LPAR技術(shù)在省級電網(wǎng)企業(yè)協(xié)同辦公系統(tǒng)中的應(yīng)用

2014-01-02 15:43:53 電力信息化　點擊量：評論 (0)

一概述　　隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，虛擬化技術(shù)日益成為關(guān)注的焦點，正在最大程度地改變企業(yè)IT基礎(chǔ)設(shè)施的部署及運營。而甘肅省級電網(wǎng)企業(yè)協(xié)同辦公系統(tǒng)即是打破原有本部、各地市公司兩級部署模式，采用大集中部

一. 概述
　　隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，虛擬化技術(shù)日益成為關(guān)注的焦點，正在最大程度地改變企業(yè)IT基礎(chǔ)設(shè)施的部署及運營。而甘肅省級電網(wǎng)企業(yè)協(xié)同辦公系統(tǒng)即是打破原有本部、各地市公司兩級部署模式，采用大集中部署的電力業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)。即在甘肅省電力公司本部實現(xiàn)所有系統(tǒng)的集中部署，各地市公司通過訪問部署在本部的系統(tǒng)完成日常辦公業(yè)務(wù)。

　　由于采用大集中部署服務(wù)器的技術(shù)架構(gòu)，考慮到機房實際容量及節(jié)省硬件采購成本，將其中兩臺IBM p6 570小型機采用邏輯分區(qū)(LPAR)技術(shù)，就是將單臺服務(wù)器劃分成多個邏輯服務(wù)器，彼此運行獨立的應(yīng)用程序。

　　邏輯分區(qū)不同于物理分區(qū)(Physical Partitioning PPAR)，物理分區(qū)是將物理的將資源組合形成分區(qū)，而邏輯分區(qū)則不需要考慮物理資源的界限。相對而言，邏輯分區(qū)具有更多的靈活性，可以在物理資源中自由的選擇部件，這需要有比較好的保證，即最大化的使用系統(tǒng)資源，但又最小化不必要的資源再分配。在邏輯分區(qū)的環(huán)境下，如CPU、內(nèi)存和I/O都可以獨立的分配給每個分區(qū)。

二. 技術(shù)特點
　　一個邏輯分區(qū)包含處理器、內(nèi)存和I/O插槽，在一個系統(tǒng)中這些都是一個可用資源的子集，如圖3-1所示。當(dāng)有這些配置規(guī)則，資源的單位顆粒度能夠非常彈性的被分配給分區(qū)。它有可能只添加很少的需要的內(nèi)存，而不依靠內(nèi)存控制器的大小或者不需要必須添加那些不需要的更多處理器或I/O插槽。不同于物理分區(qū)的方面是資源被分組形成一個分區(qū)。

2.1 Hypervisor模式
　　邏輯分區(qū)(LPAR)技術(shù)并不是系統(tǒng)上某一單獨部件能完成的，它依賴于軟件、硬件和firmware的協(xié)同工作才能實現(xiàn)。

　　首先，CPU能支持更多的系統(tǒng)調(diào)用(稱作系統(tǒng)管理程序Hypervisor模式)。另外要求CPU實模式訪問內(nèi)存地址時具有尋址偏移量的能力。同樣，I/O bridge也必須支持I/O卡的DMA地址到內(nèi)存地址的偏移量，因為這些地址也是由Hypervisor映射的。

2.1.1實模式地址尋址
　　每個操作系統(tǒng)的映象需要用實地址尋址的方式訪問內(nèi)存，不用虛地址的翻譯，并且起始地址從零開始，通常先是內(nèi)核代碼、固定的內(nèi)核結(jié)構(gòu)、和中斷矢量。由于在分區(qū)模式下，多個操作系統(tǒng)不能共享同樣的物理零地址，所以每個分區(qū)必須有自己的實地址段。

　　當(dāng)每個分區(qū)被啟動后，固件賦予分區(qū)唯一的實地址起始偏移量和范圍值，并且將偏移量和范圍值存入到分區(qū)內(nèi)每個CPU的寄存器內(nèi)。這些值映射出賦給此分區(qū)的物理地址。當(dāng)分區(qū)程序以實地址方式訪問指令和數(shù)據(jù)時，硬件自動將每個地址增加實地址偏移量。在這種模式下，邏輯分區(qū)程序似乎還保持從零地址尋址，雖然實際處理時，此虛地址被自動映射成另外的物理地址。硬件邏輯電路阻止運行在此分區(qū)內(nèi)的操作系統(tǒng)修改這些寄存器的值。任何企圖訪問實地址超出所分配的地址范圍時，會引起地址異常中斷。

