虚拟化环境中服务器整合的可扩充性能

标准化运行时间 瓦 — 千分钟
服务器性能
1.8
35
1.6
30
1.4 25
1.2
1.0
20
0.8
15
0.6
10
0.4
四核英特尔® 至强® 处理器 X7350
0.2
四核英特尔® 至强® 处理器 X5355
5
双核英特尔® 至强® 处理器 5160
0
0
0
4
8
12 16 20 24 28 32
虚拟机的数量
图1. 测试展示了运行整合的 CPU 密集型工作负载时的性能及功耗节省 英特尔内部测量，2007 年 7 月。
但是，据我们观察，每台服务器的性能模式 类似。在我们增加虚拟机数量时，平均运行 时仍然大致保持不变，直到虚拟机的数量接 近于内核总数。
当虚拟机的数量开始超过内核数量时，由于 虚拟机管理程序花费更多的时间在可用内核 之间管理虚拟机，因此平均运行时也开始增 加。我们观察到，随着虚拟机数量的增加， 运行时也会可预测地大致呈线性增加。
我们的目标是：
• 通过不断增加虚拟机数量，比较可扩充 性和性能。
• 通过测量整体功耗，以每任务为基础比 较性能功耗比。
• 检查潜在的运营成本优势。
• 根据结果分析服务器在企业数据中心中 整合工作负载的潜力。
测试方法
我们采用 CPU 密集型测试数据库应用代表 业务智能应用。
为了测试每款服务器，我们陆续增加了工作 负载，每个都由一台虚拟机和一个应用组 成。每次增加虚拟机的数量，我们都运行所 有工作负载来完成。我们记录了每个工作负 载的运行时，功耗及其它数据，并继续向每 台服务器添加虚拟机，直到出现清晰的表示 每个系统容量不同的性能趋势。
标准化 时间
1.00 1.01 1.02 1.14 1.35 1.55 1.71
平均 功耗
478.00 458.90 479.30 489.43 481.08 494.54 489.29
瓦—分 W-M /任务 2350 1175 2272 568 2401 400 2747 343 3196 320 3763 314 4121 294
根据我们的分析，借助强劲的整合势头，四核英特尔® 至强® 7300 系列处理器将带来可观的财务收益。如图 2 所示，我们预计会减 少支持、存储区域网络以及功耗与散热成本。基于繁忙企业数据 中心中 24:1 的整合比例，我们的假设条件每年将会减少 23,381 美元的直接运营成本。
这还是比较保守的计算，没有计算许多其它“每个系统”的节省， 其中包括缩减的服务器体积、机架、网络交换机和路由器、网络 线缆成本、备用电源和通用电源（UPS）以及运营中心中其它行 政和管理成本等方面的节省。
简介：四核英特尔® 至强® 7300 系列处理器
• 能够处理多达 32 项整合工作 负载的可预测性能
• 达到 16 项工作负载时运行时
之后，如果我们继续添加工作负载直到达到 32 个，
保持不变
运行时就会可预测地呈线性增加。对于基于四核 英特尔® 至强® 5300 系列处理器，运行时大约在 8 台 虚拟机时开始增加，而对于基于双核英特尔® 至强®
瓦—分 瓦—分 （W-M） /任务
3083 1542
3346
837
3148
525
3246
406
3358
336
3489
291
3443
246
3705
232
5982
332
6282
314
6752
307
6982
291
7558
291
8023
287
8318
277
9479
296
平均 时间
4.92 4.95 5.01 5.61 6.64 7.61 8.42
双高速互连 全缓冲双列直插内存模块 前端总线 虚拟机
每个处理器 的内核数量
4
4
2
1
处理器 数量
4
2
2
1
内核 总数 16
8
4
1
每处理器的 高速缓存
总线
8 MB 二级 高速缓存
1066 MHz DHSI
8 MB 二级 1333 MHz FSB 高速缓存
4 MB 二级 1333 MHz FSB 高速缓存
256 K
133 MHz
内存 类型
667 MHz FB DIMM RAM
667 MHz FB DIMM RAM
667 MHz FB DIMM RAM
SDRAM
内存 容量
