云计算相关技术简介(一)-虚拟化及NUMA架构

云计算是数字化产业的硬软件基础设施，涵盖技术的方方面面，这篇文章主要从一些底层的硬件方面的技术来简要介绍一下，这些技术底层的原理可能比较复杂，我们主要了解其作用和用法，介绍也主要从我们的需求出发。

CPU虚拟化技术，CPU的虚拟化技术可以单CPU模拟多CPU 并行，允许一个平台同时运行多个操作系统，并且应用程序都可以在相互独立的空间内运行而互不影响，从而显著提高计算机的工作效率。CPU的虚拟化技术是一种硬件方案，支持虚拟技术的CPU带有特别优化过的指令。纯软件虚拟化解决方案存在很多限制。Intel自2005年末开始便在其处理器产品线中推广应用Intel Virtualization Technology(Intel VT)虚拟化技术。AMD方面也已经发布了支持AMD Virtualization Technology(AMD VT)虚拟化技术的一系列处理器产品。启用虚拟化只需要在物理cpu的bios中开启虚拟化，然后在vmware等系统中才可以使用虚拟化特性。

UMA(Uniform Memory Access)，直译为“统一内存访问”，这样的架构对软件层面来说非常容易，总线模型保证所有的内存访问是一致的，即每个处理器核心共享相同的内存地址空间。但随着CPU核心数的增加，这样的架构难免遇到问题，比如对总线的带宽带来挑战、访问同一块内存的冲突问题。为了解决这些问题，有人搞出了NUMA。NUMA 全称 Non-Uniform Memory Access，译为“非一致性内存访问”。这种构架下，不同的内存器件和CPU核心从属不同的 Node，每个 Node 都有自己的集成内存控制器（IMC，Integrated Memory Controller）。在 Node 内部，架构类似SMP，使用 IMC Bus 进行不同核心间的通信；不同的 Node 间通过QPI（Quick Path Interconnect）进行通信。Openstack 在 Juno 版本中新增 NUMA 特性，用户可以通过将 Guest 的 vCPU/Memory 绑定到 Host NUMA Node上，以此来提升 Guest 的性能。

hypervisor: 一种运行在物理服务器和操作系统之间的中间层软件，可以允许多个操作系统和应用共享一套基础物理硬件。可以将hypervisor看做是虚拟环境中的“元”操作系统，可以协调访问服务器上的所有物理设备和虚拟机，所以又称为虚拟机监视器（virtual machine monitor）。hypervisor是所有虚拟化技术的核心，非中断的支持多工作负载迁移是hypervisor的基本功能。当服务器启动并执行hypervisor时，会给每一台虚拟机分配适量的内存，cpu，网络和磁盘资源，并且加载所有虚拟机的客户操作系统。 KVM是首个被集成到 Linux 内核的 hypervisor 解决方案，并且实现了完整的虚拟化。qemu-kvm也是常用到的具体实现技术。