POWER6 - Virtualization

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1 POWER6 - Virtualization Dr. Martin Springer IBM System p Technical Sales 2007 IBM Corporation

2 IBM s 40-year History of Leadership in Virtualization IBM develops hypervisor that would become VM on the mainframe IBM announces first machines to do physical partitioning IBM announces LPAR on the mainframe POWER LPAR design begins IBM introduces LPAR in POWER4 with AIX Advanced POWER Virtualization ships IBM announces POWER6, the first UNIX servers with Live Mobility In our opinion, they [System p servers] bring mainframe-quality virtualization capabilities to the world of AIX. - Ulrich Klenke, CIO, rku.it January 2006 Advanced POWER Virtualization on IBM System p servers client quote source: rku.it case study published at IBM Corporation IBM Systems

3 Server-Virtualisierung Hardware ing Hypervisor: Type 1 Hypervisor: Type 2 Apps OS... Apps OS Apps OS... Apps OS Apps OS... Apps OS Controller Adjustable partitions Hypervisor Hypervisor Host OS SMP Server SMP Server SMP Server Physical partitioning Sun Domains, HP ns Hypervisor software/firmware runs directly on server. zseries PR/SM and zvm POWER Hypervisor VMware ESX Server Emerging open source hypervisor Hypervisor software runs on a host operating system. VMware GSX Microsoft Virtual Server Win4Lin IBM Corporation IBM Systems

4 POWER5/6 CPU Virtualization AIX 5L V5.2 2 CPU CPU Dedicated Physical CPUs AIX 5L V CPU Weight: 50 CPU Virtual CPU Virtual CPU Virtual CPU Virtual CPU CPU CPU i5/os 0.65 CPU Weight: 20 Virtual CPU CPU CPU Shared Pool of Physical CPUs Linux 0.75 CPU Capped Virtual CPU Virtual CPU CPU CPU CoD CPUs CoD CPU CoD CPU Dynamic Spares and Capacity on Demand Processors Dedicated or shared processors Fine-grained resource allocation Minimum 0.1 cores Granularity 0.01 cores Shared processor controls* # of virtual processors Entitlements Capped and uncapped Weights Dynamically adjustable via DLPAR Memory From 128MB to all of physical memory Scaling Up to 254 partitions per server s scale from 0.1 to 64 Cores Dedicated physical memory Dynamically adjustable via DLPAR Capacity On-Demand IBM Corporation IBM Systems

5 p5-mikropartitionierung Dynamische Verteilung von freien Prozessor-Kapazitäten auf logische en Granularität: 1/100 p5-cpu Server Dynamische Verteilung der Kapazität Logischer Server 100% In der Summe ist eine geringere Serverkapazität notwendig, da die Auslegung nicht mehr auf die Summe der jeweiligen Spitzenlasten erfolgen muss, sondern auf die Spitze der kumulierten Lasten. 80% 60% 40% 20% 0% t Logischer Server Logischer Server Die IBM pseries DLPAR-Vorteile - wie die Isolation der Anwendungen - bleiben erhalten. Lastabhängige, dynamische Zuordnung von CPUs oder CPU-Anteilen (Micro Partioning) IBM Corporation IBM Systems

6 Definition von Mikropartitionen Uncapped versus capped Der Hypervisor gibt automatisch von den LPARs (Uncapped und Capped) nicht genutzte CPU-Cycles in den Shared Processor Pool. Mikropartitionen Uncapped Mikropartitionen können mehr Prozessorressourcen verwenden, wenn freie Ressourcen im Shared Processor Pool zur Verfügung stehen. Die Zuteilung wird über einen Wichtungsfaktor geregelt. Capped Mikropartitionen bekommen nie mehr als das zugewiesene Capacity Entitlement (CPU- Leistung). Enhanced distributed switch CPU 0 CPU 1 SMT Core SMT Core Enhanced distributed switch SMT Core SMT Core SMT Core SMT Core 1.9 MB L2 Cache 1.9 MB L2 Cache L3 Dir L3 Dir SMT Core SMT Core Mem Ctrl Mem Ctrl 1.9 MB L2 Cache 1.9 MB L2 Cache Chip-Chip / MCM-MCM / SMPLink L3 Dir L3 Dir Mem Ctrl Mem Ctrl Chip-Chip / MCM-MCM / SMPLink Enhanced distributed switch SMT Core SMT Core Enhanced distributed switch SMT Core SMT Core SMT Core SMT Core 1.9 MB L2 Cache 1.9 MB L2 Cache L3 Dir L3 Dir SMT Core SMT Core Mem Ctrl Mem Ctrl 1.9 MB L2 Cache 1.9 MB L2 Cache Chip-Chip / MCM-MCM / SMPLink L3 Dir L3 Dir Mem Ctrl Mem Ctrl Chip-Chip / MCM-MCM / SMPLink CPU 2 CPU 3 POWER Hypervisor Shared Prozessor Pool IBM Corporation IBM Systems

