技术
虚拟化的技术不是今天才有的，早在多年前IBM已经从大型主机中得到了灵感：单纯机械的堆积服务器是不能够解决应用的，最有效的方法就是进行虚拟化。而i操作系统作为IBM推出的一款面向中小型企业的服务器，当然也融入了很多虚拟化的思想在其中。一方面，IBM i可以通过系统虚拟化技术在不需要额外硬件资源条件下创建全新的虚拟系统供不同的用户使用；另一方面，IBM i通过iSCSI网络将远程服务器集成在一起，并为其提供存储虚拟化和网络虚拟化服务，同时实现了托管磁盘存储，数据备份恢复和用户管理等功能。
2.1系统虚拟化
在讨论IBM i的系统虚拟化之前，需要搞清楚一个概念：客户端分区(Client LPAR)，它是IBM I 6.1版本引入的新特性之一，不包含任何物理硬件，可通过虚拟I/O连接到Virtual I/O系统和Host IBM i LPAR上，并通过共享硬件的方式来访问物理磁盘和网络。在Virtual I/O系统中，IBM i会为Client LPAR创建虚拟SCSI和虚拟以太网适配器。用户可以修改Virtual I/O系统中的相关配置对象，为这些Client LPAR定义虚拟硬件。
IBM i的系统虚拟化体现为：通过VPM实现在IBM i上host IBM I。VPM (Virtual Partition Manager，虚拟分区管理器)是一个Client LPAR管理工具，它用于Client LPAR的创建与管理。VPM适用于IBM POWER6®和IBM POWER7™IBM Express Servers™。随着功能的增强，在IBM i 7.1版本中，VPM最多可以创建4个IBM i Client LPAR。而在创建的Client LPAR上，可根据自己的需要安装不同的IBM I Virtual OS，进而实现在IBM i操作系统就可以host多个IBM i Virtual OS。
2.2存储虚拟化
IBM i存储虚拟化的实现离不开三个重要元素：iSCSI协议，ASP和单级存储。
iSCSI协议即一组可以在IP协议的上层运行的SCSI指令集，这种指令集合可以实现在IP网络上运行SCSI命令进行远端数据存取。该技术是将现有SCSI接口与以太网络(Ethernet)技术结合，使服务器可与使用IP网络的储存装置互相交换存储数据。
ASP(Auxiliary Storage Pool)，也叫做硬盘池(Disk Pool)。顾名思义，是通过软件层面将多块硬盘在逻辑上构成一整块连续的存储空间。ASP通过隔离了物理硬盘之间的差异，允许用户构造一个可扩展的连续存储空间。ASP可以使用户不需要关闭远端服务的情况下扩展存储磁盘，满足了商业用户海量数据不断增长的需求。同时由于ASP使系统在写入一个文件时，并不是将全部数据写入单独一块硬盘中，而是将数据均匀分布在ASP中所有硬盘上，从而使I/O效率得到很大的提高。这为虚拟存储的速度和可扩展性提供了一层保障。
单级存储(Single-Level Storage)，表示内存与外存是统一寻址的，其核心思想是共享。在IBM i服务器上，应用程序共享一个巨大的地址空间。IBM i服务器的64位寻址空间可以管理超过180亿GB的数据地址。当用户在机器上添加新的存储设备时，不用为数据重新分配地址，系统会自动地识别并使用它。这为虚拟存储的可扩展性奠定了良好的基础。
IBM i通过iSCSI网络为远端服务器提供虚拟磁盘存储，使远端服务使用起来就好像自己的硬盘数据一样。在此过程中ASP和单级存储技术也大大加强了虚拟存储的性能和灵活性。
2.3网络虚拟化
IBM i上的网络虚拟化技术主要包括Virtual LAN，Virtual Ethernet等。
Virtual LAN是在逻辑上独立的网络，它使用VLAN ID按照逻辑类别而非实际物理位置把一个物理网段分成若干个逻辑网段，也可以把多个物理网段合并成一个逻辑网段，从而大大增加了局域网划分的灵活性。
Virtual Ethernet是指在真实的互联网中通过软件方法在数据链路层实现一个按以太网原理工作的虚拟网络。在虚拟网络中可以透明地运行所有应用程序，支持各种第三层网络协议，如IP，IPv6，IPX等，可以进行普通的文件共享以及ERP、VoIP等应用。在虚拟以太网络中，所有的结点可以相互通讯无需中转，进而实现LPAR之间TCP/IP通讯。
IBM i还可以通过iSCSI网络为远端服务器提供虚拟网络服务，进而实现IBM i与远程服务器之间，远程服务器与远程服务器之间，甚至远程服务器与其它LPAR之间TCP/IP通讯而无需中转。
2.4集成服务器
系统虚拟化目前还只停留在小范围网络，大多数的企业还是依赖于实际的服务器以及虚拟存储。正是得益于IBM i提供的存储虚拟化和网络虚拟化服务，IBM i才可以将远程服务器通过iSCSI网络集成在一起(如下图所示)，它除了可以为其远端服务器提供SAN网络虚拟存储服务外，还可以集中管理远程服务器(也称作集成服务器)。当客户在使用集成服务器时，数据、磁盘、用户管理等均由IBM i进行托管，从而保证了数据安全，同时也大大节省了管理和维护的开销。
集成服务器的操作系统存储在IBM i上，实现了客户服务器与操作系统实例的分离，当客户服务器出现硬件故障时，便于快速切换和部署；同时集成服务器实现了业务和管理的分离，只需要一个IBM i用户便可管理多个客户服务服务器，大大减少了服务器管理开销。另外IBM i提供的虚拟存储，大大加强了存储可扩充性并提供集中数据SAV/RST服务，提高了数据安全。
在如上图所示搭建好硬件网络后，只需要在IBM i上创建如下五个对象即可实现服务器在IBM i上的集成：SRVPRC、RMTSYS、NWSH、CNNSEC、NWSD。关于对象的创建、说明及集成服务器网络环境搭建的细节请参考Information Center。集成服务器允许IBM i可以host多种版本的VOS，如Windows和VMware ESX操作系统。目前支持的操作系统版本为AMD64和Inter EM64T版本的Windows Server 2008，VMware ESX server以及x86版本的Windows Server 2003。
3.总结
本文第一部分主要讨论了虚拟技术特点，后续部分讲述了IBM i上提供系统虚拟化、存储虚拟化、网络虚拟化，及这些虚拟化在集成服务器上的应用。由于这些虚拟化技术，IBM i可以在不需要额外硬件资源条件下就可以创建全新的虚拟系统供不同的用户使用；同时还可以将远程服务器通过iSCSI网络集成在一起，利用IBM i的存储虚拟化和网络虚拟为集成服务器提供SAN存储和集中服务器管理。随着虚拟化的进一步发展，相信明天会有更多形式的虚拟化技术会搭载在云平台上给更多的用户带来更多的便捷服务。
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