RISC一直是移動(dòng)設(shè)備的主流技術(shù)，但是現(xiàn)在其準(zhǔn)備在數(shù)據(jù)中心服務(wù)器以及服務(wù)器虛擬化領(lǐng)域承擔(dān)重要角色。最新的RISC處理器支持虛擬化而且將改變計(jì)算資源擴(kuò)展的方式以滿(mǎn)足工作負(fù)載要求。

虛擬化是為復(fù)雜指令集計(jì)算(CISC)而定制的，虛擬化使x86以及其他CISC處理器能夠達(dá)到了在沒(méi)有使用hypervisor的情況下幾乎不可能達(dá)到的使用率級(jí)別。但是RISC以及RISC芯片現(xiàn)在在服務(wù)器中承擔(dān)了更為重要的角色，這在很大程度上歸功于ARM及其參考架構(gòu)。64位ARM處理器的出現(xiàn)意味著管理員必須采用虛擬化戰(zhàn)略以最大限度地提高系統(tǒng)的利用率和可擴(kuò)展性。

64位ARM處理器提供虛擬化支持

為使虛擬化發(fā)揮優(yōu)化資源以及硬件性能優(yōu)勢(shì)，服務(wù)器需要支持一些核心的處理器技術(shù)。

首先，處理器必須提供允許hypervisor管理并分配計(jì)算資源的指令集，沒(méi)有資源重疊影響工作負(fù)載安全性。早期的部署依賴(lài)軟件進(jìn)行管理與分配，但是軟件實(shí)際上影響了性能而且對(duì)在舊系統(tǒng)上進(jìn)行虛擬化進(jìn)行了嚴(yán)格的限制。傳統(tǒng)的x86處理器采用虛擬化擴(kuò)展，ARM也采用了這一方式，在ARMv7中針對(duì)虛擬化引入了硬件加速。

其次，在虛擬化環(huán)境中內(nèi)存是一個(gè)主要關(guān)注點(diǎn)。傳統(tǒng)的32位處理器只能訪問(wèn)4GB的系統(tǒng)內(nèi)存，這限制了系統(tǒng)能夠支持的虛擬機(jī)的總數(shù)。這一限制提醒我們遷移到64位處理器，64位處理器在理論上能夠訪問(wèn)16艾字節(jié)的內(nèi)存，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于在目前的服務(wù)器系統(tǒng)中實(shí)際配置的內(nèi)存大小。

大型物理地址擴(kuò)展通過(guò)將32位地址映射到40位地址范圍，使舊有的ARM處理器克服了32位內(nèi)存限制。但是為了支持?jǐn)?shù)據(jù)中心工作負(fù)載并運(yùn)行企業(yè)級(jí)操作系統(tǒng)，ARM處理器還必須遷移到64位平臺(tái)。ARMv8架構(gòu)比如ARM的Cortex-A50系列是一款真正的能夠進(jìn)行64位尋址的64位處理器。

什么時(shí)候使用ARM處理器進(jìn)行服務(wù)器虛擬化

Intel至強(qiáng)、AMD酷龍以及其他x86處理器能夠處理大量指令，而且包含數(shù)十億個(gè)在2-3GHz頻率下運(yùn)行的晶體管。這一數(shù)量巨大的晶體管處理復(fù)雜指令的擴(kuò)展集合，但是將消耗大量的電力，而且會(huì)影響處理效率。

RISC技術(shù)的目標(biāo)是通過(guò)精簡(jiǎn)指令集降低功耗并提升性能。RISC減少了指令的數(shù)量，因此減少了晶體管的總數(shù)。晶體管的數(shù)量更少降低了功耗，這是通過(guò)處理器提升性能的最快方式。這一精簡(jiǎn)的處理器使用1GHz或者更低的時(shí)鐘頻率能夠達(dá)到更好的性能。

