服务器虚拟化技术由于其促进节省费用、提供更大的灵活性和提高利用率而让人们兴奋不已。目前服务器厂家都开始谈论虚拟化技术。从技术上来讲，服务器的虚拟化有诸多好处，比如更低的硬件成本，更低的维护成本，有效的服务器利用率，更低的服务器管理成本等。同时虚拟化技术可以简化软件维护，减少宕机时间，提高系统响应速度，简化备份/灾难恢复过程，减少服务器SPRAWL，简化安全问题等等。

　　至今，绝大多数虚拟化技术将重点放在软件实现上，但国外一家名为Fabric7的新服务器厂商则选择了一条不同的基于硬件实现服务器应用虚拟化的途径。

　　虚拟化的一种新思路

　　Fabric7是一家成立仅两年多的公司，由于其技术被看好，2年间共获得3200万美元的风险投资，目前被《InfoWorld》评选为15家IT新兴厂商之一，认为该公司在技术上可应对IT行业艰巨的挑战，推出了令人感兴趣的新技术。

　　目前传统的x86服务器应用是怎样的呢？如果用一句话概括那就是，“one application, ones server” 即“一个应用，一个服务器”。这造成了资源的利用率低下，及使用成本的提高。虽然现在出现了刀片服务器，但它同样不支持资源的动态共享和部署。也有人提出用少量基于RISC和VLIW(very large Instruction Word)的中型服务器代替大量的小型服务器，但这样不能利用标准设备来降低成本，同时还需要面对软件移植这个新问题。

　　由于以上问题，Fabric7给出了一种新的思路，即利用现有的标准芯片和操作系统来提高资源利用率，使用64位的AMD Opteron CPU构造两路、四路和八路的系统（SMP）, 这些CPU可以随着任务量的变化动态重组，拥有数十甚至上百G的主存，操作系统则采用Red Hat Linux或Microsoft windows。

　　Fabric7服务器的关键卖点是采用X86的工业标准CPU架构并能够提供大型机式的虚拟化功能。该公司CEO Mehrotra介绍，“Fabric7的产品是可以根据需要创建和删除的服务器集合。”从一个控制中心，管理人员可以在服务器之间分配CPU、I/O、内存、以太网、光纤通道接口和其它资源来适应性能需要。由于虚拟化是利用硬件实现的，因此这种架构不存在与软件虚拟化技术所特有的性能代价问题。

　　据Mehrotra介绍，Fabric7服务器的性能可以与来自惠普、IBM和Sun Microsystems等厂商的专有的、常常价格昂贵的中档RISC/Unix服务器竞争，而价格只有这些服务器的四分之一。系统成本的下降主要是因为采用了工业标准的部件，例如采用X86架构的AMD Opteron处理器、标准的内存、网络芯片等等。

　　Fabric7推出的第一款产品为Q160服务器，将配备最多8个双核心的Opteron。内存配备最高达128GB，通过支持128Gbps双向传输流的交换I/O和40Gbps服务器I/O与其它设备连接。它可以分成许多独立的部分，每一个有自己的操作系统和独立的存储和数据网络输入输出。Fabric7的产品是相当于一个数据中心，操作系统可以被创建和关闭，用来重新分配和重新配置。

　　传统数据中心的挑战

　　我们先来看一下图1所示的传统的数据中心资源配置情况，在图中可以看到资源配置复杂，设备多种多样，整个系统管理困难，灵活性较差，不同的应用网络，存储，计算通讯，管理等都有固定的端口，资源使用效率低；系统成本高，维护困难。

　
　　图1 传统数据中心结构

　　图2所示的是Fabric7提供的资源配置结构，从图中可以看出，整个系统的资源是完全被整合的，对用户来说所有的资源构成了一个资源池，它们既紧密相连又可以根据需要灵活的分割。通过资源池来统一管理计算和网络资源，管理简单，拥有一个公共的界面，-使用灵活，不用考虑其他部件，使用效率提高，使用通用元件，降低成本。

　　图2 Farbic 7服务器数据中心资源配置

　　图3所示的是一个拥有64个处理器，120Gbps网络带宽，64Gbps存储I/O带宽和12个负载加速器（offload accelerator）的网络。通过一个管理终端实现了对整个系统的配置，各个服务器被分配给不同的任务并高速互联。从图中可以看出即使采用多个Fabric7服务器，系统的配置和管理还是有非常大的优势。

