打开x86架构的虚拟化大门

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1、 “截止2008年， 不能充分利用虚拟化技术的企业将会多支出40%的 采购成本和20左右的管理成本。 ” Gartner服务器虚拟化的未来这是危言耸听还是未雨绸缪的思考？ 对应用越来越广泛的x86服务器用户来说， 虚拟化技术真的是必不可少的利器吗？在回答这些问题之前， 先让我们看看x86架构虚拟化技术的发展历程。 从历史上看， x86架构的虚拟化依靠复杂而脆弱的软件技术， 通过二进制补丁捕获和在软件中模拟执行某些敏感的、 不可虚拟化的指令来实现。 与运行在本机虚拟化架构上 （如IBM System/370） 的虚拟机相比， 这类方法造成大量的性能开销， 给系统调用、 中断虚拟化和频繁访问特权资

2、源造成重大问题。 正是这个原因， 因此我们看到虽然VMware、 Xen等提供的x86平台虚拟化软件工具很成熟， 但是大部分被应用在非关键应用中。然而， 随着越来越多的企业希望能够有效应对IT系统成本控制日益精细化、 服务器量越来越庞大、 服务器利用率低下、 x86服务器可靠性提升到5个9等问题， 能够显著带来成本节省、 能够有效帮助服务器整合从而减少服务器数量、 能够明显提升服务器资源利用率并且能够增强服务器可靠性的虚拟化技术， 就成为了x86架构服务器平台的一种强烈需求。 尤其是x86服务器走入了越来越多的关键行业和关键应用后， 这个需求就更加突出了 。在软件实现的x86架构虚拟化中， 提

3、供虚拟化功能的软件常常被称为虚拟机监测程序（VMM） 或hypervisor。 与运行在本机虚拟化架构上 （如IBM System/370） 的虚拟机相比， 这类方法造成大量的性能开销， 给系统调用、 中断虚拟化和频繁访问特权资源造成了重大问题。而今天用户更加需要的是一种能够规避上述问题的、 全新的虚拟化技术， 能够在x86平台上实打开x86架构的虚拟化大门前言英特尔公司是芯片创新、 开发技术、 产品与计划的全球领先厂商， 致力于不断改进人们的工作和生活方式。 如欲了解有关英特尔的更多信息， 请访问： 。作为一项诞生于40多年前的技术， 实践证明 虚拟化能够给企业带来诸多好处。在服务器领域，

4、虚拟化可以带来更高的部件及系统级利用率， 带来具有透明负载均衡、 动态迁移、 故障自动隔离、 系统自动重构的高可靠服务器应用环境， 以及更为简洁、 统一的服务器资源分配管理模式。整合遏制服务器蔓延不论是企业的规模大小， 一般情况下， IT机构通常会将其7080%的预算用做现有系统和应用管理开支。 过去， IT机构总是倾向于使用一台服务器运行一个应用。 尤其是在x86服务器的使用方面， 这往往被看作是一种经济、 高效的战略， 因为一台服务器运行一个应用的方法， 不仅可以简化服务器的部署工作， 而且还可以减少潜在的软件冲突。 在国内， 这种状况尤其普遍。但是， 随着企业IT应用环境日益复杂， 运行

5、在服务器平台上的应用数量不断增加， 这种单机运行单一平台的做法， 带来了严重的后果-全球范围内的服务器数量在过去十年间增加了150倍， 过多的服务器带来了处理器应用率低下、 维护困难 （服务器的升级、 补丁 ， 防病毒等） 、 维护成本高等多方面问题， 而且， 管理这些系统的相关成本也急剧增长。与此同时发生的另一个现象是， 服务器的平均性能在明显提高， 例如， 在运行不同类型应用时， 双核平台较单核平台性能有从30%100%不等的提升， 而四核平台又比双核平台有平均60%的性能提升。这两个现象碰撞的结果， 在IT技术供应商端促进了可以帮助用户整合物理服务器和应用的技术创新， 而在用户端，则促进

6、了通过将应用和操作系统整合到单一平台上的需求梦想。 在这种技术创新和需求梦想的碰撞、 交织和沟通中， 虚拟化技术被证明是一个可以帮助用户整合服务器、 整合多个应用、 整合多个操作系统的理想工具。 一方面， 多核平台带来了性能提升、 可靠性提高以及全新虚拟化的四大价值Part1现类似于主机平台的虚拟化功能。2005年冬天， 英特尔带来了业内首例面向台式机的硬件虚拟化支持技术及相关的处理器产品,第一次在x86平台上实现了本机虚拟化， 拉开了x86架构虚拟化技术应用的新时代大幕。为什么业界对关键应用上的虚拟化技术始终缺乏信心？ 为什么说英特尔 虚拟化技术解决了原先纯软件方案中问题？ 有三个原因:1.

