Intel至強(qiáng)5500:生是虛擬化的人

2009-08-18 10:09:51
服務(wù)器
芯片
虛擬化 隨著各類報(bào)道和評(píng)測(cè)，Intel至強(qiáng)5500已經(jīng)揭開(kāi)了自己神秘的面紗，人們突然發(fā)現(xiàn)，Intel至強(qiáng)5500似乎就是為了虛擬化而誕生的芯片。Intel至強(qiáng)5500可以自豪地說(shuō)：“我生是虛擬化的人，死是虛擬化的死人”。

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“因愛(ài)而生憂，因愛(ài)而生怖；或使離愛(ài)者，無(wú)憂亦無(wú)怖” 源自《佛說(shuō)妙色王因緣經(jīng)》，因?yàn)橛袗?ài)所以有了憂愁，因?yàn)橛袗?ài)所以有了恐懼；若是放下愛(ài)，就沒(méi)有了憂愁也沒(méi)有恐懼。

Intel虛擬化（VT）技術(shù)簡(jiǎn)介

Intel至強(qiáng)5500系列處理器是新一代基于Nehalem架構(gòu)的處理器，借助更高的I/O帶寬進(jìn)一步提高虛擬化性能，并通過(guò)支持多代虛擬機(jī)遷移，在虛擬化環(huán)境中實(shí)現(xiàn)無(wú)可比擬的靈活性。借助Intel處理器、芯片組和網(wǎng)卡中內(nèi)建的硬件增強(qiáng)技術(shù)，新一代Intel虛擬化技術(shù)（IntelVT）使本機(jī)虛擬化性能提高達(dá)2.1倍。

Intel VT由三部分技術(shù)組成：VTx、VTd和VTc。

VTx是處理器技術(shù)，提供內(nèi)存以及虛擬機(jī)的硬件隔離，所涉及的技術(shù)有頁(yè)表管理、以及地址空間的保護(hù)。

VTd是處理有關(guān)芯片組的技術(shù)，它提供一些針對(duì)虛擬機(jī)的特殊應(yīng)用，如支持某些特定的虛擬機(jī)應(yīng)用跨過(guò)處理器I/O 管理程序，直接調(diào)用I/O資源，從而提高效率，通過(guò)直接連接I/O帶來(lái)近乎***的I/O性能。

VTc是針對(duì)網(wǎng)絡(luò)提供的管理，它可以在一個(gè)物理網(wǎng)卡上，建立針對(duì)虛擬機(jī)的設(shè)備隊(duì)列。在Intel提供的網(wǎng)卡中，將虛擬機(jī)數(shù)據(jù)分類管理的功能，從處理器轉(zhuǎn)移到了網(wǎng)卡上，從而解放了CPU，提高網(wǎng)路的效率。

Intel至強(qiáng)5500，生是虛擬化的人，死是虛擬化的死人

虛擬化要想得到更好、更穩(wěn)定、更可靠、性能更高的一套系統(tǒng)的話，是離不開(kāi)軟硬件共同合作的，Intel 5500系統(tǒng)的推出，在硬件層次提供了很多更新、更強(qiáng)的虛擬化的一些代碼，這些代碼通過(guò)虛擬化的軟件平臺(tái)能夠給大家?guī)?lái)更好的虛擬化體驗(yàn)。

在虛擬化方面，Intel和VMware的合作也很緊密，VMware內(nèi)置了很多種針對(duì)Intel的虛擬化硬件平臺(tái)，所謂的硬件輔助這種指定級(jí)的軟件功能，可以幫助用戶大提高整個(gè)虛擬化平臺(tái)的整合比率，提高系統(tǒng)的性能、穩(wěn)定性。

至強(qiáng)5500的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸總線、DDR內(nèi)存控制，3G的緩存這些新特性，都使得一些關(guān)鍵應(yīng)用的系統(tǒng)，比如數(shù)據(jù)庫(kù)、大規(guī)模的郵件系統(tǒng)，都可以運(yùn)行在虛擬平臺(tái)上，享受虛擬平臺(tái)帶來(lái)的好處。

