裸金属服务器业务（BMS）的现状调研1：AWS Nitro System

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大约从2017年开始，裸金属服务器业务就逐步成为业界热点之一，裸金属服务器业务从表面上看，和传统的IDC业务有很大的相似之处，即都是出租物理机、带宽和相关的资源，但是存在一个很大的差异就是，裸金属业务是一种可以被管理的线上业务，而IDC业务则是线下开通的业务，貌似相似的表面之下，技术含量有很大的差异。目前主流的云计算服务商，包括AWS、Azure、阿里、腾讯、华为、IBM、Oracle、Packet等8个企业，都有裸金属业务。但是这些单位的裸金属业务还是有些不一样的，有篇文章《裸金属：技术演进及主流厂商策略分析》介绍了一些大体情况，还是比较通俗易懂的。文章《阿里云弹性裸金属服务器-神龙架构（X-Dragon）揭秘》介绍了阿里云的神龙裸金属架构，算是相对清晰的一篇文章。

系列文章如下：

第一篇：裸金属服务器业务（BMS）的现状调研1：AWS Nitro System

第二篇：裸金属服务器业务（BMS）的现状调研2：Aliyun X-Dragon System

第三篇：裸金属服务器业务（BMS）的现状调研3：Tencent Cloud Physical Machine

第四篇：裸金属服务器业务（BMS）的现状调研4：Huawei Bare Metal Server

为啥非要裸金属呢，唯一的原因就是降低VM的性能损耗，所有号称性能损耗小的VM技术，实际上还是有5-15%甚至更高的损耗，这种损耗在VM规格增大的时候，也会增大。裸金属的优点就是降低损耗，同时裸金属也带来一个额外的好处就是可以做更大规格的虚拟机。第二个额外的好处是裸金属可以支持将异构的VM技术，例如VMware迁移到公有云上，也包括各种新型的Linux、容器迁移到公有云上，例如VMware SDDC on AWS。粗略地想想，要做到VMware Over BMS，预计还是要改造VMware来适配的。

一、使用专门的硬件和Hypervisor

所有的裸金属服务中，AWS和阿里的比较像：均采用了专有的硬件和配套的Hypervisor，GuestOS依然运行在Hypervisor上，但是GuestOS可以直接访问存储（如NVMe）和网络（如25Gbps）等硬件，就好像访问本地设备一样。

1、AWS 裸金属服务。

AWS的BMS采用了Nitro系统，Nitro系统包含了轻量级的Hypervisor（KVM-based），Nitro卡（计算、存储、网络、安全、管理能力）和AWS安全芯片（集成到主板）。下面的图写的比较清楚，用户申请的EC2实例运行在Nitro Hypervisor上，通过Nitro卡访问各种硬件资源，用AWS用户的话说，已经很接近硬件的能力了，当然我们知道还不是…

NetFlix的技术人员Brendan Gregg研究并对比了AWS的各种虚拟化方案和各个维度，其中可以看到AWS一直在努力提升系统的性能，关注点从CPU-NW-本地IO-网络IO-中断和时钟，采用的技术是PV、PVHVM、SR-IOV、Nitro Hypervisor、Nitro Card等，大体思路是从纯软到软件辅助、外设虚拟化和硬件辅助，距离最终的bare metal还有一些距离但是据说虚拟化的损耗已经相当低（从2x-10x慢于物理机、10-50%性能损失、到0.1-1.5%的性能损失）。看到一个公有云运营商有如此明确的规划和执行能力，在短短几年内就实现了巨大的飞跃，令人钦佩！Brendan Gregg的文章也提到AWS的“Nitro Hypervisor”和“Nitro System”不是一个玩意，后者就是本文一直提到的Nitro Card。

I3、C5和Metal都是AWS推出的优化VM，其中I3使用了NVMe接口的本地存储，EBS和VPC用SR-IOV复用，但是依然是Xen系列；C5使用Nitro Hypervisor，不用本地存储；Metal和C5都不再经过前面的各种系统驱动，直接访问硬件（其实还是经过的），Metal支持本地存储，使用了前面各种技术。估计AWS 2019年会进一步提升性能，估计会继续定制化硬件来提升。眼花缭乱的各种规格，其实是各种技术的组合，有各自的应用场景！