增长的I/O虚拟化技术应如何抉择？

随着企业用户逐渐意识到重新配置物理硬件上运行的应用软件和操作系统的好处，服务器虚拟化技术正在将全世界的数据中心带进一场技术风暴。

但是服务器虚拟化会导致I/O瓶颈。这是因为运行多个虚拟机的物理服务与运行单个工作负载的服务器相比，通常要执行更多的I/O指令，二比I/O设备运行效率 低的常见虚拟化环境模拟I/O设备都是本地运行的。

还有空间的问题。常见的VMware服务器可能需要七个或者更多的网络端口：两个用于存储区域网络连接的光纤通道端口，两个用来连接局域网或者广域网的以太网端口，以及三个以上的用于VMotion，管理和备份的以太网端口。如果企业被迫要从1RU服务器更换为2RU服务器来适应所有这些适配器的话，那么数据中心空间的需求就必须加倍。

更不用说能源和电缆的需求。一个有着七个网络端口和两个电源线缆的机架如果容纳18台服务器的话就需要超过150箱电缆进行连接管理，每箱线缆的连接都有严格的空气流动需求，而且在任何时候还都有意外故障的可能。网络卡在服务器能量使用上占很大的比例。Gartner咨询公司的研究副总裁Joe Skorupa就指出："所有这些都对数据中心的灵活性，紧凑性，成本节约性和高可用性构成了障碍。一旦企业搭建了一个机架，就不愿意再更换它，因此电缆连接和配置经常会一直维持到被淘汰的那一天"。

应对这个问题有一些可能的解决方案，比如惠普的Virtual Connect技术和使用多重协议适配器等。目前涌现出来的一个有趣的方法是使用置于机架顶端的I/O交换机来实现I/O虚拟化。通过从服务器硬件和交换机上退耦I/O适配器，许多在不同物理硬件上运行的虚拟机就可以共享数量较少的高带宽适配器。这种共享方式能提高适配器的使用率和有效性，专用服务器的I/O能力可以从网络控制台上实现远程重新配置，无需物理访问或者重新铺设电缆连接。任何硬件的改变–比如增加8GB光纤通道这样的网络技术都必须在交换机层面上完成。

此类的I/O虚拟化可能帮助用户减少所需共享高带宽连接的适配器数量，大幅降低数据中心构建的成本。Skorupa强调说"如果你考虑用这种方式，真正的问题是以太网端口。如果你能从8个以太网端口减少为2个，那将是一场巨大的胜利"。

另外一个重要的问题是交换机置顶式I/O虚拟化技术是否已经足够成熟到可以应用在生产环境中。目前市场上的产品可以实现降低成本，加快服务器配置，减少能源和制冷需求及简化电缆管理这些优势吗？

答案是肯定的，虽然这项技术仍然还处在快速发展阶段。这意味着今天购买的任何设备几乎毫无悬念的都会被未来1年或者1年半内涌现的新设备所淘汰–这种情况在计算机行业也是司空见惯的。

位于美国加利福尼亚州圣何塞市的Xsigo Systems公司的Xsigo I/O Director就是一款吸引了真实用户的产品。这种机架置顶式交换机能帮助企业用户替换有着虚拟网络界面控制器和虚拟托管通道适配器（这两者可以共享访问交换机内的物理I/O卡）的服务器中的物理I/O卡，无论是以太网和光线通道都能实现。每台物理服务器只需一种（或者两种用于冗余）每秒传输速率为20GB的Infiniband互联架构连接到I/O Director上即可。

他们最多可以配置15个Xsigo模块，每个模块都能提供10端口的以太网，万兆以太网或者两个4G光纤通道来连接到广域网，局域网和存储资源上。管理员可以在他们的服务器上配置vNICs和使用网络界面的虚拟vHCAs来连接I/O Directors，这些都是由在闲置服务器上运行的Xsigo驱动程序上创建的，无需重启。由于每个虚拟适配器的MAC或者WWN需要将虚拟机迁移到新的物理主机上，因此在迁移时就无需重新规划网络。Xsigo Directors通常都能成对执行冗余。一对的价格约为15万美元。

Xsigo公司宣称他们的技术可以减少70%的网络卡和电缆需求，减少50%的基建成本，虚拟机迁移，新增和更换所需的时间也能减少80%。Gartner公司的一项案例调研也支持了这些说法：服务器配置时间减少了99%，网络投资的费用至少降低了50%。

不过主要的好处是节约了时间，HiFX公司的服务交付经理David Zacharias这样认为。这家外汇交易公司将90台服务器整合为运行多个虚拟机的4台服务器主机，并且使用Xsigo Directors对I/O实施了虚拟化。他表示"对我们来说不用配置物理服务器或者管理电缆是个大好事，更不要节约了去数据中心出差的时间。而且还节约了诸如网络卡和光纤等物理设备，但是最大的优势是可以远程配置虚拟服务器和搭建I/O系统。我现在都无法想象如果没有它该怎么办"。

其他厂商目前也开始积极致力于机架置顶式I/O虚拟交换机领域的开发，比如位于德克萨斯州奥斯丁市的NextIO和俄勒冈州比佛顿市的Vertensys公司。这两家公司都在开发一项略有差异的技术，可以使用适配器卡和电缆来有效延伸服务器PCI Express总线到交换机的连接，通过以太网，光纤通道，SAS和采用标准驱动程序和适配器的SATA连接方式来实现以太网，光纤通道的互联。使用扩展PCI Express总线的I/O虚拟化方式存在的问题是目前是否具有可操作性。答案可能是肯定的，但是只是可能。Skorupa表示"PCI
Express的方式非常有趣，但是在这方面厂商的市场份额还是零"。

机架置顶式交换机技术并不是实现I/O虚拟化的唯一途径，受益与英特尔和AMD处理器的技术创新（分别是英特尔VT-d和AMD IOMMU/AMD-Vi），直接将服务器I/O硬件同步分配给服务器上运行的多个虚拟机成为可能。这种技术被称作PCIe Single Root I/O Virtualization (简称：SR-IOV)，可以让指定主机上运行的虚拟机共享本地的PCI Express设备。不过只有一些网络接口卡可以支持来自英特尔，Neterion（最近被加利福尼亚州佛理蒙特市的Exar收购）和加利福尼亚州Aliso Viejo市的QLogic公司这些厂商的SR-IOV。

I/O虚拟化在未来两年内会变成什么样子还很难预测：Xsigo公司的方式或许能赢得大量的市场份额，可能的解决方案还有将PCI Express总线延伸到交换机，或者基于单个或多个根IOV的解决方案。

这些技术目前还处在萌芽阶段，尚且没有得到广泛应用。Skorupa表示"可能这些新兴公司会成为历史的见证，这些技术还不够成熟，但是会适合某些有意在这方面投资的公司，在未来两年内得到投资回报，然后进行技术更新。其他厂商要投资I/O虚拟化可能还会等上两到三年"。

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