Intel至强5500:生是虚拟化的人

2009-08-18 10:09:51

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芯片

虚拟化随着各类报道和评测，Intel至强5500已经揭开了自己神秘的面纱，人们突然发现，Intel至强5500似乎就是为了虚拟化而诞生的芯片。Intel至强5500可以自豪地说：“我生是虚拟化的人，死是虚拟化的死人”。

“因爱而生忧，因爱而生怖；或使离爱者，无忧亦无怖” 源自《佛说妙色王因缘经》，因为有爱所以有了忧愁，因为有爱所以有了恐惧；若是放下爱，就没有了忧愁也没有恐惧。

Intel虚拟化（VT）技术简介

Intel至强5500系列处理器是新一代基于Nehalem架构的处理器，借助更高的I/O带宽进一步提高虚拟化性能，并通过支持多代虚拟机迁移，在虚拟化环境中实现无可比拟的灵活性。借助Intel处理器、芯片组和网卡中内建的硬件增强技术，新一代Intel虚拟化技术（IntelVT）使本机虚拟化性能提高达2.1倍。

Intel VT由三部分技术组成：VTx、VTd和VTc。

VTx是处理器技术，提供内存以及虚拟机的硬件隔离，所涉及的技术有页表管理、以及地址空间的保护。

VTd是处理有关芯片组的技术，它提供一些针对虚拟机的特殊应用，如支持某些特定的虚拟机应用跨过处理器I/O 管理程序，直接调用I/O资源，从而提高效率，通过直接连接I/O带来近乎***的I/O性能。

VTc是针对网络提供的管理，它可以在一个物理网卡上，建立针对虚拟机的设备队列。在Intel提供的网卡中，将虚拟机数据分类管理的功能，从处理器转移到了网卡上，从而解放了CPU，提高网路的效率。

Intel至强5500，生是虚拟化的人，死是虚拟化的死人

虚拟化要想得到更好、更稳定、更可靠、性能更高的一套系统的话，是离不开软硬件共同合作的，Intel 5500系统的推出，在硬件层次提供了很多更新、更强的虚拟化的一些代码，这些代码通过虚拟化的软件平台能够给大家带来更好的虚拟化体验。

在虚拟化方面，Intel和VMware的合作也很紧密，VMware内置了很多种针对Intel的虚拟化硬件平台，所谓的硬件辅助这种指定级的软件功能，可以帮助用户大提高整个虚拟化平台的整合比率，提高系统的性能、稳定性。

至强5500的点对点的传输总线、DDR内存控制，3G的缓存这些新特性，都使得一些关键应用的系统，比如数据库、大规模的邮件系统，都可以运行在虚拟平台上，享受虚拟平台带来的好处。

随着硬件的不断升级，在老的系统和新的系统中间需要进行动态的迁移，这在以前是一个很大的问题，要求必须有同代或者同样的CPU指定级的系统才能够放在一个虚拟池里。Intel新平台的推出，一个Flexmigration（灵活迁移）技术的诞生，使得问题迎刃而解，能够在不同代的CPU平台之间进行迁移。VMware是***家来支持Flexmigration（灵活迁移）这样的虚拟化平台，Intel的硬件和Vmware的软件的***结合，使得用户在不同代的计算平台，可以整合在一个虚拟池里头，根据业务应用的不同情况，让不同的虚拟机在不同代的计算平台中能够动态迁移，达到灵活应用的目的。

这次的Nehalem架构还改变了TLB等级架构，TLB是用来缓存虚拟地址和物理地址映射关系的。Nehalem建立起了真正意义上的两级TLB体系，可以动态分配给SMT的活跃线程状态（thread context）。Nehalem的L1 DTLB可以做所有的存储访问（可以读取和存储），它有64项小页表和32项大页表，也都是4路联合。而新的L2 TLB是通用型的（可以用于指令和数据），它只有512项小页表，也是4路联合。

Nehalem的TLB项还通过使用虚拟处理器ID（Virtual Processor ID，VPID）而有所变化。每一个TLB项都缓存一个内存页的虚拟地址到物理地址的转换。而这个转换是特定于一个给定的进程或虚拟机（virtual machine，VM）。当处理器在虚拟客户端和主机之间切换时，INTEL过去的CPU都要往TLB里填写，以确保进程只能够访问到它们被允许访问的内存。而VPID则跟踪是哪一个VM的TLB项，这样在该VM退出后又重新进入时，TLB就不用填写也能够确保安全。如果一个进程试图访问不是它自己的地址转换，则就会直接在TLB中命中失败，而不会是到页表中去做非法访问。VPID通过降低虚拟机地址转换的开销（overhead）而有助于提升虚拟化性能。INTEL估计，Nehalem的一个来回的VM地址转换的延迟约是Conroe的40%，约比Penryn低1/3（即约是Penryn的66%）。

Nehalem另一个虚拟化方面的改变是扩展页表（Extended Page Tables，EPT），用来消除许多VM地址转换，即减少转换次数（而VPID的作用是降低VM地址转换的延迟）。通常的页表是用来匹配客户机的虚拟地址和客户机的物理地址，然而在一个虚拟化系统中，也有从客户机的物理地址到主机的物理地址的转换。INTEL早期的CPU（和AMD在Barcelona之前的CPU）将需要系统管理程序（hypervisor）来处理页面错误，而Nehalem则通过EPT，来消除了许多不必要的虚拟机退出。

作为更出色的虚拟化物理平台，Intel至强5500 系列处理器具有独特的硬件辅助特性，可进一步改进虚拟数据中心，帮助控制服务器的增长速度。基于Intel微体系架构 Nehalem 的Intel至强5500 系列处理器采用多项创新技术，可有效提高系统性能、增强 I/O、支持用户将各代服务器集中至同一个虚拟服务器池中，同时提高系统的应用故障恢复、负载均衡和灾难恢复能力，进一步扩展虚拟化优势。

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