隨著硬件的不斷升級(jí)，在老的系統(tǒng)和新的系統(tǒng)中間需要進(jìn)行動(dòng)態(tài)的遷移，這在以前是一個(gè)很大的問(wèn)題，要求必須有同代或者同樣的CPU指定級(jí)的系統(tǒng)才能夠放在一個(gè)虛擬池里。Intel新平臺(tái)的推出，一個(gè)Flexmigration（靈活遷移）技術(shù)的誕生，使得問(wèn)題迎刃而解，能夠在不同代的CPU平臺(tái)之間進(jìn)行遷移。VMware是***家來(lái)支持Flexmigration（靈活遷移）這樣的虛擬化平臺(tái)，Intel的硬件和Vmware的軟件的***結(jié)合，使得用戶在不同代的計(jì)算平臺(tái)，可以整合在一個(gè)虛擬池里頭，根據(jù)業(yè)務(wù)應(yīng)用的不同情況，讓不同的虛擬機(jī)在不同代的計(jì)算平臺(tái)中能夠動(dòng)態(tài)遷移，達(dá)到靈活應(yīng)用的目的。

這次的Nehalem架構(gòu)還改變了TLB等級(jí)架構(gòu)，TLB是用來(lái)緩存虛擬地址和物理地址映射關(guān)系的。Nehalem建立起了真正意義上的兩級(jí)TLB體系，可以動(dòng)態(tài)分配給SMT的活躍線程狀態(tài)（thread context）。Nehalem的L1 DTLB可以做所有的存儲(chǔ)訪問(wèn)（可以讀取和存儲(chǔ)），它有64項(xiàng)小頁(yè)表和32項(xiàng)大頁(yè)表，也都是4路聯(lián)合。而新的L2 TLB是通用型的（可以用于指令和數(shù)據(jù)），它只有512項(xiàng)小頁(yè)表，也是4路聯(lián)合。

Nehalem的TLB項(xiàng)還通過(guò)使用虛擬處理器ID（Virtual Processor ID，VPID）而有所變化。每一個(gè)TLB項(xiàng)都緩存一個(gè)內(nèi)存頁(yè)的虛擬地址到物理地址的轉(zhuǎn)換。而這個(gè)轉(zhuǎn)換是特定于一個(gè)給定的進(jìn)程或虛擬機(jī)（virtual machine，VM）。當(dāng)處理器在虛擬客戶端和主機(jī)之間切換時(shí)，INTEL過(guò)去的CPU都要往TLB里填寫(xiě)，以確保進(jìn)程只能夠訪問(wèn)到它們被允許訪問(wèn)的內(nèi)存。而VPID則跟蹤是哪一個(gè)VM的TLB項(xiàng)，這樣在該VM退出后又重新進(jìn)入時(shí)，TLB就不用填寫(xiě)也能夠確保安全。如果一個(gè)進(jìn)程試圖訪問(wèn)不是它自己的地址轉(zhuǎn)換，則就會(huì)直接在TLB中命中失敗，而不會(huì)是到頁(yè)表中去做非法訪問(wèn)。VPID通過(guò)降低虛擬機(jī)地址轉(zhuǎn)換的開(kāi)銷（overhead）而有助于提升虛擬化性能。INTEL估計(jì)，Nehalem的一個(gè)來(lái)回的VM地址轉(zhuǎn)換的延遲約是Conroe的40%，約比Penryn低1/3（即約是Penryn的66%）。

Nehalem另一個(gè)虛擬化方面的改變是擴(kuò)展頁(yè)表（Extended Page Tables，EPT），用來(lái)消除許多VM地址轉(zhuǎn)換，即減少轉(zhuǎn)換次數(shù)（而VPID的作用是降低VM地址轉(zhuǎn)換的延遲）。通常的頁(yè)表是用來(lái)匹配客戶機(jī)的虛擬地址和客戶機(jī)的物理地址，然而在一個(gè)虛擬化系統(tǒng)中，也有從客戶機(jī)的物理地址到主機(jī)的物理地址的轉(zhuǎn)換。INTEL早期的CPU（和AMD在Barcelona之前的CPU）將需要系統(tǒng)管理程序（hypervisor）來(lái)處理頁(yè)面錯(cuò)誤，而Nehalem則通過(guò)EPT，來(lái)消除了許多不必要的虛擬機(jī)退出。

作為更出色的虛擬化物理平臺(tái)，Intel至強(qiáng)5500 系列處理器具有獨(dú)特的硬件輔助特性，可進(jìn)一步改進(jìn)虛擬數(shù)據(jù)中心，幫助控制服務(wù)器的增長(zhǎng)速度?；贗ntel微體系架構(gòu) Nehalem 的Intel至強(qiáng)5500 系列處理器采用多項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)，可有效提高系統(tǒng)性能、增強(qiáng) I/O、支持用戶將各代服務(wù)器集中至同一個(gè)虛擬服務(wù)器池中，同時(shí)提高系統(tǒng)的應(yīng)用故障恢復(fù)、負(fù)載均衡和災(zāi)難恢復(fù)能力，進(jìn)一步擴(kuò)展虛擬化優(yōu)勢(shì)。

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