2.1.2 虛模式地址尋址
當(dāng)程序在虛地址方式下訪問指令和數(shù)據(jù)時，它并不關(guān)心地址是否被虛擬內(nèi)存管理(VMM)使用頁面轉(zhuǎn)換表進行了轉(zhuǎn)換。頁面轉(zhuǎn)換表存放在系統(tǒng)內(nèi)存中，每個分區(qū)都有自己唯一的頁面轉(zhuǎn)換表。處理器使用這些表透明地將程序的虛地址轉(zhuǎn)換成物理地址。

　　在邏輯分區(qū)模式下，頁面轉(zhuǎn)換表被存放在一個特殊的內(nèi)存區(qū)域，只能被hypervisor所訪問。換句話說，頁面轉(zhuǎn)換表并不在此分區(qū)所屬的實地址范圍內(nèi)。保存頁面轉(zhuǎn)換表地址的寄存器也被硬件邏輯所保護，不能被分區(qū)程序所修改，只能被hypervisor管理程序所修改。

　　當(dāng)操作系統(tǒng)需要產(chǎn)生一個頁面轉(zhuǎn)化映射時，分區(qū)內(nèi)處理器必須執(zhí)行一個hypervisor服務(wù)調(diào)用指令。由hypervisor程序代表分區(qū)產(chǎn)生頁面表入口，并為此頁增加從邏輯地址到物理地址的偏移量。分區(qū)程序可以調(diào)用hypervisor修改或刪除存在的頁表項。

2.1.3 LPAR和操作系統(tǒng)的關(guān)系
　　在邏輯分區(qū)環(huán)境下操作系統(tǒng)的特殊處理，主要的不同是虛擬內(nèi)存管理功能，只有分配給分區(qū)的設(shè)備才能被操作系統(tǒng)所訪問，操作系統(tǒng)不能訪問到分區(qū)外的任何資源。一些可選的hypervisor服務(wù)，用來處理Debug信息，以及每個分區(qū)的虛擬TTY 處理。

　　在pSeries硬件平臺上，提供了一系列的結(jié)構(gòu)化固件在線提取服務(wù)(RTAS)調(diào)用，在LPAR模式下，這些調(diào)用執(zhí)行附加的有效性檢查和資源虛有化處理。例如，盡管只有一個物理的閃存和物理時鐘芯片，RTAS可讓每個分區(qū)都感覺有自己的閃存和不同的時鐘。

2.2 Firmware和AIX之間的關(guān)系
　　除了Hypervisor之外，當(dāng)系統(tǒng)重置后運行在Open Firmware一層(稱作Global)能夠訪問系統(tǒng)中所有的設(shè)備和數(shù)據(jù)。當(dāng)系統(tǒng)劃分邏輯分區(qū)后，存在另一個Open Firmware，它運行在Global上面。每一個分區(qū)有自己的分區(qū)固件，它可以訪問屬于自己分區(qū)內(nèi)的所有設(shè)備，但是不能訪問其它分區(qū)內(nèi)的設(shè)備。

2.3 健壯的LPAR的管理
　　hypervisor服務(wù)程序強迫分區(qū)的邊界和維護分區(qū)內(nèi)資源的一致性。分區(qū)的管理也體現(xiàn)了安全性特點，分區(qū)的管理是通過IBM 硬件管理控制臺(HMC)來實現(xiàn)的，HMC提供了方便友好的界面，執(zhí)行硬件操作，執(zhí)行本地和遠(yuǎn)程用戶訪問。

　　HMC是連接于服務(wù)處理器的，HMC送命令到服務(wù)處理器，管理存放在閃存中的LPAR配置表。當(dāng)分區(qū)啟動時，hypervisor服務(wù)引用這些配置表，確認(rèn)哪些資源是存放在哪些分區(qū)內(nèi)的。這些表對運行在分區(qū)的操作系統(tǒng)是不可見的，只有HMC和hypervisor服務(wù)才能更改它。

　　只有合法的用戶才能設(shè)置HMC，每個HMC用戶都有指定的操作范圍，可以本地訪問HMC，遠(yuǎn)程登錄訪問，以及使用OpenSSH進行命令行操作。

　　邏輯分區(qū)的設(shè)置也是通過HMC (Hardware Management Console)來完成，各個邏輯分區(qū)上的系統(tǒng)只能操作本分區(qū)內(nèi)的資源，就像是一個獨立的系統(tǒng)一樣。如果某一分區(qū)內(nèi)的系統(tǒng)癱瘓，不會影響到其它分區(qū)內(nèi)的系統(tǒng)運行。即使在某個分區(qū)內(nèi)發(fā)生了不可自動修復(fù)的硬件故障，只能造成這一分區(qū)的系統(tǒng)停止，而不會影響到其它分區(qū)內(nèi)的系統(tǒng)。

