如何为虚拟化部署环境选择CPU与内存

如今，许多公司都在使用虚拟化技术，但是在应用的过程中出现很多疑问。尤其是对软件与硬件在虚拟环境中所起的作用、扮演的角色都不太清楚。那么什么是硬件虚拟化？它的原理和特点是什么？软件与硬件如何协调工作？在硬件选择过程中，包括硬件的购买，如CPU、处理器和内存如何选择，在虚拟化部署上有着怎样的实行效果，将一一道来。

为虚拟化部署选择CPU

当购买CPU时，首先选择的是牌子：AMD还是英特尔？过去几年围绕着这两者进行了许多性能研究。随着处理器架构的持续变更，AMD有时超过了英特尔，有时又落后。英特尔和AMD都在他们最新的处理器里集成了虚拟化技术，分别是Intel Virtualization Technology（Intel VT）和AMD Virtualization（AMD V），以加速虚拟服务器里的指令执行。

英特尔与AMD处理器的主要区别在于物理架构。英特尔使用前端总线模式连接处理器到内存控制器，而AMD在每个处理器上使用集成的内存控制器，让处理器通过超线程互联。取决于什么样的系列，这些处理器有不同的能源消耗级别。

当你比较拥有相似的速度、功能和核心数量的处理器时，英特尔和AMD的性能都差不多。一些性能研究显示英特尔处理器在性能方面更具优势，其他研究则相反。英特尔和AMD处理器在VMware ESX主机里都工作得很好，因此在选择时与个人的品牌爱好相关。由于英特尔和AMD不断发布新的处理器系列，在你作出选择之前应该查看一下哪个目前有最先进的技术。

因此该选择哪类CPU？一般来说习惯了什么牌子就坚持使用，尤其是目前服务器已经使用了某个牌子。这样做的原因是如果主机运行在不同的处理器上时，你不能从一台主机移动运行着的虚拟机到另一台。例如，使用英特尔处理器的虚拟机启动在一台主机上，如果在其运行时移动到使用AMD处理器的主机上，一般会崩溃。如果你决定使用不同牌子的处理器，处于兼容性考虑，最好将使用相同牌子处理器的主机隔离在分开的集群里。

处理器选择：虚拟化扩展

当购买处理器时，选择优化虚拟化的模式，如有AMD-V或Intel-VT 扩展。为了弄清扩展为什么重要，你需要了解环与CPU是如何工作的。

x86操作系统使用保护环提供保护级别，以便代码的执行。这些环以等级排列，从最有特权的（Ring 0）到最少特权的（Ring 3），这些都由对处理器有限制的CPU执行。在未虚拟化的服务器上，宿主在Ring 0里的操作系统拥有运行在Ring 3里的服务器硬件与应用。在虚拟化系统上，hypervisor和虚拟机监控器（VMM）需要运行在Ring 0，因此虚拟机子操作系统必须在Ring 1里。由于多数操作系统必须运行Ring 0，VMM工具通过捕获特许指令和模拟Ring 0到子虚拟机，让子操作系统以为它运行在Ring 0。

不过这个操作会降低性能，因此英特尔与AMD开发了Intel VT和AMD-V解决这个问题。这两种技术都整合在CPU里，因此VMM能运行在新的叫做Ring -1的环里，这允许子操作系统天生运行在Ring 0里。这种在CPU的扩展提升了性能。VMM不再让子操作系统以为它运行在Ring 0里，因为子操作系统能在此操作，并且不会与VMM冲突，它已经移动到新的Ring 1级别。为了从虚拟主机获取最好的性能，选择使用这些虚拟化优化的扩展CPU。

同样，继续留意AMD和英特尔未来支持嵌入页表（NPT）的处理器。AMD的版本是Rapid Virtualization Indexing（RVI），英特尔的是Extended Page Tables（EPT）。这种新CPU技术能帮助降低虚拟化大型应用（如数据库）的性能开销。

选择多核CPU

另一个关键选择是物理CPU（插座）的数量和CPU应该拥有的核心数量。多核CPU结合在单个物理CPU上的多个核心，这样的例子是拥有两个四核心CPU的服务器有八个处理器可用。取决于CPU的牌子和模式，这些核心有时候共享一个缓存，或每个核心有连个独立的Level 2缓存。多数虚拟化软件厂商通过插座销售许可，而不是通过每个插座拥有的核心数量，因此多核心处理器最适合虚拟化。对于新服务器，多核心CPU现在几乎是标准要求。

