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1、华为FusionSphere 8.0 ARM虚拟化技术白皮书文档版本V1.0发布日期2019-12-30华为技术有限公司版权所有 华为技术有限公司 2019。 保留一切权利。非经本公司书面许可，任何单位和个人不得擅自摘抄、复制本文档内容的部分或全部，并不得以任何形式传播。商标声明和其他华为商标均为华为技术有限公司的商标。本文档提及的其他所有商标或注册商标，由各自的所有人拥有。注意您购买的产品、服务或特性等应受华为公司商业合同和条款的约束，本文档中描述的全部或部分产品、服务或特性可能不在您的购买或使用范围之内。除非合同另有约定，华为公司对本文档内容不做任何明示或暗示的声明或保证。由于产品版本升级
2、或其他原因，本文档内容会不定期进行更新。除非另有约定，本文档仅作为使用指导，本文档中的所有陈述、信息和建议不构成任何明示或暗示的担保。华为技术有限公司地址：深圳市龙岗区坂田华为总部办公楼 邮编：518129网址：文档版本V1.0 (2019-12-30)华为专有和保密信息 版权所有 华为技术有限公司33华为FusionSphere ARM虚拟化技术白皮书前 言前 言概述本文档介绍华为FusionSphere 8.0 ARM虚拟化技术。读者对象本文档主要适用于以下工程师：l 公司MKT、行销、渠道商在项目拓展中使用符号约定在本文中可能出现下列标志，它们所代表的含义如下。符号说明用于警示紧急的危险
3、情形，若不避免，将会导致人员死亡或严重的人身伤害。用于警示潜在的危险情形，若不避免，可能会导致人员死亡或严重的人身伤害。用于警示潜在的危险情形，若不避免，可能会导致中度或轻微的人身伤害。用于传递设备或环境安全警示信息，若不避免，可能会导致设备损坏、数据丢失、设备性能降低或其它不可预知的结果。“注意”不涉及人身伤害。用于突出重要/关键信息、最佳实践和小窍门等。“说明”不是安全警示信息，不涉及人身、设备及环境伤害信息。修改记录修改记录累积了每次文档更新的说明。最新版本的文档包含以前所有文档版本的更新内容。文档版本 V1.0 (2019-12) 第一次正式发布。华为FusionSphere ARM虚
4、拟化技术白皮书目 录目 录前 言ii1 ARM概述61.1 ARM介绍61.2 ARM芯片61.3 ARM服务器72 ARM虚拟化解决方案82.1 ARM虚拟化解决方案概述82.2 技术架构82.3 ARM虚拟化部署形态92.3.1 全栈ARM部署92.3.2 管理节点X86部署，计算节点ARM&X86混合部署92.3.1 管理节点ARM部署，计算节点ARM&X86混合部署102.4 关键特点103 虚拟化平台提供的标准原子能力113.1 FusionCompute提供的原子能力113.1.1 虚拟机113.1.2 虚拟存储123.1.3 虚拟网络123.2 UltraVR提供的原子能力123
5、.2.1 虚拟机容灾123.3 eBackup提供的原子能力133.3.1 虚拟机备份133.4 概述153.5 标准化部件发放及使用153.6 质量保证153.6.1 主动管理163.6.2 被动管理174 ARM虚拟化关键技术184.1 ARM虚拟化实现184.1.1 CPU虚拟化184.1.2 内存虚拟化194.1.3 I/O设备虚拟化194.1.4 中断虚拟化194.2 存储虚拟化204.3 网络虚拟化204.4 备份方案204.5 容灾方案214.6 应用程序ARM化移植224.6.1 基于解释型语言开发的应用程序224.6.2 基于编译型语言开发的应用程序224.6.3 应用程序安
6、装包235 开放性，安全性，可靠性245.1 开放性245.1.1 开发API245.1.2 基础设施245.2 安全性245.3 可靠性255.3.1 架构可靠性265.3.2 FusionCompute可靠性265.3.3 网络可靠性276 总结287 缩略语29华为FusionSphere ARM虚拟化技术白皮书Error! No text of specified style in document.1 ARM概述1.1 ARM介绍ARM架构的处理器采用的是精简指令集（Reduced Instruction Set Computer，RISC）架构，精简的意思是每条汇编指令独自完成所有
7、的工作，而与之相对的复杂指令集则不是，它的一条汇编指令可能会翻译成好几条机器指令。大部分精简指令集的指令都在单个时钟周期内完成，它采用一种读取和存储分开的架构（load-store architecture），数据处理指令和I/O指令是分开的，数据处理指令是操作一个寄存器的值，和复杂指令集不同。随着ARM64架构的推出，ARM芯片成功进入服务器市场，同时伴随ARMv8对硬件虚拟化的全面支持，华为推出了全ARM架构的云平台。1.2 ARM芯片华为FusionSphere虚拟化场景适配华为自研ARM CPU芯片，即Kunpeng920（Hi1620）。Kunpeng920处理器是完全由华为自主设计
