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分类: 服务器与存储

2008-07-07 13:31:46

 虚拟化技术如何发挥作用?

  VMM 必须做好两件事:它们必须全面模拟硬件环境,使主机操作系统认为其拥有整个硬件平台,同时它们还必须处理操作系统(如硬件故障)或应用(如软件错误)导致的所有意外情况。两项任务的执行必须高度可靠,且性能消耗较少。

  有些硬件不支持基于硬件的虚拟化,这令 VMM 很难实现这些目标,因为传统处理器是为了运行单个操作系统的单个例程而设计的。结果,VMM 面临着一系列挑战,需要英特尔虚拟化技术解决。下面我们来详细了解一下这些情况。

  权限级别

  所有现代处理器和操作系统均实施了权限级别(Privilege Level)概念,这一概念定义了具体流程所能执行的行为。英特尔架构提供了称为“环路”(ring)的四个权限级别,编号为 0-3。最高级为 0 级,用于操作系统;最低级为 3 级,用于各种应用。出于种种原因,1 级和 2 级均很少使用。只在运行于环路 0 中的操作系统可以无限制地访问硬件。通过将此环路限定用于单个操作系统,处理器可支持操作系统充分了解硬件状态。

  为使 VMM 正常运转,需要让它在环路 0 运行,并向客户操作系统制造客户操作系统在环路 0 中运行的假象。然而,由于 VMM 自身在环路 0 中运行,所有客户操作系统均不得在这一特权级别运行。事实上,它们目前一般在环路 1——一种称为“环路特权解除”(ring deprivileging)的技术上运行。这就给 VMM 带来了极大的困难,它必须不断监视虚拟机的活动以中断硬件访问和某些系统调用,并自己执行和模拟结果。

  英特尔虚拟化技术通过创建以下两类环路解决了这一问题:用于 VMM 的特许“根”环路(称为“OP 环路”),以及用于操作系统的非特许“非根”环路(称为“OD 环路”)。以这种方式,VMM 即可作为基本层,且所有操作系统均可在其上运行并拥有环路 0 的必要优势。通过这一方法,主机操作系统和应用可以在其预期的环路级别内运行,且察觉不到 VMM 的存在――所有主机操作系统均认为自己拥有整个机器。
 虚拟化技术是如何区分 32 位英特尔架构(IA)和安腾架构的?

  英特尔虚拟化技术在 32 位英特尔架构和安腾架构的表面较为类似,但由于这两个架构本身区别甚大,各自的规范支配着该技术在两个平台上的执行。对多数商务用户来讲,该技术的使用即使不完全一样,也是大同小异,关于该技术使用区别的概述,见《计算机(Computer)》2005年五月封面专题,《英特尔虚拟化技术》。

  32 位英特尔架构版本的英特尔虚拟化技术被称为 VT-x,关于 VT-x 的文件请见《针对 32 位英特尔架构(IA)的英特尔虚拟化技术规范(VT-x)》。 英特尔安腾架构版本称为 VT-i,关于 VT-I 的文件请见《英特尔安腾处理器的英特尔虚拟化技术规范(VT-i)》。

  有意思的是,IT 站点无需对其应用进行任何更改即可充分的利用英特尔虚拟化技术。事实上,这便是英特尔虚拟化技术的总体目标:无需在虚拟机中进行修改即可运行任何应用。英特尔虚拟化技术主要面向 VMM 厂商中的工程师,他们可以利用相关特性来提供更出色的虚拟化软件。通过采用英特尔虚拟化技术,全新的 VMM 产品将:

  更加稳定:VMM 将不再需要使用半虚拟化或二进制译码。这意味着它们无需采取任何特殊措施即可运行商业化操作系统和应用。

  更加强大:英特尔虚拟化技术可支持 VMM 首次在 IA x86 处理器上运行 64 位虚拟机操作系统。

  更可靠:借助硬件支持,VMM 现在可以进一步缩小尺寸、降低复杂性并提高效率。从而可以显著提高可靠性和可用性,并减少潜在的软件冲突。

  更安全:在 VMM 中使用硬件移植可以加强虚拟机的隔离,进一步防止一个虚拟机的破坏影响到同一系统上的其它虚拟机。

  很少有技术能够在站点不对其软件做任何更改或升级的情况下提供如此多的优势。为了有效的利用英特尔虚拟化技术,请确保在详细说明您的虚拟化解决方案时对此加以说明。
如今许多供应商都提供虚拟化软件,给予基于架构的在过去只在大型机上才有的功能。这个价值链中可利用的解决方案的例子包括如下:

  VMWare(EMC): ESX 服务器(ESX Server*、VMWare 服务器(VMWare Server*)、VMWare Player*、和虚拟中心(VirtualCenter*)

  微软:Virtual Server* 和 Virtual PC*

  Xen 开放源社区:Xen*

  Virtual Iron:Virtual Iron*

  SW Soft:Virtuozzo*

  Parallels:Parallels Workstation*

  英特尔正积极与软件厂商合作帮助这个价值链的开发。英特尔正与 Vmware 在数个市场发展和教育计划上进行合作,包括通过直接参与和目标材料直接向 IT 经理宣讲和引进虚拟化价值。为了向市场宣传及推动全面虚拟化,公司还投资了一整套虚拟化套件,包括特性完满的产品以及利于新客户开始使用虚拟化的支持资源。

  英特尔和微软也已联手,要将英特尔虚拟化技术扩展到包括支持 I/O 设备到虚拟机的映射,该虚拟机所在的服务器带有针对 Directed I/O (VT-d)的名为英特尔虚拟化技术的新规范。英特尔虚拟化技术家族以及英特尔 VT-d 的一部分帮助提升了 I/O 在虚拟环境中的可靠性、灵活性和性能。微软已与英特尔合作开发规范以确保为用户提供最佳功能。

  支持英特尔虚拟化技术的英特尔平台 2005 年开始发运,2006 年发运移动平台和基于英特尔至强处理器和工作站的平台。 支持英特尔虚拟化技术的基于英特尔安腾处理器的服务器将于 2006 年后期开始发运。
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