IT瘦身術(2)虛擬化—不可思議的魔法

在上期，我們分析了目前企業IT環境面臨的窘境，包括未經善加利用的系統資源、混亂的異質平臺等等，當時也提到了唯一解決之道就是「整合」。至於該如何整合，也提到一個相當有趣的名詞：虛擬化。也許讀者對這個詞並不陌生，不過真的要說出個所以然，可能不是那麼容易。以下就筆者的觀察與研究，嘗試為各位說明「虛擬化」的來頭。

虛擬化就是將資源邏輯化
根據市調公司Illuminata的Jonathan Eunice為虛擬化所下的定義：虛擬化是個過程（Process），使得所有使用者及應用程式在看待運算資源的時候，形同一種邏輯上的整體資源池（Pool），而非零零碎碎實體資源，為使用者提供一個較為簡潔、整體的邏輯視野，能容易地使用被分配的運算能力、儲存容量等資源。

虛擬化的概念源自於IBM的大型主機系統，當時可以在一臺系統上執行兩套作業系統，也就是一臺實體的機器透過一套「虛擬機器（Virtual Machine）」作業軟體將之邏輯切分為兩臺之用，可各自獨力執行不同的作業軟體與應用程式，此即虛擬化最初始的概念。不過，虛擬機器作業系統終究只是一套軟體，切分愈多的作業系統，就會造成系統超載（Overhead），系統效能表現的提升有限。所以後來演化為韌體的Hypervisor，提供專職的處理器負責虛擬化功能的表現，也解決了軟體執行虛擬化功能，卻造成系統超載的缺點，使用者只要在系統直接安裝Hypervisor韌體，一旦系統開始運作即能執行虛擬化的功能。

繼邏輯化分割（Logical Partition，LPAR）資源之後，為了讓資源分配更具彈性，演變而為動態的邏輯分割（Dynamic LPAR，DLPAR），亦即可以動態地改變資源分配的大小。在DLPAR之後，接下來面臨的思維則是：「一顆處理器是否可以模擬成多顆處理器？」以目前IBM的微分割（Micro-partition）技術而言，可以做到將一顆實體的處理器切分為10顆邏輯的處理器，也就是同時可以執行10套作業系統。

虛擬化的另一個思考角度是：將多個實體系統整合為一個邏輯的系統。這個概念源自超級電腦的叢集（Clustering），一臺擁有上千顆處理器的超級電腦，原本每顆處理器分別執行不同的作業系統，演變至今則希望能將不同的叢集整合在一起，以充分利用系統資源，也就是所謂的網格運算（Grid Computing），因此，網格運算也是虛擬化的一部分。

虛擬化幫你看緊荷包
前面所述，將一套實體系統邏輯切分為多套系統，或將多個實體系統整合為一個邏輯的系統，是虛擬化的兩大發展方向，然而要如何才能達到讓使用者可容易使用邏輯分配的資源呢？我認為必須兼備虛擬化資源、虛擬化管理及虛擬化存取的一整套流程，才能達到此境界。以IBM是虛擬化引擎平臺（Virtualization Engine Platform）概念為例，它的最終目的是讓所有系統資源都能「自動化」、「最佳化」及「簡化」。再以IBM System p5為例，將6顆處理器切分為7個邏輯分割系統，更由專職的I/O Server Partition分配I/O、Networking、Memory等資源給每一套邏輯分割系統。因此，所有的系統資源不但被整合起來彼此共享，還可以視公司政策動態地彈性調整資源分配大小，以期資源使用率及分配率都能達到最高。

更進一步來說，虛擬化實際對企業帶來的效益可歸納為以下3點：
1.降低成本
原本企業需要購買5套系統，然而透過虛擬化功能，只要購買一套系統就能達到相同的效果，而且能夠讓系統資源使用率達到最高。

2.加快企業營運的反應速度
當客戶要求或任何緊急業務同時出現，系統作業無須等待即可立即彈性分配資源，以應付大量作業需求，提高營運效能。

3.簡化企業IT環境的架構
企業毋須投資大量的人力成本管理IT系統。企業營運的目標主要由企業經營政策來驅動，企業應該花費大量的時間與人力制訂經營政策，以期達成營運目標，而不是耗費成本在管理機器。

虛擬化讓IT系統更簡單化、更自動化及最佳化，因此也節省企業的時間與人力成本。其中一個具體案例是美商加州銀行以16臺Power5處理器為基礎的伺服器，取代既有的91臺老舊伺服器，節省43%的建坪數、46%的電力及63%的舊機器維護成本。

同質平臺優先整合
由於企業IT環境充斥繁雜的系統，需要一個簡單的方法來管理，因此利用虛擬化整合異質平臺的想法因應而生。然而，建議欲一探究竟的讀者切勿躁進，宜以同質（Homogenous）的資源優先虛擬化，如針對Unix系統的資源進行整合；再者是對相同網路環境內、不同系統的資源進行虛擬化，如整合Unix與Windows的系統資源；第三則是進行不同區域的系統資源整合，如分公司之間、跨國據點等等，最後進一步與客戶、合作夥伴的系統資源整合。

雖然虛擬化功能可將所有零碎的資源整合成一個大資源，不過仍須仰賴全方位設計（Holistic Design）。這意味著，不但得注意每個電晶體的個別因素，還須注意嵌入電路及各元件之間的溝通問題，到了整合的階段，包括電路如何組合至晶片架構中、組裝及如何與系統軟體互動等等，諸如此類都需要特殊技術，唯有建立一個健康的基礎架構才得以解決。

此外，採用開放（Open）介面與標準系統，並促使更多的合作夥伴加入開放式標準的架構，亦是導入者需注意的要件之一，因為，要達到整合異質平臺的前提，就是系統必須是「開放式」的規格。正因異質平臺整合的困難度在於彼此的語言無法溝通，如果業界能支持標準規格的開發，對於系統的整合、資源的分享將有莫大幫助。

虛擬化終將成為合體金剛
虛擬化的兩大方向：將一套實體系統邏輯切分為多套系統，或將多個實體系統整合為一個邏輯的系統，兩者目前雖仍處分流狀態，不過終將整合為一，稱為邏輯化資源（Logical Resources），也就是多系統的虛擬化（Multi-system Virtualization），亦即將不同廠商的設備統統整合在一起，以期整合所有企業內外部資訊，包括與合作夥伴、客戶之間，輔以搭配商業流程的合作模式，讓所有資源可在第一時間立即被分享及利用，進而達到集成創新的新境界。最後，筆者仍要提醒讀者，一個理想的虛擬化系統，必須是把多個系統簡化成雙系統，以期在追求簡化、彈性化系統，以利系統資源的分享與利用之餘，還能維持高可用度、擴充性的好處。

再好的系統都有損毀的可能，因此建議企業的IT基礎架構能同時建置兩套系統，一套執行關鍵工作，另一套則用以備援。當系統已達充分使用率時，筆者不建議升級舊系統，因為維護舊機器的成本並不划算，不如汰換成一臺更大的新系統，而剩下的另一臺舊系統則轉為備援之用。日後面臨升級時，一律都以汰換最舊的機器為原則，如此用戶也能永享最新科技以及最好的效能表現，更重要的是，還能節省一筆可觀的成本。

作者簡介／陳俊傑
臺灣IBM系統暨科技事業處資深資訊工程顧問，負責企業系統評估及規畫，臺大土木工程結構分析組碩士，曾任IBM Computer Integrated Manufacturing Specialist及系統工程師。