8、，也是业界第一款七纳米的数据中心ARM处理器。Kunpeng920处理器最多支持64个核，8个DDR4内存通道，同时它可提供40LanePCIe4.0的接口，其中16个lane可复用为CCIX，同时Kunpeng920提供了两个100G的ROCE接口和16个SAS/SATA接口。Kunpeng920处理器的主频是2.6GHz，它的SPECint跑分高于900分，能效比超出同类产品的30%。Kunpeng920芯片主要规格如下表所示。表1-1 Kunpeng920芯片主要规格如下表所示。ProcessorKunpeng920(Hi1620)CPUARM V8.2架构2.6GHz，3264 cor
9、es内存8-channel DDR4-2933内部互联100GE, 2& 4-socket interconnectI/O40 lanes of PCIe Gen4.0 16GT规格60 mm x 75 mm, BGA制程7nm功耗TDP: 100200 W1.3 ARM服务器华为FusionSphere虚拟化适配TaiShan 2280 V2服务器，该服务器搭载2颗Kunpeng920芯片。TaiShan服务器支持机架、高密等丰富的规格形态，可以满足大数据、分布式存储、高性能计算等不同的业务需求。TaiShan V2服务器提供领先的计算能力，包括支持64128核、主频2.43.0GHz、最高
10、32个DDR4插槽；同时具有灵活丰富的网络及IO能力，板载灵活插卡支持10GE/25GE/100GE，支持PCIe 4.0及CCIX；此外，还具有定制化加速特性，比如通过Socket Direct提升集群通讯性能、通过NVMe Balance设计提供存储性能、通过混合液冷方案提升能效比。总之，TaiShan服务器的三大特点是高性能、高吞吐量和高能效。2 ARM虚拟化解决方案2.1 ARM虚拟化解决方案概述随着ARM芯片进入服务器市场，华为基于自研ARM服务器推出了ARM虚拟化解决方案，基于该方案，用户可以像使用X86虚拟化一样管理、使用ARM虚拟化。华为ARM虚拟化解决方案自底向上包括硬件基础
11、设施、FusionCompute、容灾备份、虚拟化操作平台四个层面。ARM虚拟化解决方案支持将管理节点、计算节点、存储节点全部部署到ARM服务器上，其中管理节点可以部署到ARM虚拟机上。在ARM虚拟化解决方案中，FusionCompute作为虚拟化基础平台；使用UltraVR和eBackup分别提供容灾和备份能力。华为虚拟化解决方案面向的客户主要涵盖政府、运营商、金融、媒体、制造等行业。2.2 技术架构基于ARM的虚拟化解决方案架构和基于X86架构整体上保持一致，采用FusionCompute作为虚拟化基础平台，对物理数据中心资源进行整合及管理；使用UltraVR和eBackup分别提供容灾和
12、备份能力；在此基础上，客户可以在虚拟化平台部署数据库、邮件、游戏、桌面办公等应用。系统技术架构如下图所示。图2-1 ARM虚拟化架构2.3 ARM虚拟化部署形态华为ARM虚拟化支持全栈ARM部署形态；管理节点ARM部署，计算节点ARM&X86混合部署；管理节点X86部署，计算节点ARM&X86混合部署等三种部署形态。2.3.1 全栈ARM部署华为ARM虚拟化支持全栈ARM部署，即管理、计算、存储等节点全部采用ARM服务器部署，其中管理节点可以采用ARM虚拟机部署，其部署架构如下图所示。图2-2 全栈ARM部署2.3.2 管理节点X86部署，计算节点ARM&X86混合部署客户已经基于X86部署了
13、华为虚拟化，升级到8.0版本后可以通过扩容新集群的方式支持ARM，其部署架构如下图所示。图2-3 管理节点X86部署，计算节点ARM&X86混合部署2.3.1 管理节点ARM部署，计算节点ARM&X86混合部署管理节点采用ARM部署后，计算节点同样支持ARM和X86以集群为粒度混合部署，其部署架构如下图所示。图2-4 管理节点ARM部署，计算节点ARM&X86混合部署2.4 关键特点华为提供基于ARM的虚拟化解决方案，主要包括如下几个关键点。l 华为ARM虚拟化解决方案，基于华为TaiShan服务器实现管理、计算、存储等节点的全部ARM化部署，各节点采用自研芯片，实现自主可控，保证供应安全；l
14、 华为ARM虚拟化解决方案从硬件底层芯片、服务器，到中间操作系统、虚拟化技术，以及上层的云平台全部华为自研，能够结合软硬件特性进行优化，实现最优性能。同时利用芯片优势，在虚拟化层面提供硬件直通能力（NVMe SSD、 SR-IOV、NPU等），满足特殊领域的性能诉求； l 在华为ARM虚拟化解决方案中，通过采用基于ARM 1822芯片的智能网卡，实现了虚拟交换机硬件卸载，提升了虚拟网络的包收发性能和处理能力，大大提升网络性能；l 华为分布式存储FusionStorage支持TaiShan服务器，相比X86服务器，性能持平，但功耗更低，具有更高的能效比。3 虚拟化平台提供的标准原子能力让我们再次回想下云的定义：通过虚拟化技术，将不同的基础设施标准化为相同的业务部件，然后利用这些业务部件，依据用户需求自动化组合来满足各种个性化的诉求。积木是最巧妙的玩具，就因为它具备的原子特性：构件形态稳定，易于替换，随意组合，可回收重用。云是为敏捷IT而生，FusionSphere虚拟化平台提供一系列标准化的原子能力，协助用户像搭积木一样的简便快捷的构建自己的系统。这一章，我们开始讲解标准化后的原子能力。通过理解这些标准化构件，一方面您可以很好的理解云平台为您提供怎样的基础服务，一方面您可以更好的理解这些构件，以便于您利用这些构件来搭建您
