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各大服务器厂商虚拟化技术剖析

2019年11月20日 栏目:科技

虚拟化可谓最近超的火热的词语,Intel新CPU无论是双核心安腾还是基于CORE平台的全系列产品,都把虚拟化挂在嘴边,许多人只知其名,不知其

虚拟化可谓最近超的火热的词语,Intel新CPU无论是双核心安腾还是基于CORE平台的全系列产品,都把虚拟化挂在嘴边,许多人只知其名,不知其作用。在本文中,将带您详细了解服务器虚拟化这一词语的详细定义。

什么是虚拟化?

虚拟化技术可以分为两类,一种是把一个物理的服务器虚拟成若干个独立的逻辑服务器,使用户可以在这些看似独立的虚拟服务器上运行不同的操作系统和应用,这个方向典型代表就是分区; 另一个种就是把若干个分散的物理服务器虚拟为一个大的逻辑服务器,使用户可以像使用同一台服务器的资源一样支配这些物理上独立的服务器,从而达到最大化利用资源的目的,这个方向的典型应用就是网格。

虚拟化的概念

在目前因为技术和市场方面的原因,网格仍然停留在试验阶段,因此虚拟技术主要还是在分区这一领域发挥作用,无论是硬件开发上INTEL AMD,还是 VMWARE Microsoft等软件厂商,都在积极开发推广虚拟服务器分区这一领域。现在我们所说的服务器虚拟,一般情况下默认指的是把单个服务器资源分配到多个虚拟机,将不同的应用、甚至不同的操作系统(OS)在同一企业级服务器上同时运行。每个虚拟机就像一台独立的服务器,但实际上在同一虚拟服务器内运行。

虚拟化的起源、发展

早在大型机时代,IBM的VM/370就采用虚拟化技术来划分其硬件资源,提供给多用户使用。曾几何时,处理器层面的虚拟技术似乎是 RISC处理器的“专利”,但是随着AMD和Intel的积极参与,第一次将虚拟化技术推向了x86架构的处理器层面,在操作系统层面的虚拟化技术得到处理器的配合和支持后,将会使更多用户真正享受到虚拟化技术带来的服务器资源利用率的提升。

虚拟化有两种实施方式:传统的纯软件虚拟化方式和新的硬件辅助虚拟化方式。

在保护模式下,x86处理器一共有4个不同优先级,术语称为Ring,从Ring 0~Ring3.Ring 0的优先级最高,Ring 3最低。Ring 0用于操作系统内核, Ring 1和Ring 2用于操作系统服务,Ring 3用于应用程序。

位于Ring 0特权空间的操作系统可以优先访问各种硬件资源。传统的虚拟化技术是在Ring 0中运行一个称为虚拟机监视器(VMM)的软件中间层,以负责控制和排列各个分区访问硬件资源的优先顺序。它要求在软件堆栈的较高层运行操作系统——通常是在Ring 1或者与系统应用共用Ring 3。

由于操作系统缺省工作在Ring 0 特权级别,而现在Ring 0被虚拟机监视器所拥有,所以传统的纯软件虚拟化技术需要虚拟机监视器通过复杂的软件编程来解决这个矛盾。其中一种方法是通过打补丁修改操作系统内核源代码让其认知到工作在Guest OS(客人操作系统)虚拟操作系统模式下。另一种方法是需要对运行期间操作系统的某些硬件调用指令作二进制码翻译等。由于上述原因,传统的纯软件实现方式在测试、验证和维护每款新操作系统和相关补丁方面,付出了大量的时间和资金, 同时二进制码翻译需要消耗处理器的很多计算资源。纯软件虚拟化运行时的开销会造成系统运行速度较慢,有数据表明其引起的系统性能下降可能达5%~20%。

英特尔的硬件辅助虚拟化技术(Vanderpool Technology,VT技术)

英特尔虚拟化技术是一种设计更简单、实施更高效和可靠的方法,是世界上首个x86平台的硬件辅助虚拟化解决方案。它对如何在不同的情形下分配给Guest OS想要的Ring特权级别作了很好的改进。x86因而可以为核心虚拟化处理提供芯片层支持,并可以在软件堆栈中为虚拟机监视器提供专用的空间。VT不需要复杂的软件工作环境。通过充分利用这些嵌入式硬件能力,独立软件厂商(ISV)可以减少其软件测试、验证和维护的要求,同时降低最终附加到用户身上的成本。

英特尔从去年的IDF开始,便在其处理器产品线中推广应用虚拟化技术,英特尔将其称为“VT”。包括Pentium D 900系列(925除外),基于Paxville的Xeon DP/MP,以及单核心的Pentium 4 662和672等。同时英特尔还计划在绝大多数的下一代处理器芯片,包括“Merom”移动处理器,“Conroe”桌面处理器和“Woodcrest”服务器处理器,以及新版本的Itanium 2中,集成这项新技术。虚拟技术已经在英特尔的芯片产品中无所不在。

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