7、处理器， 原先的0级指令冲突所带来的系统不稳定性风险及复杂的系统补丁跟踪工作， 在新的英特尔处理器虚拟化技术模式下得以完全解决；2.内存技术， 原先的软件虚拟化难以实现的大内存需求的企业级应用，通过英特尔 虚拟化技术中的Extended Page Table可以得到解决；3.I/O技术， 英特尔 虚拟化技术通过对北桥功能的扩展， 可以进一步隔离虚拟机间的I/O， 保证关键应用的性能及可靠性。其后不久， 英特尔将这一业界首创的硬件虚拟化支持技术应用到了至强系列平台和安腾系列平台中， 从而将x86服务器以及基于x86服务器的用户带入了一个更高可管理性和更强大安全性的新时代。可以说， 英特尔推出的硬

8、件辅助虚拟化技术， 将x86平台带入了真正的虚拟化时代。 不过， 对英特尔来说、 对x86平台来说， 这仅仅是开始， 虚拟化技术将成为未来服务器平台的标准配置。英特尔 虚拟化技术的 主要特性和优势： 专为虚拟机监视器 （VMM） 提供的 全新特权空间， 可支持未经修改的操 作系统和应用在专门为它们设计的环 境中运行， 从而简化硬件调用； 通过硬件底层指令集来支持虚拟 机监视器 （VMM） 与已安装的Guest OS (虚拟机上的操作系统)之间的切 换， 使得虚拟化技术更加简单、 高效、 可靠； 虚拟机监视器 （VMM） 和已安装 的Guest OS 的处理器状态信息保留 在专用内存地址空间中，

9、 这样可以缩 短各个操作系统访问硬件之间的间隔 时间， 同时提高了各个虚拟机上的操 作系统之间的安全；何为虚拟化虚拟化是指计算元件在虚拟的基础上而 不是真实的基础上运行。 虚拟化技术可以 扩大硬件的容量， 简化软件的重新配置过 程。 CPU的虚拟化技术可以单CPU模拟多 CPU并行， 允许一个平台同时运行多个操 作系统， 并且应用程序都可以在相互独立 的空间内运行而互不影响， 从而显著提高 计算机的工作效率。 企业在实施服务器虚拟化之前需要思考的六个问题 数据中心里面是否有足够、 适当的电源？ 数据中心里面是否有足够的制冷设备？ 数据中心里面是否有合适的安全设施？ 数据中心里面是否有足够的备用

10、设施？ 虚拟化平台能否提供将要运行其上的可用的工作负载？ 虚拟化平台是不是需要新的支持工具和新的员工技能？价值篇物理机虚拟机的应用模式， 另一方面英特尔硬件级别的虚拟化技术能够支持效率更高、 性能更优化的本机虚拟化能力。 多核， 多虚拟环境通过与海量存储系统的整合， 就可以实现数据中心的灵活整合。破解利用率谜局虚拟化技术还可以明显地改善另一个困扰许多用户的问题。即使在今天， 多数用户的服务器系统利用率只有10%30%， 大量服务器处于严重的利用率低下状态。 导致服务器利用率低下的原因有许多， 例如每种工作负载都需要使用单独的服务器、 企业中的各个部门拥有 “自己的” 服务器 （其中一部分也许处

11、于闲置状态， 但是其他部门的工作负载无法共享这些资源） 、 容量规划不科学 （因为担心复杂、 麻烦、 花费时间的系统迁移， 大部分时候预计的容量要比实际高， 甚至高很多） 等等。传统的整合方式， 就是在单个操作系统副本上运行多个应用， 导致了许多技术障碍， 如： 文件系统命名空间冲突、网络端口冲突、 进程间通信冲突、 不一致的内核调整或补丁级别等等。 而虚拟化可以使系统轻松拥有在单一平台上运行多个应用的能力， 从而提高系统资源的利用率， 有效打破资在英特尔推出包含硬件辅助虚拟化技术的新 一代处理器之前， x86架构缺乏真正能够实现 虚拟化技术的基本要求， 从而使在这类处理 器上实现VMM十分困