7 Beispiel 1 for CPU Sharing (1/7) CE at 0,4 CPUs uncapped Shared Pool LPAR 1 vp CE=0,4 uncapped, workload variable LPAR 2 vp CE=1,1 capped, workload constant vp CE=0,6 capped, workload constant LPAR 3 LPAR n. capped, workload constant capped, workload constant vp = Virtual Processor IBM Corporation IBM Systems

8 Beispiel 1: LPAR1 uncapped (2/7) CE at 0,4 CPUs uncapped LPAR 1 Shared Pool Capacity of 0,4 CPUs is guaranteed for LPAR1 vp CE=0,4 Shared Processor Pool Pool of CPUs CPU1 LPAR 2 LPAR 3 LPAR n vp vp. CE=1,1 CE=0,6 CPU2 CPU3 CPU4 vp = Virtual Processor 10ms = 1 Dispatch Interval IBM Corporation IBM Systems

9 Beispiel 1: LPAR1 uncapped (3/7) CE at 0,4 CPUs uncapped LPAR 1 Shared Pool vp Since LPAR1 is uncapped, it can grab more CPU resources when available CE=0,4 Shared Processor Pool Pool of CPUs CPU1 LPAR 2 LPAR 3 LPAR n vp vp. CE=1,1 CE=0,6 CPU2 CPU3 CPU4 vp = Virtual Processor 10ms = 1 Dispatch Interval IBM Corporation IBM Systems

10 Beispiel 1: LPAR1 uncapped (4/7) CE at 0,4 CPUs uncapped LPAR 1 Shared Pool vp CE=0,4 Shared Processor Pool Pool of CPUs CPU1 LPAR 2 LPAR 3 LPAR n vp vp. CE=1,1 CE=0,6 CPU2 CPU3 CPU4 vp = Virtual Processor 10ms = 1 Dispatch Interval IBM Corporation IBM Systems

11 Beispiel 1: LPAR1 uncapped (5/7) CE at 0,4 CPUs uncapped LPAR 1 Shared Pool vp CE=0,4 Shared Processor Pool Pool of CPUs CPU1 LPAR 2 LPAR 3 LPAR n vp vp. CE=1,1 CE=0,6 CPU2 CPU3 CPU4 vp = Virtual Processor 10ms = 1 Dispatch Interval IBM Corporation IBM Systems

12 Beispiel 1: LPAR1 uncapped (6/7) CE at 0,4 CPUs uncapped LPAR 1 Shared Pool vp CE=0,4 Shared Processor Pool Pool of CPUs CPU1 LPAR 2 LPAR 3 LPAR n vp vp. CE=1,1 CE=0,6 CPU2 CPU3 CPU4 vp = Virtual Processor 10ms = 1 Dispatch Interval IBM Corporation IBM Systems

13 Beispiel1: LPAR1 uncapped (7/7) CE at 0,4 CPUs uncapped LPAR 1 Shared Pool vp CE=0,4 If workload demands < 0,4 CPUs, LPAR1 frees unused resources to PHYP Shared Processor Pool Pool of CPUs CPU1 LPAR 2 LPAR 3 LPAR n vp vp. CE=1,1 CE=0,6 CPU2 CPU3 CPU4 vp = Virtual Processor 10ms = 1 Dispatch Interval IBM Corporation IBM Systems