相比部署在x86服務(wù)器上的工作負(fù)載，RISC應(yīng)用以及底層的操作系統(tǒng)通常更加簡(jiǎn)單和具體，。例如，Web服務(wù)器工作負(fù)載主要是通過(guò)存儲(chǔ)向網(wǎng)絡(luò)交換數(shù)據(jù)并提供Web頁(yè)面服務(wù)。這些任務(wù)需要相對(duì)少的指令集合，更適合用于RISC技術(shù)以及以及互補(bǔ)服務(wù)比如Java和ActiveX。ARM處理器帶來(lái)的性能提升同樣能夠加速Web頁(yè)面交付并提升用戶(hù)體驗(yàn)。

相反，具有高處理請(qǐng)求或多樣化處理請(qǐng)求的應(yīng)用，或者是具有高內(nèi)存要求的應(yīng)用通常不適合采用RISC技術(shù)。這意味著業(yè)務(wù)必須實(shí)現(xiàn)服務(wù)器與任務(wù)的匹配。

RISC服務(wù)器必須有ARMv8或者類(lèi)似包含虛擬化擴(kuò)展的處理器。硬件還具備使服務(wù)器虛擬化更有效率的加速功能。服務(wù)器還需要足夠多的處理器和內(nèi)存來(lái)支持預(yù)期的工作負(fù)載。主要的虛擬化廠商提供了運(yùn)行在ARM處理器之上的hypervisor軟件以及操作性系統(tǒng)，比如Ubuntu Server以及Ubuntu Desktop 12.04。

考慮到RISC在服務(wù)器領(lǐng)域羽翼未豐，部署ARM服務(wù)器并使用虛擬化比如HP Moonshot平臺(tái)，應(yīng)該參考實(shí)驗(yàn)室測(cè)試以及內(nèi)部的概念驗(yàn)證項(xiàng)目。

使用64位ARM處理器分配資源

64位ARM系統(tǒng)的虛擬資源分配和傳統(tǒng)的x86系統(tǒng)的工作原理類(lèi)似：必須對(duì)資源進(jìn)行調(diào)整以?xún)?yōu)化工作負(fù)載的性能。然而計(jì)算資源擴(kuò)展的方式是不同的。

在傳統(tǒng)的x86系統(tǒng)中，處理器可擴(kuò)展性受限是因?yàn)椴僮飨到y(tǒng)以及工作負(fù)載通常沒(méi)有設(shè)計(jì)為在多個(gè)處理器之間進(jìn)行擴(kuò)展。單個(gè)x86處理器通常提供了足夠多的計(jì)算周期，工作負(fù)載在多個(gè)處理器核心之間擴(kuò)展的情況很少。

在RISC處理系統(tǒng)中，單個(gè)RISC核心沒(méi)有提供像x86處理器那樣充分的處理功能。RISC處理器在速度以及復(fù)雜性方面的特性降低了功耗而且能夠高效運(yùn)行。然而，管理員仍舊需要改變他們感知RISC處理器核心的方式。例如，Intel至強(qiáng)處理器可能提供了10個(gè)核，而64位的Tilera TILEGx-8072提供了72個(gè)核。完整的RISC服務(wù)器S2Q多模云服務(wù)器在2U的服務(wù)器空間內(nèi)提供了8顆64核的處理器，共計(jì)512個(gè)核。

這意味著相對(duì)于傳統(tǒng)的x86平臺(tái)，RISC應(yīng)用能夠在核心和處理器之間進(jìn)行更平滑擴(kuò)展。這打開(kāi)了更大工作負(fù)載計(jì)算可擴(kuò)展性的大門(mén)，對(duì)于某些基于云的應(yīng)用，當(dāng)用戶(hù)需要很大的可擴(kuò)展性時(shí)RISC可能是更適宜的平臺(tái)。

類(lèi)似HP Project Moonshot這樣的項(xiàng)目強(qiáng)調(diào)了RISC以及RISC處理器架構(gòu)的重要性。RISC在服務(wù)器虛擬化領(lǐng)域的增長(zhǎng)將推動(dòng)64位架構(gòu)的采用以及虛擬化部署，最終實(shí)現(xiàn)最佳的工作負(fù)載靈活性及可擴(kuò)展性。