英特尔四核CPU 打开x86架构的虚拟化大门(1)

前言：打开x86架构虚拟化大门

“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x8 6架构虚拟化中，提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.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。

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。

虚拟化的四大价值

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，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70~80%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%~10 0%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

服务器（其中一部分也许处于闲置状态，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。