小型机物理分区怎么做？

理解小型机的物理分区：核心资源隔离之道

在关键业务领域，小型机（如IBM Power Systems、Oracle SPARC服务器）因其卓越的可靠性（RAS特性：Reliability, Availability, Serviceability）、强大的纵向扩展能力和高性能，一直是核心数据库、ERP系统、大规模交易处理等关键负载的首选平台，为了最大化利用这些昂贵且强大的硬件资源，并满足不同应用对性能、安全性和独立性的严苛要求，物理分区技术应运而生,成为小型机资源管理的关键策略之一。

物理分区的本质：硬件的逻辑切割

物理分区（Physical Partitioning, PPAR），有时也被称为硬分区（Hard Partitioning），其核心思想是将一台物理小型机的硬件资源（主要是处理器、内存、I/O插槽）在物理或固件层面进行划分，形成多个完全独立的逻辑服务器环境。

• 硬件级隔离： 这是物理分区最核心的特征，分配给不同分区的处理器核心、内存条、I/O适配器（网卡、HBA卡等）在物理或固件层面被严格划分,一个分区独占其分配到的物理资源。
• 独立操作系统实例： 每个物理分区都像一台独立的物理服务器一样，运行自己独立的操作系统（如IBM AIX, IBM i, Linux on Power, Oracle Solaris等），操作系统之间彼此完全隔离,互不可见。
• 固件驱动： 分区的创建、管理和资源配置依赖于小型机特定的固件和管理控制台（例如IBM的HMC – Hardware Management Console 或 IVM – Integrated Virtualization Manager， Oracle的SPARC Enterprise Manager）。

物理分区（PPAR）与逻辑分区（LPAR）的关键区别

理解物理分区，常需与更常见的逻辑分区（Logical Partitioning, LPAR） 进行对比：

1. 资源隔离粒度：

   

   • PPAR： 隔离在物理处理器核心（或整个处理器模块）、物理内存条、物理I/O插槽级别,资源独占性最强。
   • LPAR： 隔离在处理器线程（可共享物理核心）、内存页、虚拟I/O（VIO）级别，允许多个LPAR共享物理处理器核心（通过微分区/共享处理器池）和物理I/O适配器（通过虚拟化）,资源利用更灵活高效。

2. 资源分配方式：

   • PPAR： 资源是静态分配的，一旦将特定的CPU核心、内存条、I/O插槽分配给一个分区，这些资源就被该分区独占，直到管理员重新配置,调整通常需要停机。
   • LPAR： 资源（尤其是CPU和内存）通常是动态分配的（支持DLPAR – Dynamic LPAR），可以在分区运行期间，在线地增加或减少分配给它的处理器和内存资源（在共享池模式下）,无需重启分区。

3. 性能隔离与保障：

   • PPAR： 提供最高级别的性能隔离和保障，因为资源是物理独占的，一个分区的繁忙活动（如CPU密集型计算、大量内存访问、高I/O吞吐）绝对不会 对另一个分区的性能产生任何干扰（Noisy Neighbor Problem）。
   • LPAR： 在共享资源（如共享处理器池、共享I/O服务器）的情况下，虽然虚拟化技术尽力隔离，但极端情况下仍可能存在资源争用导致的性能波动,需要更精细的权重和上限设置来保障关键分区性能。

4. 适用场景：

   • PPAR： 最适合需要最高级别隔离性、安全性和性能确定性的场景：
     • 运行不同安全级别或法规要求（如PCI-DSS, SOX）的应用。
     • 托管绝对不允许相互干扰的极端关键业务系统。
     • 需要为特定应用提供绝对独占的、可预测性能保障的环境。
     • 某些特定硬件资源（如专用加密卡、特定型号I/O卡）需要被某个环境独占使用。
   • LPAR： 更适合追求资源利用率最大化、配置灵活性和成本效益的场景，尤其当工作负载波动较大或需要快速弹性伸缩时,LPAR是现代小型机虚拟化的主流形式。

实施物理分区的主要步骤（概念性流程）

1. 规划与设计：

   • 明确分区需求：需要多少个独立环境？每个环境所需的CPU核心数、内存容量、I/O需求（网络、存储）？
   • 评估硬件能力：确保物理小型机有足够的处理器模块/核心、内存插槽/容量、可用的I/O插槽来满足所有分区的需求。
   • 设计物理资源映射：明确哪些具体的物理CPU核心、哪些内存条、哪些I/O插槽上的卡分配给哪个分区。

