摘要：计算虚拟化采用和等组件及技术，将通用裸金属架构的服务器资源进行抽象，以虚拟机的方式呈现给用户。计算虚拟化是企业专有云平台的服务器虚拟化组件，是整个云平台架构的核心组件。平台默认不支持虚拟化，如需虚拟化能力，需购买虚拟化授权。
UCloudStack 平台基于 UCloud 公有云平台，复用公有云核心组件，具备计算虚拟化、智能调度、存储虚拟化、网络虚拟化的基础能力，为用户提供软件定义的计算、存储、网络及资源管理等服务，在保证资源服务性能、可用性及安全性的同时，提供统一资源调度及管理服务，适应企业基础设施服务的多种应用场景。
在标准化通用产品服务外，平台针对国产化场景提供一云多芯的信创政务云平台，从芯片到应用全适配政务云；同时面向高性能场景提供软硬协调设计的全新快杰私有云。
云计算技术是虚拟化技术的延伸，计算虚拟化是在硬件之上增加一个 Hypervisor，通过它虚拟出多个完全隔离的主机并可安装不同的操作系统，承载不同的应用程序运行，最大程度上解决了一台物理机被一个系统或一个应用占用的问题，有效的提高资源使用率。
如上图所示，物理机和虚拟机在应用部署及资源占用上有本质区别：
UCloudStack 计算虚拟化采用 KVM 和 Qemu 等 Hypervisor 组件及技术，将通用裸金属架构的 x86/ARM 服务器资源进行抽象，以虚拟机的方式呈现给用户。虚拟机将 CPU、 内存、I/O、磁盘等服务器物理资源转化为一组可统一管理、调度和分配的逻辑资源，并基于虚拟机在物理机上构建多个同时运行、相互隔离的虚拟机执行环境，可充分利用硬件辅助的完全虚拟化技术，实现高资源利用率的同时满足应用更加灵活的资源动态分配需求，如快速部署、资源均衡部署、重置系统、在线变更配置及热迁移等特性，降低应用业务的运营成本，提升部署运维的灵活性及业务响应的速度。
UCloudStack 计算虚拟化通过 KVM 硬件辅助的全虚拟化技术实现，因此需要 CPU 虚拟化特性的支持，即要求计算节点 CPU 支持虚拟化技术，如 Intel VT 和 AMD V 技术。KVM 属于 Linux Kernel 的一个模块，虚拟化平台可通过加载内核模块的方式启动 KVM ，管理虚拟硬件的设备驱动，用于模拟 CPU 和内存资源，同时需要加载 QEMU 模块模拟 I/O 设备。KVM 虚机包括虚拟内存、虚拟 CPU 和虚机 I/O 设备，其中 KVM 用于 CPU 和内存的虚拟化，QEMU 用于 I/O 设备的虚拟化。
虚拟机不直接感知物理 CPU ，它的计算单元会通过 Hypervisor 抽象的 vCPU 和内存进行呈现，通过与 GuestOS 的结合共同构建虚拟机系统。I/O 设备的虚拟化是 Hypervisor 复用外设资源，通过软件模拟真实硬件进行呈现，为 GuestOS 提供诸如网卡、磁盘、USB 设备等外设。
计算虚拟化是 UCloudStack 企业专有云平台的服务器虚拟化组件，是整个云平台架构的核心组件。在提供基础计算资源的同时，支持 CPU 超分、QCOW2 镜像文件、GPU 透传、虚拟机异常重启及集群平滑扩容等特性。
UCloudStack 支持平台物理 CPU 超分，即平台可虚拟化的 vCPU 数量可大于 pCPU 数量，在分配给虚拟机的 CPU 资源未全部使用时，共享未使用的部分给其它虚拟机使用，进一步提高平台 CPU 资源使用率。以 1 台双路 CPU 的计算节点服务器为例：
若平台管理员开启 CPU 超分，并设置超分比例为 1:2 ，即代表可使用的 vCPU 数量是实际 CPU 数量的 2 倍。服务器（48C ）在开启 2 倍超分后，可实际创建使用的 vCPU 为 96 ，即可创建 96C 的虚拟机。但不支持向下修改，即如果已经设置了超分比为 **1:2**，则不再允许将超分比调为 **1:1**。
当前仅支持平台专业的运维人员设置并管理 CPU 超分比，平台管理员可查看平台 CPU 的实际使用量及 vCPU 的使用量。由于开启超分后，可能存在多台虚拟机共用 vCPU 的情况，为不大幅影响虚拟机的性能及可用性，通常建议尽量降低 CPU 超分比例，甚至不建议开启 CPU 超分。