　　图3 多个Fabric7协同工作模式

　　硬件虚拟化的魅力

　　Farbic7是如何实现资源的整合以及应用的整合和划分的呢？

　　我们以Fabric7 的产品Q160为例进行分析，图4是Q160的产品图片。

　　图4 Q160产品照片

　　从图上可以看出，其产品架构类似于ATCA架构下的刀片服务器，采用这种架构更容易实现硬件的动态划分和基于硬件的虚拟化。在模块组成上，Fabric7同样采用了类似刀片服务器的模块结构，即应用服务CPU模块，CPU和内存系统模块，IO扩展模块，以太网络模块，系统管理模块，还有其他机箱，电源，风扇等部件。系统支持多个CPU模块，多个IO模块，最大支持16颗CPU，112个虚拟IO口。

　　每个应用服务CPU模块拥有两个或者4个CPU插槽，与应用服务CPU模块相对应，Fabric7 设计的Q-Par软件能够进行相应的最小两CPU粒度的划分。硬件资源的重新划分是主要基于AMD芯片内置的HyperTransport技术。模块上使用内存支持1GB,2GB和4Gb的DIMM，整个服务器采用一个拥有两个AMD处理器模块当作网络加速器，来处理TCP/IP, SSL, XML及SLB加速。系统控制器同样使用一个Opteron处理器来运行Q-Par和用于资源管理的Q-Visor软件，它同时还拥有一枚用于诊断错误ARM处理器。

　　在常规应用中，服务器系统面对着大量的网络接口，分别被用于数据的存储或服务器间的通讯，以及一些相关的应用程序，比如负载平衡。大量的网络接口增加了系统的复杂性和使用成本。Fabric7 使用了虚拟技术来解决这些问题，不仅是计算资源，存储资源和网络资源同样要被包含在这个虚拟系统中。

　　针对以上应用，Vmware, Virtual Server 和 Xen等基于软件虚拟化技术推出一些解决方案，但这样降低系统的性能, 在偏重计算的系统中这还是可以接受的，而在强调I/O性能的系统中是难以接受的，性能的降低是因为他们都需要在软件中模拟I/O接口。而采用基于硬件虚拟Fabric7服务器则可以很好的解决这样性能降低问题，下面我们就来分析一下如何实现硬件的虚拟化和IO性能提升。

　　图5 Fabric7 服务器应用架构

　　上图是Fabric7 服务器的应用架构，其中四种基本的资源——计算，网络，以太网和光纤，是由一个高速开关联接。正是通过这个高性能的开关，使用者可以快速的改变服务器的设置，这些外部设备实现了即插即用。这是一个32*32的开关电路，提供128 Gbps的带宽，平均的来看每个联接拥有128/32=4 Gbps 的带宽。事实上每对处理器拥有最大10 Gbps的I/O带宽，而一个16路的系统拥有最大40Gbps 的服务器I/O带宽，即使对于将来的4核处理器来说，这也足够了。

　　例如一台典型的应用在数据中心的服务器拥有四个Gbps接口，两个用于数据传输，一个用于服务器管理，另一个用于数据的跟踪和发生错误后的恢复。此外还有两条2Gbps的光纤接口连接存储网络。 在一般情况下，整个带宽的利用率不足10%。人们很自然的想到，能不能把光纤内部分成几个频道用于不同的用途，这样就可以提高带宽利用率了。在以前这是只有大型计算机里才有的技术， 现在Fabric7第一次把这种技术引入到使用标准设备的服务器中。每台服务器可以提供多达112个虚拟I/O接口，每个接口都可由使用者来设置为以太网或光纤接口，每个接口的带宽可以在100Mbps到10Gbps的范围内设定，（可以联想一下上面给出的数据，每对处理器拥有最高10Gbps的I/O带宽）而且接口和带宽可以在服务器的运行中动态的添加。

　　这就是我们在前面提到的基于硬件的虚拟技术，它的性能很明显的会好于实用软件模拟的技术。在这里我们不得不对这个32*32的开关电路的性能表现出惊讶。这个高速切换电路基于IBM Prizma芯片组，IBM在九十年代后期开发成功的。

　　由于采用高性能的I/O开关，Fabric7服务器拥有了大带宽和低延迟的连接，在同构的服务器之间延迟小于五微秒，对异构服务器不高于20微秒。因为Fabric7的服务器可以灵活的划分成不同的硬件结构，这里的同构和异构就是指的它们硬件的划分。即不仅可以把整个系统划分为一个SMP架构的服务器，也可以把整个服务器划分成多个独立的SMP服务器。拥有了这样一个高速的网络，Fabric7的用户自然可以相应的减少一些执行专门任务的服务器，（比如负载均衡和加密）因为通过共享，少量的服务器既可满足要求。

　　现在我们会明白Fabric7的思路，把可以灵活划分的硬件资源用一个高速的接口连接起来。整个系统的灵活性大大加强，资源的利用率也大大的提高了。那么怎么让用户最大程度上感受到这种灵活性呢，Fabric7提供了对整个资源的管理软件（Q-Visor），它提供一个包含所有资源的界面，这样用户就可以方便的是用自己的服务器了。