一. LPAR技術(shù)在省級電網(wǎng)企業(yè)協(xié)同辦公系統(tǒng)中的應(yīng)用
3.1 省級電網(wǎng)企業(yè)協(xié)同辦公系統(tǒng)物理架構(gòu)
　　省級電網(wǎng)企業(yè)協(xié)同辦公系統(tǒng)核心應(yīng)用區(qū),主要部署流程服務(wù)器、OA公文服務(wù)器、知識管理服務(wù)器、檔案管理服務(wù)器、團隊服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、報表服務(wù)器、消息服務(wù)器、搜索服務(wù)器、電子印章服務(wù)器、存儲設(shè)備等。

　其中，HQ_OA_AP1，HQ_OA_AP2和HQ_OA_WF1，HQ_OA_WF2是通過LPAR技術(shù)由兩臺操作系統(tǒng)為AIX5.2的實體機，虛擬成四臺服務(wù)器。

3.2 LPAR(邏輯分區(qū))的劃分
下圖是兩臺物理主機，劃分為四個邏輯分區(qū)(ap1、wf1和ap2、wf2)的情況：
內(nèi)存和CPU的劃分：

3.3 PCI插槽的劃分情況

3.3.1 P570A
P570A (12C\48GB\4X300GB 15K)
CEC1：00DQD71CB

CEC2：00DQD72AR

CEC3：00DQD71BT

3.3.2 P570B
P570B (12C\48GB\4X300GB 15K)
CEC1：00DQD71CA

CEC2：00DQD71BZ

CEC3：00DQD71BV

　　說明：光驅(qū)、磁帶機、USB卡(用于連接鍵盤鼠標(biāo))屬于分區(qū)的共有資源，兩個分區(qū)中先啟動的將擁有這些資源，這些資源不能被兩個分區(qū)同時擁有。

一. LPAR技術(shù)優(yōu)勢
　　4.1 提高服務(wù)器資源利用率
由于LPAR邏輯分區(qū)技術(shù)的優(yōu)勢，可以提高服務(wù)器資源利用率，同時確保應(yīng)用始終能夠獲得所需的資源。邏輯分區(qū)技術(shù)允許通過調(diào)整系統(tǒng)來合并多個獨立的工作負(fù)載，減少數(shù)據(jù)中心的資源占用，減少服務(wù)器的數(shù)量，提供一種服務(wù)器整合的方法。邏輯分區(qū)允許客戶在同一個服務(wù)器上的不同分區(qū)中運行不同的工作負(fù)載, 從而降低成本。并且簡化服務(wù)器的部署、管理和維護工作，降低管理費用。

4.2 提高數(shù)據(jù)安全性
　　因為邏輯分區(qū)是完全彼此獨立的，所以運行于不同分區(qū)的應(yīng)用程序和工作負(fù)載不會彼此互相干擾。每一個分區(qū)的資源(CPU 、內(nèi)存塊和適配卡)僅僅歸屬于分區(qū)本身，如果一個分區(qū)的應(yīng)用程序消耗了所有分配的資源，仍然不會影響到運行于其他分區(qū)的應(yīng)用，因為分區(qū)的資源是獨立的。這樣的LPAR邏輯分區(qū)技術(shù)采取彼此隔離的設(shè)計，在一個硬件服務(wù)器上進行多個分區(qū)設(shè)置，運行多個獨立的操作系統(tǒng)，用于跨越分區(qū)邊界來保護安全性和保密策略，以提供高級別的數(shù)據(jù)安全性并提高應(yīng)用的可用性。

4.3 靈活的工作量策略
　　對某些特定的工作負(fù)載或者應(yīng)用可能會改變對資源的要求，然而對邏輯分區(qū)，只是簡單再申請需要的硬件資源到需要改變資源的分區(qū)而已。同非邏輯分區(qū)的服務(wù)器相比，并不需要硬件資源的升級來匹配這種資源的改變。

二. 總結(jié)
　　省級電網(wǎng)企業(yè)協(xié)同辦公系統(tǒng)的服務(wù)器物理架構(gòu)中采用了LPAR邏輯分區(qū)的虛擬化技術(shù)，通過將服務(wù)器資源分配到多個虛擬機，虛擬化支持不同的應(yīng)用。每個虛擬機就像一臺獨立的服務(wù)器，但實際上在同一物理服務(wù)器內(nèi)運行。在一臺服務(wù)器上運行多個應(yīng)用能夠提高服務(wù)器效率，并減少需要管理和維護的服務(wù)器數(shù)量。當(dāng)應(yīng)用需求增加時，可以迅速創(chuàng)建更多虛擬機，從而無需增加物理服務(wù)器即可靈活地響應(yīng)不斷變化的需求。

　　不僅可以減少服務(wù)器的數(shù)量，通過降低空間、散熱以及電力消耗等途徑，提供一種服務(wù)器整合的方法，節(jié)省成本投資;而且可以提高可用性，帶來具有透明負(fù)載均衡、動態(tài)遷移、故障自動隔離、系統(tǒng)自動重構(gòu)的高可靠服務(wù)器應(yīng)用環(huán)境。

責(zé)任編輯：和碩涵

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