如平台实际共 48 vCPU ，经过超分后可创建 96 vCPU 的虚拟机，在虚拟机业务峰值时可能会真正占满 48 vCPU 的性能，通过超分资源运行的虚拟机性能会极速下降，甚至会影响虚拟机的正常运行。CPU 超分比例需通过长期运行运营的数据进行调整，与平台虚拟机上所运行的业务应用程序有强关联性，需要长期考察平台在峰值业务时需要的 CPU 资源量进行灵活调整。
UCloudStack 平台使用 RAW 格式的镜像作为虚拟机的虚拟磁盘文件，即原始镜像。
RAW 镜像会直接当作一个块设备提供给虚拟机使用，由宿主机文件系统管理镜像文件的空洞，如创建一个 100GB 的 RAW 的镜像文件，实际占用空间很小。当虚拟机的 GuestOS 读写磁盘时，会以 CHS 变量方式进行运算并寻址，通过 KVM 驱动将值翻译成 RAW 镜像特有格式进行 IO 操作。
RAW 镜像的优势在于启动虚拟机的效率较高，即启动虚拟机速度较快，相比 QCOW2 格式镜像的虚拟机启动速度快 25%，同时 RAW 镜像支持转换为 QCOW2 格式。
RAW 镜像及运行的虚拟机块设备均会存储于统一分布式存储系统中，方便虚拟机的迁移和故障恢复。
UCloudStack 平台支持 GPU 设备透传能力，为平台用户提供 GPU 虚拟机服务，让虚拟机拥有高性能计算和图形处理能力。GPU 虚拟机在科学计算表现中比传统架构性能提高数十倍，可同时搭配 SSD 云硬盘，IO 性能亦在普通磁盘的数十倍以上，可有效提升图形处理、科学计算等领域的计算处理效率，降低IT成本投入。
GPU 虚拟机与标准虚拟机采用一致管理方式，包括内外网 IP 分配、弹性网卡、子网及安全组管理，并可对 GPU 虚拟机进行全生命周期管理，包括重置密码，变更配置及监控等，使用方式与普通的虚拟机一致，支持多种操作系统，如 CentOS、Ubuntu、Windows 等，在不增加额外管理的基础上，为租户提供快捷的 GPU 计算服务。
为让 GPU 发挥最佳性能，平台对 GPU 、CPU 及内存的组合定义如下：
| GPU | CPU | 内存 |
|---|---|---|
| 1颗 | 4核 | 8G，16G |
| 8核 | 16G，32G | |
| 2颗 | 8核 | 16G，32G |
| 16核 | 32G，64G | |
| 4颗 | 16核 | 32G，64G |
| 32核 | 64G，128G |
平台本身不限制 GPU 品牌及型号，即支持任意 GPU 设备透传，已测试并兼容 GPU 型号为 NVIDIA 的 K80、P40、V100、2080、2080Ti、T4 及 华为 Atlas300。
平台默认不支持 GPU 虚拟化，如需 GPU 虚拟化能力，需购买 GPU 虚拟化授权。
UCloudStack 平台支持平滑扩容集群内的计算节点，新增的节点不会影响已有节点及虚拟资源的运行。通过平滑扩容云平台管理员可轻松解决平台因业务增长而带来的资源扩展，包括硬件资源不足、高负载主机维护、新业务上线资源扩容等场景。
UCloudStack 集群扩容可保证节点扩展过程中业务不中断，虚拟资源均正常运行，并提供简单快速的部署操作，支持自动化脚本一键部署上线。在扩容后平台支持在线为节点添加磁盘功能，使管理员可在不影响平台稳定运行的情况下，为平台横向及纵向的扩展资源。
平滑扩容成功后，平台原有的虚拟资源会保持原始状态，待平台有新的虚拟资源需要运行和部署时，智能调度平台会将新的虚拟资源（如虚拟机）调度至平滑扩容的节点；若平台有物理机发生故障，原物理机上的虚拟机会根据调度策略迁移至新扩容的节点。支持平台管理员手动将一台虚拟机迁移至新扩容的节点，用于平衡平台整体资源使用率。
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