大家好，我是IT售前工程師Bernie.

我們知道，虛擬化技術(shù)是云計(jì)算的核心技術(shù)。通過虛擬化，可以切割計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)資源的顆粒度。虛擬機(jī)可根據(jù)需要從池子里獲取和釋放各類型資源。

也就是說：當(dāng)一個(gè)虛擬機(jī)繁忙的時(shí)候可以從池子里申請(qǐng)資源；當(dāng)它閑置的時(shí)候，再把這部分資源讓出來，讓其他的這個(gè)虛擬機(jī)獲取。

Bernie將用3篇文章詳細(xì)論述計(jì)算資源虛擬化、存儲(chǔ)資源虛擬化和網(wǎng)絡(luò)資源虛擬化的底層原理。本文是第一篇，討論計(jì)算資源的虛擬化，歡迎閱讀。

計(jì)算資源主要是CPU和內(nèi)存，虛擬化也就是這兩種資源的虛擬化。

CPU虛擬化

我們以一臺(tái)Intel6248R服務(wù)器為例，進(jìn)行深度的剖析。服務(wù)器的CPU配置為：24核心、48線程，主頻是3GHz，并且支持超線程。

那么一顆CPU的算力是多少呢？

未開啟超線程時(shí)

一個(gè)CPU的算力 = 主頻 * CPU核心數(shù)；

所以一顆6248R的CPU算力是 = 3*24 = 72GHz。

開啟超線程時(shí)

超線程也是一個(gè)十分重要的概念，后續(xù)可以專門寫一篇文章說明，這里簡單說一下：超線程是將一顆物理CPU通過復(fù)用的方式變?yōu)?顆邏輯CPU。

所以，如果開啟超線程的話，一顆物理6248R的CPU算力是

3*24*2=144GHz

正常情況下一臺(tái)服務(wù)器是不會(huì)只配置一顆CPU的，至少也是2顆，我們就按照2顆計(jì)算。那么，在開啟超線程的情況下，一臺(tái)服務(wù)器的總算力就是288GHz。

開啟超線程后，對(duì)于單個(gè)CPU來說，可以提供出來的計(jì)算資源為

如果我們規(guī)定：一個(gè)最小集群中可以部署了4臺(tái)同樣的服務(wù)器，那么這個(gè)集群的總算力就是288*4=1152GHz

接下來，最重要的一步要來了！

虛擬化之后，我們會(huì)通過云管平臺(tái)創(chuàng)建一些虛擬機(jī)VM，這些虛擬機(jī)是如何分配上面說的這么多CPU算力的呢？

實(shí)際上，我們是給創(chuàng)建的虛擬機(jī)劃分線程的形式分配算力的。比如下圖，創(chuàng)建兩個(gè)虛擬機(jī)：VM1和VM2，然后給VM1劃分3個(gè)線程，給VM2劃分4個(gè)線程。這就意味著VM1具備了9GHz的算力，VM2具備了12GHz的算力。

虛擬機(jī)VM中的vCPU即為一個(gè)線程。所以，對(duì)于一臺(tái)服務(wù)器來說，在同一時(shí)刻所有VM中vCPU的總數(shù)不能高于總線程數(shù)。比如例子中的vCPU個(gè)數(shù)不能大于96.

這里有一個(gè)問題：在上述例子中，我們假設(shè)總共創(chuàng)建了10個(gè)VM，把96個(gè)線程全部瓜分完了。我們還能繼續(xù)創(chuàng)建虛擬機(jī)嗎？

答案是：

YES!

原因是：在云計(jì)算中存在資源超分的概念。

資源超分

比如下面是7個(gè)線程，我們創(chuàng)建了3個(gè)虛擬機(jī)，每臺(tái)虛擬機(jī)分配了3個(gè)線程。如果在同一時(shí)刻，3個(gè)VM同時(shí)占滿3個(gè)線程顯然是不合適的，也做不到。

但是，云計(jì)算的超分狀態(tài)完美地解決了資源過飽和的問題。在超分模式下，vCPU可以通過時(shí)間分片輪流使用線程的方式進(jìn)行計(jì)算。

不過超分模式也并不是十分完美的，它有可能降低vCPU實(shí)際算力。比如：原本一個(gè)線程是3GHz，即每秒鐘計(jì)算30億次，有可能在時(shí)間片輪流使用的情況下，平均1秒鐘它能夠使用到的時(shí)間只有0.5s，也就是說：每秒只能計(jì)算15億次。

所以，超分模式下vCPU的最高算力是主頻，最低可能是總算力/vCPU個(gè)數(shù)。

我們在實(shí)際的虛擬化中，一般是會(huì)使用到超分的，這也是云計(jì)算的邊際效應(yīng)。否則，云計(jì)算的靈魂也就不復(fù)存在了。不過，超分比也不是越高越好，太高了會(huì)影響VM的實(shí)際算力。

CPU回收

當(dāng)虛擬機(jī)銷毀或者暫時(shí)不需要這么多計(jì)算資源時(shí)，就涉及到CPU的回收，以實(shí)現(xiàn)物理資源的最大化利用。因?yàn)関CPU虛擬化是通過分時(shí)復(fù)用實(shí)現(xiàn)的，所以只要VM結(jié)束就會(huì)自動(dòng)將CPU釋放掉，其他的虛擬機(jī)就可以申請(qǐng)使用空閑區(qū)的CPU算力了。

內(nèi)存虛擬化

在一個(gè)資源池中，總的內(nèi)存資源是每臺(tái)服務(wù)器的內(nèi)存的累加。內(nèi)存的虛擬化過程比CPU簡單一些，我們重點(diǎn)關(guān)注其申請(qǐng)和回收兩個(gè)過程即可。

內(nèi)存申請(qǐng)

每個(gè)虛擬機(jī)VM可以向資源池申請(qǐng)內(nèi)存，比如某個(gè)虛擬機(jī)VM1在創(chuàng)建時(shí)設(shè)置內(nèi)存參數(shù)為4G，有可能開機(jī)的時(shí)候給它1G內(nèi)存，在程序運(yùn)行較多時(shí)再給它2G內(nèi)存，但總數(shù)不超過4G。

內(nèi)存回收

由于VM存在超分的情況，所以不是說虛擬機(jī)VM銷毀后，它占用的內(nèi)存立即回收。因?yàn)檫@個(gè)內(nèi)存有可能也在被其他VM使用ing。底層操作系統(tǒng)平臺(tái)會(huì)周期性地掃描判斷內(nèi)存使用情況，來決定回收與否。

比如在v-Sphere虛擬化方案中，當(dāng)服務(wù)器：

• 6%=<可用內(nèi)存，hostOS使用“TPS”方式回收；
• 4%=<可用內(nèi)存可用內(nèi)存<6%，使用“TPS”+“氣球”回收；
• 2%=<可用內(nèi)存可用內(nèi)存<4%，使用“TPS”+“氣球”+“壓縮”+“交換文件”加速內(nèi)存回收;
• 可用內(nèi)存<2%，使用“TPS”+"氣球“壓縮”+“交換文件”加速內(nèi)存回收，同時(shí)禁止所有VM申請(qǐng)更多內(nèi)存。

總結(jié)

以上是云計(jì)算中CPU和內(nèi)存虛擬化的全部分享，篇幅有限，后續(xù)將發(fā)文進(jìn)一步探討存儲(chǔ)虛擬化和網(wǎng)絡(luò)虛擬化的相關(guān)內(nèi)容。

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