12、难。 这些要求包括： 等价性： 运行在虚拟机环境下的程序应当表现出与原始物理机器基本一致的行为； 资源控制： 虚拟机必须完全控制虚拟化的资源； 效率： 虚拟机不应当显著降低工作负载性能；作为全球首个x86平台的硬件辅助虚拟化解决方案， 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， 从处理器、 芯片组、 内存、 基本BIOS、 存储设备到显卡以及I/O设备各种硬件虚拟化， 这意味着一个更广泛部署的硬件虚拟化技术实现包括计算、 存储、 I/O处理在内的整个计算平台的虚拟化。 这样， 整个计算机资源可以得到更充分的管理和利用， 系统的性能、 可靠性、 安全性和可管理性也能够实现质的

13、飞跃。在英特尔推出的硬件级别虚拟化技术使得x86架构达到了上述的虚拟化要求， 从而使本机虚拟化变为现实。 利用本机虚拟化， VMM仿真整个硬件， 使用于相同类型的CPU的未经修改的操作系统可在虚拟机容器内执行。 借助本机虚拟化，VMM可以在硬件而不是软件中利用仿真模型， 处理敏感的、不可虚拟化的指令， 高效率地实现x86指令集的虚拟化。 它还利用性能分析， 有选择地将加速技术用于内存和I/O操作。 华尔街的IT评论家们对此给予了这样的评价： “本机虚拟化为用户带来了性能和易于实现的显著好处， 值得那些计划进一步实现服务器虚拟化的用户考虑。 ” 全新设计的英特尔 虚拟化技术通过扩展内核平台架构，

14、 可以消除纯软件虚拟化解决方案中的缺陷， 其增强的特性包括： 面向虚拟机监视器 （VMM） 的全新特权环这使得虚拟操作系统和应用在专为其设计的环内运行， 同时确保VMM拥有对平台资源的特许控制权， 从而可以消除许多潜在的冲突， 简化VMM要求， 并提高与未更改的传统操作系统的兼容性； 基于硬件的转换在硬件中支持VMM与虚拟操作系统之间的切换， 这可以减少对于复杂的计算密集型软件转换的需求； 基于硬件的内存保护在专用地址空间为VMM和所有虚拟操作系统保留处理器状态信息， 这可以帮助加快转换， 并确保这一流程的完整性。这些特性能为软件厂商和企业IT部门带来许多便利： 降低实施服务器虚拟化解决方案的

15、成本和风险。 提高在模拟分区中运行的应用的可靠性、 可用性和安全性。 增强与传统软件的互操作性。当然， 在帮助用户更好地实现x86服务器虚拟化的课题面前， 英特尔并没有站在它的创新成果上沾沾自喜。 相反， 英特尔积极加强与软件厂商的合作， 希望加速推出下一代虚拟化软件， 以高效利用这一新的增强架构。 很快， 市场便感受到了这种开放、 合作、 创新的态度所带来的硕果。 微软的Virtual Server*、 VMware的VMware ESX Server*、Xensource的Xen*等一系列虚拟化技术和产品， 都在不断加强与英特尔 虚拟化技术的紧密合作， 增加支持功能模块， 使得越来越多的用

16、户开始关注、 采纳虚拟化技术。新革命： “本机虚拟化”Part2源利用率瓶颈。 很多采用了虚拟化技术的用户都已经尝到了提升系统资源利用率的好处。让数据中心更可靠虚拟化可通过以下几个主要方式， 提高数据中心的可靠性， 保障业务连续性：故障隔离大多数应用故障均由软件故障引发。 虚拟化可提供虚拟分区之间的逻辑隔离， 这样一个分区中的软件故障便不可能影响到另一个分区中的应用。 逻辑隔离还能帮助遏制数字攻击， 从而可有效增强整合环境中的安全性。故障切换灵活性虚拟机通过配置可为一个或多个应用提供自动故障切换。 鉴于基于英特尔 至强 处理器的服务器平台能够提供高度可用性， 通过在相同平台上提供故障切换分区作为主要应用， 通常可满足服务等级要求。 如果要求更高的可用性， 可将故障切换分区托管到单独的服务器平台上。不同的安全设置每台虚拟机可以应用不同的安全设置， 这样IT部门就能够保持对最终用户和管理员特权的高度控制。 例如， 基于虚拟机的灾备系统， 就是一