14 Beispiel 2: LPAR3 capped CE=0,6 (capped) LPAR 1 Shared Pool vp CE=0,4 Shared Processor Pool Pool of CPUs CPU1 LPAR 2 LPAR 3 LPAR 3 LPAR n vp vp vp. CE=1,1 CE=0,6 CPU2 CPU3 CPU4 vp = Virtual Processor 10ms = 1 Dispatch Interval IBM Corporation IBM Systems

15 CPU Sharing und Ressourcen Durch CPU Sharing gibt es keine nicht nutzbaren Ressourcen Auslastung eines System p - Servers bis zu 100% möglich IBM Corporation IBM Systems

16 Hochverfügbare Storage-Anbindung: Spiegeln mit dem AIX Logical Volume Manager Virtual I/O Server 1 Backed device: hdisk or logical volume AIX client partition Virtual I/O Server 2 Backed device: hdisk or logical volume LVM vscsi target device vtscsi0 LVM mirroring vscsi target device vtscsi0 LVM Phy.adapter Server SCSI adapter vhost0 hdisk0 rootvg Client SCSI adapter vscsi0 hdisk1 rootvg Client SCSI adapter vscsi1 Server SCSI adapter vhost0 Phy.adapter POWER Hypervisor Internal SCSI disks SAN attached disks Internal SCSI disks SAN attached disks IBM Corporation IBM Systems

17 Hochverfügbare Storage-Anbindung über AIX Multi Path I/O (MPIO) für SAN-Storage Virtual I/O Server 1 Backed device: hdisk reserve_policy=no_reserve AIX client partition Virtual I/O Server 2 Backed device: hdisk reserve_policy=no_reserve MPIO SDDPCM load balancing Phy.adapter Phy.adapter vscsi target device vtscsi0 Server SCSI adapter vhost0 Client SCSI adapter vscsi0 LVM hdisk0 rootvg MPIO default PCM failover only Client SCSI adapter vscsi1 vscsi target device vtscsi0 Server SCSI adapter vhost0 MPIO SDDPCM load balancing Phy.adapter Phy.adapter POWER Hypervisor SAN - Storage - LUN IBM Corporation IBM Systems

18 Virtuelles Ethernet Hypervisor funktioniert als Ethernet-Switch Virtual Ethernet basiert auf Speicher-Kopien zwischen LPARs Die LPARs sehen virtuelle Ethernet-Adapter Gesamtbandbreite etwa wie Gigabit-Ethernet Kein eigener physischer Netzwerk-Adapter für jede LPAR notwendig SLES9/10 Virtual Ethernet driver AIX 5.3 AIX 5.3 Red Hat AS 4 Virtual Ethernet driver Virtual Ethernet driver Virtual Ethernet switch Hypervisor Virtual Ethernet driver IBM Corporation IBM Systems

19 Virtual I/O Server als Ethernet-Bridge Shared Ethernet Adapter (SEA) dient als Layer 2-Bridge in das externe Netzwerk Für jedes VLAN kann ein eigener virtueller Adapter im Virtual I/O Server angelegt werden Mit mehreren Adaptern exisitieren mehr Queues für höhere Performance Mehrere virtuelle Adapter können mit einem realen Adapter verbunden werden Jeder virtuelle Adapter kann auch mit einem eigenen realen Adapter verknüpft werden Virtual I/O Server 1 2 SEA VIOA VIOA LPAR VIOA VLAN1 VLAN2 LPAR VIOA Redundante SEAs in zwei Virtual I/O Servern möglich VLAN1 VLAN2 Server RIOA Server RIOA IBM Corporation IBM Systems

20 Hochverfügbare Netzwerkanbindung über Shared Ethernet Adapter und AIX Network Interface Backup VIO1 VIO2 LPAR ent2 SEA ent2 SEA ent2 NIB ent0 phys. adapter ent1 virt. adapter ent0 phys. adapter ent1 virt. adapter ent0 virt. adapter ent1 virt. adapter PVID 1 PVID 2 PVID 1 PVID 2 Hypervisor PVID 1 PVID 1 Kein VLAN-Tagging möglich! Netzwerk-Switch(e) IBM Corporation IBM Systems