你也必须在双核和四核CPU之间作出选择。基于可以拥有多个核心的推断，你可能倾向于选择四核而不是双核。但是双核和四核有重大的差异。CPU核心数量的增加并不一定伴随着CPU时钟频率的增加。一个3.2GHz的CPU比1.6GHz的CPU快了一倍，但是四核心的CPU不比一核心的快四倍。一个双核心的CPU几乎比单核心CPU快50%（而不是你想象的100%），四核心的CPU可能只比双核心的快25%。此外，双核心的CPU一般比四核的时钟频率高。四核CPU产生过度的热量，导致频率没有单核和双核CPU高。

一般来说，在虚拟主机使用四核CPU出于两个因素。第一个是多数虚拟化软件通过服务器里的插座数量许可，而不是所拥有的核心数量。这意味着你能比购买在每个许可上获取更多的CPU。第二个因素是在主机服务器里拥有更多核心的话，当尝试调度由虚拟机发送的CPU请求时，给hypervisor CPU调度带来更高的灵活性。拥有更多可用的核心使CPU调度工作更轻松，并且提升了主机上的虚拟机性能。

不过在某些情况下，双核CPU比四核更适合（例如，如果你不打算在主机上运行六到八台虚拟机）。双核CPU更快的频率增加了虚拟机的运行速度。此外，如果你计划给虚拟机分配单独的虚拟处理器，双核处理器是更佳的选择，因为拥有单个虚拟CPU的虚拟机比拥有多个虚拟CPU的更容易让hypervisor调度。

为虚拟化选择内存

你是不希望克扣内存的，因为耗光一台主机的第一个硬件资源是普遍的。当主机上有大量的其他可用资源（CPU、磁盘、网络等）时就没有足够的内存了，这就会限制主机上放置的虚拟机数量。虽然一些虚拟化软件有内存过量使用功能，但是不建议消耗光所有的物理主机内存，因为这会影响虚拟机的性能。

一台服务器的内存类型由服务器所支持的决定，因此检查服务器规格或者使用在线购买指南看看是否能用。检查你的服务器上有多少个内存槽和内存是否需要成对安装。

由于可以在服务器里使用双列直插内存模块DIMM（例如512MB、1GB、2GB等），你应该选择一个与服务器所需的内存数量工作的DIMM大小。尺寸较大的内存DIMM（例如4GB或8GB）比尺寸小的更贵，但是它们使用较少的内存槽以预留更多空间，方便未来扩展。一旦选择了DIMM大小，就继续使用。服务器里混合的DIMM会导致性能的降低。最好在内存槽里使用中等大小的DIMM。

除了大小，基于内存模块的峰值数据传输率也有许多不同的内存类型（例如PC2100和PC5300）。原先“PC”后面的数字用于标注代表数据传输时钟频率的内存模块，如PC133。后来变成了以Mbps表示的峰值数据传输率，因此被划分为PC5300的内存拥有的峰值数据传输率是5300Mbps。多数服务器能使用几个不同的内存类型，因此如果你能负担的话选择最快的内存。

最后与内存相关的决策是你必须在单个、双个和四个级别的DIMM之间作出选择。一个内存等级定义为64位或72位块用于纠错码（ECC）内存，通过使用DIMM上的DRAM芯片创建。例如，单个队列联合所有芯片到单个块，而双队列DIMM将芯片飞到两个块里。双队列通过在一个模块的空间里放置两个单队列DIMM，增加了内存密度，使得它们比单队列DIMM更便宜。

不过在一些情况下，服务器的芯片组只能支持特定数量的队列。如果服务器的内存总线有四个DIMM插槽，芯片组只能支持两个双队列DIMM或者四个单队列DIMM。如果安装两个双队列DIMM，剩下的两个插槽不能使用。如果DIMM插槽里队列的总数量超过了芯片组能支持的最大数量负载，服务器可能不能正常运行。

因此，应该选择何种类型的DIMM？单队列DIMM允许服务器利用其最大内存容量并达到最高性能级别，但由于密度高，成本也高。双队列DIMM更便宜，但是限制了整个系统容量和未来的升级选择。如果你预算够的话就使用单队列。如果不够，双队列也行。在一些服务器上，单队列和双队列DIMM可以混合使用（不过不推荐这样做）。要有好的效果，尝试在所有插槽里使用相同类型的队列。

最后，市场上有几个内存制造商，但最好不要在服务里混合使用各种内存。内存配置与选择很复杂，所以经常向服务器硬件厂商咨询，确保为你的服务器选择合适的硬件。