每台虚拟机 的内存
64 GB RAM
2 GB
32 GB RAM
2 GB
32 GB RAM
2 GB
2.5 GB
无1
结果
如图 1 和表 2 所示，三款服务器明确显示了 不同级别的可扩充性。
表2. 运行间时与功耗 四核英特尔® 至强® 处理器 X7350
四核英特尔® 至强® 处理器 X5355
双核英特尔® 至强® 处理器 5160
虚拟机 的数量
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32
平均 时间 6.23 6.40 5.87 5.83 5.70 5.58 5.39 5.49 7.04 7.46 7.81 8.08 8.63 8.90 9.13 10.34
总计
假设条件 • 系统工程设计资源。每 250 台物理服务器一个系统工程师，每年全职员工负荷
率 130,000 美元。 • 存储区域网络。每台设备一个 SAN 卡，每个 SAN 卡 1,000 美元。卡在三年内会
贬值。 • 电力。每千瓦时 0.08 美元。服务器功耗为原来的 1.75 倍，包括预计的数据中心
表 1. 测试系统配置
处理器
时钟 速度
四核英特尔® 至强® 处理器 X7350
2.93 GHz
四核英特尔® 至强® 处理器 X5355
2.66 GHz
双核英特尔® 至强® 处理器 5160
3 GHz
英特尔® 奔腾® III 处理器
733 MHz
1 不适用：该工作负载没有虚拟化。
DHSI FB DIMM FSB VM
为了比较虚拟化与整合的巨大潜力，我们测 试了三款服务器：
• 基于四核英特尔® 至强® 处理器 7350 的四 路服务器，总共 16 个内核
• 基于四核英特尔® 至强® 处理器 X5355 的 双路服务器，总共 8 个内核
• 基于双核英特尔® 至强® 处理器 5160 的双 路服务器，总共 4 个内核
散热。 • 容量。满负载（24 个工作负载）每天运行 22 小时，轻负载每天运行 2 小时。对
于轻负载，我们将采用两个虚拟机功耗数值。
图 2：24:1 服务器整合的成本对比。
缩略语
DHSI FB DIMM FSB SLA UPS VM W-M
专用高速互连 全缓冲双列直插内存模块 前端总线 服务等级协议 不间断电源 虚拟机 瓦—分
四核英特尔® 至强® 处理器 X7350 的可扩充性 也会为运行大量虚拟机带来更高能效。服务 器的整体功耗增加，部分原因是因为更多内 存和风扇等特性。但是，当加载 24 台虚拟机 时（虚拟机对内核的比例为 1.5:1），其处理 每个任务消耗的功耗略微低于虚拟机对内核 比例相同的其它服务器。
如表 3 所示，相比在基于传统的英特尔® 奔腾® III 处理器的服务器上运行非虚拟化工作负载， 所有多核处理器均显示了大幅的功耗节省。
平均 时间
4.38 4.67 5.84 6.64
标准化 时间
平均
瓦—分
功耗 W-M /任务
1.00 330.45 1448 724
1.06 366.40 1710 427
1.33 372.82 2177 363
1.51 370.56 2461 308
表 3. 运行 24 个工作负载所需的功耗
四核英特尔® 至强® 处理器 X7350 四核英特尔® 至强® 处理器 X5355 双核英特尔® 至强® 处理器 5160 英特尔® 奔腾® III 处理器
运行时 8.96 7.61 5.84 8.28
平均 功耗
823 495 373 157.5
瓦—分 7374 3767 2178 1304
每台服务器的 虚拟机数量
24 12
6 无
服务器 数量
1 2 4 24
总能耗预算 （瓦 — 分）
7374 7534 8713 Biblioteka Baidu1298
影响
在繁忙及虚拟化数据中心环境中，任务可能被分配到任何可用的 服务器。这些结果对符合繁忙及虚拟化数据中心中的服务等级协 议（SLA）的要求意义深远。基于四核英特尔® 至强® 7300 系列处 理器的服务器能够运行大量整合工作负载，同时继续提供可预测 的运行时，使得 IT 部门无需耗费更多容量即可满足服务等级的 要求。