2. 硬件准备：

   • 确保小型机固件（Firmware/Microcode）版本支持物理分区功能并处于最新推荐级别。
   • 物理安装所需的内存条、处理器模块（如适用）、I/O适配器卡。

3. 管理控制台配置（以IBM HMC为例）：

   • 通过HMC连接到目标小型机。
   • 在HMC的管理界面中,启动分区配置向导或手动配置。
   • 创建分区： 定义分区的名称、ID等基本信息。
   • 分配处理器资源： 选择专用处理器模式（Dedicated Processor），并指定具体的物理处理器核心分配给该分区。
   • 分配内存资源： 选择专用内存模式，并指定具体的物理内存单元（内存条或内存板） 分配给该分区。
   • 分配I/O资源： 将物理I/O适配器（如物理网卡、HBA卡）所在的PCIe插槽直接分配给该分区,该分区将直接控制这些物理设备。
   • 配置引导设备： 为分区指定引导磁盘（通常通过分配给它的HBA卡连接的存储LUN）。
   • 定义控制台： 设置分区的虚拟终端。

4. 安装操作系统：

   • 激活分区。
   • 通过虚拟控制台或网络引导，在分区内安装所需的操作系统（如AIX, IBM i, Linux, Solaris）,就像在一台独立的物理服务器上安装一样。

5. 验证与测试：

   • 验证每个分区是否能独立启动操作系统。
   • 验证分配的CPU核心、内存容量在操作系统中识别正确。
   • 验证网络、存储等I/O功能正常。
   • 进行压力测试,确认分区间性能完全隔离。

物理分区的核心优势

1. 无与伦比的隔离性： 物理资源独占是最高级别的隔离，确保安全性、稳定性和性能的绝对保障。
2. 极致的性能确定性： 消除了资源共享带来的性能干扰风险，提供可预测的、稳定的性能输出。
3. 增强的安全性： 操作系统和应用的完全隔离，极大减少了安全破绽跨分区传播的可能性,满足最严格的合规要求。
4. 硬件故障隔离： 一个分区内的硬件故障（如内存错误、CPU故障）通常会被严格限制在该分区内，不会导致整个物理机崩溃（依赖于具体硬件设计和固件）。
5. 支持异构环境： 可以在同一台物理小型机上同时运行不同架构的操作系统（如Power上的AIX和Linux）,只要它们支持底层硬件。

物理分区面临的挑战与考量

1. 资源利用率可能较低： 静态分配和独占性意味着资源无法在分区间共享，一个分区的空闲资源无法被其他繁忙分区利用,可能导致整体硬件利用率不高。
2. 配置灵活性差： 调整分区大小（如增加CPU核心、内存）通常需要停机，并且受限于物理资源的可用性（是否有空闲的核心/内存条/插槽）,无法像LPAR那样动态调整。
3. 管理复杂性： 需要精确的物理资源规划和映射，配置过程相对复杂,对管理员技能要求高。
4. 成本： 实现物理分区需要足够强大的硬件基础（足够多的处理器、内存、I/O插槽），并且可能涉及额外的管理控制台（如HMC）许可成本。
5. 固件依赖性： 分区的创建和管理高度依赖特定厂商的固件和管理工具。

精准隔离的利器

物理分区是小型机平台上实现最高级别资源隔离、性能保障和安全性的关键技术，它通过将物理硬件资源（CPU核心、内存、I/O）在固件层面进行静态、独占式的划分，为每个分区创造一个近乎物理独立的运行环境，虽然它在资源利用率和配置灵活性上不如逻辑分区（LPAR）高效，但对于那些对性能抖动零容忍、对安全隔离要求极致、或需要满足严格合规性的关键核心应用场景，物理分区仍然是不可或缺的解决方案，在选择是否采用物理分区时,务必仔细权衡其带来的极致隔离优势与潜在的资源利用和管理成本。

引用与参考说明：

• 本文核心概念和技术细节基于主流小型机厂商（IBM, Oracle）的官方技术文档、白皮书和最佳实践指南。
  • IBM Power Systems 文档中关于分区（Partitioning）和 HMC 管理的部分。
  • Oracle SPARC 服务器文档中关于域（Domains，即物理分区）的阐述。
  • 厂商提供的关于可靠性、可用性、可服务性（RAS）特性的说明。
• 术语定义（如PPAR, LPAR, HMC, DLPAR, RAS）遵循行业通用标准和厂商定义。
• 优势与挑战的分析综合了实际部署经验和厂商推荐的最佳实践。