21 Shared Ethernet Adapter Failover active ent3 SEA VIO1 VIO2 LPAR standby ent3 SEA ent0 phys. adapter ent1 virt. adapter ent2 virt. adapter ent0 phys. adapter ent1 virt. adapter ent2 virt. adapter ent0 virt. adapter prio1 PVID 99 prio2 PVID 99 Hypervisor VLAN ID 100 VLAN ID 200 PVID 1 VLAN ID 100 VLAN ID 200 PVID 1 VLAN ID 100 VLAN ID 200 PVID 1 VLAN-Tagging möglich! IBM Corporation IBM Systems

22 Beispiel I/O Infrastruktur Kosten dedizierte Server 10 x 2 Wege HA-Server Je 2 x Fibre Channel Je 2 x Gigabit Ethernet 20 LAN Ports Position Einzelserver Summe Server FC HBA , ,- GBE HBA 1.200, , ,- 20 SAN Ports FC Switchport 1.500, , ,- GBE Switchport 1.400, , ,- Summe , , IBM Corporation IBM Systems

23 Beispiel I/O Infrastruktur Kosten virtualisierte Server 1 x 8 Wege HA-Server 2 x Fibre Channel 4 x Gigabit Ethernet Ersparnis oder 85% 4 GBE Ports Position Summe Server FC HBA ,- GBE HBA 1.200, ,- 2 FC Ports FC Switchport 1.500, ,- GBE Switchport 1.400, ,- Summe ,- Virtual I/O Virtual CPU IBM Corporation IBM Systems

24 Vorteile durch Virtualisierung Gemeinsame Nutzung von Ressourcen Effizientere Nutzung von Ressourcen CPU virtuelle CPU Netzwerk virtuelles Ethernet Platten virtuelle Platten Weniger Hardware geringere Kosten Mehr Flexibilität Schnellere Reaktion auf neue Anforderungen Dynamische LPARs / virtuelle Ressourcen Beispiele: Testumgebung Pilotprojekte Prototypen Varianten Trotzdem: Gleiche Leistung für Endnutzer IBM Corporation IBM Systems

25 Optionen für System p - Virtualisierungsmanagement Stand-Alone IVM Managed HMC Keine Virtualisierungs-funktionalität Unterstützung für alle IBM System p5, IBM ~ p5 und IBM ~ OpenPower Modelle Keine HMC Single-Server Management Einstiegs-ierung Begrenzte Service Funktionen Client LPARs können nur virtuelle Devices zugeordnet bekommen Ein Profile pro Begrenzte Redundanz Unterstützung für folgende Modelle: IBM System p5 505 IBM System p5 520 IBM System p5 550 IBM System p5 550Q IBM ~ p5 510 IBM ~ p5 520 IBM ~ p5 550 IBM ~ OpenPower 710 IBM ~ OpenPower 720 HMC erforderlich Multiples-Server Management Erweiterte ierung Physikalische und/oder virtuelle Devices können der Client LPAR zugeordnet werden Mehrere Profile pro Volle Redundanz Unterstützung für alle IBM System p5, IBM ~ p5 und IBM ~ OpenPower Modelle Browser Browser IVM SP Hypervisor SP SP SP IBM Corporation IBM Systems

26 POWER6: Shared Dedicated Capacity Uncapped Uncapped 1 Wasted Dedicated 1 Core Dedicated 25 0 With the new support, a dedicated partition will donate its excess cycles to the uncapped partitions Each uncapped partition will consume an entire processor if available (when dedicated at 0%) and will split a processor when dedicated fully utilized (when dedicated at 100%) The total processor capacity in the system is better utilized while the dedicated processor partition maintains the performance characteristics and predictability of the dedicated environment when under load IBM Corporation IBM Systems

27 IBM System p Flexible Resource Management A new method of virtualization on IBM System p: AIX V6 Workload s Resource Flexibility AIX Workload Manager AIX V4.3.3 on POWER3 or later Workload s AIX 6 on POWER4 or later Micro-partitions AIX V5.3 on POWER5 or later Workload Isolation * All statements regarding IBM future directions and intent are subject to change or withdrawal without notice and represent goals and objectives only. Any reliance on these Statements of General Direction is at the relying party's sole risk and will not create liability or obligation for IBM IBM Corporation IBM Systems