标准化 时间 1.00 1.03 0.94 0.94 0.91 0.90 0.86 0.88 1.13 1.20 1.25 1.30 1.38 1.43 1.47 1.66
平均 功耗 495 523 536 557 589 625 639 675 850 842 864.68 865 876 902 911 916
然后，我们以最小工作负载把运行时数据标 准化。这让我们通过消除由于时钟速度导致 的性能差异来比较不同服务器平台的固有 表现。
我们还将三款服务器的测试结果与先前的性 能数据进行了对比。先前的数据结果是通过 在传统的英特尔 IT 服务器解决方案 — 基于 英特尔® 奔腾® III 处理器的服务器上，运行相 同应用的非虚拟化版本得到的。四款系统的 配置如表 1 所示。
与采用大量单路或双路服务器来提供相同的处理能力相比，四核 英特尔® 至强® 7300 系列处理器可实现更高的整合比例，从而使 这些潜在的节省有所增加。
美元（千）
25
20
15
10
5
0
支持 工程师
存储区域 网络
功耗与 散热
24 台服务器基于英特尔® 奔腾® III 处理器 1 台服务器基于四核英特尔® 至强® 处理器 X7350
这一关系致使可扩充性存在巨大差异。对于 四核英特尔® 至强® 处理器 X7350，平均运行 时一直保持不变，直到虚拟机增加到 16 台
后，它便开始可预测地逐步增加。在虚拟机 数量为 24 和 32 时，平均运行时分别增加了 40% 和 70%。对于双核英特尔® 至强® 处理器 5160 和四核英特尔® 至强® 处理器 X5355， 平均运行时在虚拟机数量分别为 4 和 8 时开 始有所增加。
24 项工作负载的功耗
24 台服务器基于英特尔® 奔腾® III 处理器（传统的解决方案） 4 台服务器基于双核英特尔® 至强® 处理器 5160 2 台服务器基于四核英特尔® 至强® 处理器 X5355 1 台服务器基于四核英特尔® 至强® 处理器 X7350
IT@Intel
背景
与其它 IT 部门一样，英特尔 IT 部门也面临 着管理数据中心成本和效率的严峻挑战。服 务器数量激增，而又经常未得到充分利用， 这样便导致了更高的资产、支持、维护、功 耗与散热成本。
• 每一整合每年可能节省 23,381 美元
5100 系列处理器的双路服务器，运行时大约在 4 台虚拟机时开始增加。此外，承担大量工作负
载时，四核英特尔® 至强® 7300 系列处理器处理每工作负载消耗的功耗也最少。
如图 1 所示，我们的结果展示了四核英特尔® 至强® 7300 系列处理器在繁忙的企业数据中心环 境中达到高级别整合的能力。
需要指出的重要一点是，我们设计工作负载以创建一个“最糟情 况”场景，我们尽力使 CPU 利用率接近 100%，之后稳定地保持 这个水平。实际业务应用会有所不同，因为要求通常较低且不断 变化。这一较低且不断变化的要求带来更广阔的扩展空间，可用 来管理峰值负载或增加虚拟机的数量，同时保持服务等级不变。 当然，我们期望在不影响服务等级的情况下实现更高的整合比例。
IT@ 英特尔 简介
英特尔信息技术 计算机制造 服务器整合
2007 年 8 月
虚拟化环境中服务器 整合的可扩充性能
在英特尔的 IT 测试中，基于四核英特尔® 至强® 7300 系列处理器的四路服务器出色地处理了虚拟机（VM） 中多达 32 项整合的服务器工作负载，充分展现了其 可预测的可扩充性。
当我们向服务器增加 CPU 密集型工作负载时，在达到 16 个虚拟机之前平均工作负载运行时大致保持不变。
基于英特尔® 多核处理器的服务器通过支持 虚拟化和整合旧服务器，允许我们以更高扩 充性、更节能且更经济高效的系统更新这些 服务器，从而可降低成本。
我们预计，四核英特尔® 至强® 7300 系列处 理器可能比以前支持更高级别的整合。基于 此款处理器的四路服务器设计用于在繁忙的 企业数据中心环境中提供可扩展、可扩充的 性能。与前代服务器相比，这些服务器具有 高达 2 倍的内核，并采用高能效的英特尔® 酷睿™ 微体系结构。此外，它们还包括面向 每个处理器的专用高速互连（DHSI）以及更 大的内存容量。