28 AIX V6 Workload s (WPAR) Improved administrative efficiency by reducing the number of AIX images to maintain WPARs are separate regions of application space Created entirely within a single AIX system image Created entirely in software (no HW assist or configuration) Software partitioned system capacity Each Workload obtains a regulated share of system resources The amount of system memory, CPU resources, paging space allocated to each WPAR can be set. Each Workload can have unique network, filesystems and security Separate administrative control Each Workload is a separate administrative and security domain The WPAR appears to be a stand alone AIX system Workload Application Server Workload Web Server AIX instance Workload Test Workload Billing Workload BI * All statements regarding IBM future directions and intent are subject to change or withdrawal without notice and represent goals and objectives only. Any reliance on these Statements of General Direction is at the relying party's sole risk and will not create liability or obligation for IBM IBM Corporation IBM Systems

29 LPARs and AIX Workload s are complementary technologies and can be used together Dedicated Processor LPAR Finance Dedicated Processor LPAR Planning Micro-partition Processor Pool LPAR LPAR Americas LPAR Asia LPAR EMEA WPAR #1 Bus Dev WPAR #1 MFG WPAR #1 VIO Server WPAR #2 Test WPAR #2 Planning WPAR #3 Billing POWER Hypervisor * All statements regarding IBM future directions and intent are subject to change or withdrawal without notice and represent goals and objectives only. Any reliance on these Statements of General Direction is at the relying party's sole risk and will not create liability or obligation for IBM IBM Corporation IBM Systems

30 IBM announces Two Methods of Mobility (11/2007) Live Mobility move a running POWER6 partition Live Application Mobility move a running AIX 6 application From one server to another Live Mobility Resource Flexibility AIX Workload Manager AIX V4.3.3 on POWER3 or later Live Application Mobility Workload s AIX 6 on POWER4 or later Micro-partitions AIX V5.3 on POWER5 or later Workload Isolation * All statements regarding IBM future directions and intent are subject to change or withdrawal without notice and represent goals and objectives only. Any reliance on these Statements of General Direction is at the relying party's sole risk and will not create liability or obligation for IBM IBM Corporation IBM Systems

31 AIX 6 Live Application Mobility Move a running Workload from one server to another for outage avoidance and multi-system workload balancing AIX # 1 AIX # 2 Workload App Server Workload Workload QA Workload Web Workload Dev Workload Billing Workload Data Mining Workload s Manager Policy Works on any hardware supported by AIX 6 including POWER5 * All statements regarding IBM future directions and intent are subject to change or withdrawal without notice and represent goals and objectives only. Any reliance on these Statements of General Direction is at the relying party's sole risk and will not create liability or obligation for IBM IBM Corporation IBM Systems

32 Live Mobility with POWER6* Allows migration of a running LPAR to another physical server Reduce impact of planned outages Relocate workloads to enable growth Provision new technology with no disruption to service Save energy by moving workloads off underutilized servers * All statements regarding IBM future directions and intent are subject to change or withdrawal without notice and represent goals and objectives only. Any reliance on these Statements of General Direction is at the relying party's sole risk and will not create liability or obligation for IBM IBM Corporation IBM Systems

33 Continuous Application Availability With Live Mobility and Live Application Mobility, planned outages for hardware and firmware maintenance and upgrades can be a thing of the past Relocate all partitions from one server to another when performing maintenance. Move the partitions back when maintenance is complete * All statements regarding IBM future directions and intent are subject to change or withdrawal without notice and represent goals and objectives only. Any reliance on these Statements of General Direction is at the relying party's sole risk and will not create liability or obligation for IBM IBM Corporation IBM Systems

34 Energy Savings During non-peak hours, consolidate workloads and power off excess servers Move partitions off of underutilized servers and then power them off to save electricity using Live Mobility and Live Application Mobility * All statements regarding IBM future directions and intent are subject to change or withdrawal without notice and represent goals and objectives only. Any reliance on these Statements of General Direction is at the relying party's sole risk and will not create liability or obligation for IBM IBM Corporation IBM Systems

35 Workload Balancing with Live Mobility* As computing needs spike, redistribute workloads onto multiple physical servers without service interruption As one server gets overtaxed from a spike in demand, relocate partitions to other servers * All statements regarding IBM future directions and intent are subject to change or withdrawal without notice and represent goals and objectives only. Any reliance on these Statements of General Direction is at the relying party's sole risk and will not create liability or obligation for IBM IBM Corporation IBM Systems

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