领先的奥妙 英特尔虚拟化技术详解

说起虚拟化技术，可谓是近几年来企业级应用领域里最火热的一个词汇。笔者从多方面了解到一种说法，说虚拟化是被媒体和厂商炒作，才得以如今的火爆，但自身并没有宣传中的那么“邪乎”。其这么说，不如说虚拟化技术可以为企业的IT系统带来变化，带来利益。可能这种利益在短期、小规模内看不到什么成效，但从长远角度来看，虚拟化技术可以解决当前服务器领域内服务器数量过于庞大、利用率低下和可靠性不高等一系列问题，但最明显的其实就是为用户降低成本。通过虚拟化技术的整合功能，可以有效帮助服务器整合而减少服务器数量，由此提高服务器资源利用率。

尤其是在x86架构服务器平台上，由于x86服务器如今得到更多关键领域的关键应用，因此虚拟化技术的普及和应用被业界普遍看好，成为热门也是当仁不让。据市场研究公司Gartner称，虚拟化在2012年之前将一直是对改变基础设施和运营影响最大的趋势，到2009年，x86服务器将安装400多万个虚拟机。虚拟化也不再是单一的服务器或单一的硬件层次，它是结成服务器、存储、网络、安全、软件和服务从而组成异构的环境，因此虚拟化是需要多方面领域联合进行的。

Intel作为IT领域的核心芯片制造商，不仅为为行业提供先进可靠的硬件产品，同时对于虚拟化技术也有一定的成就，通过对虚拟化硬件层的支持，可以提供效率更高、性能更优的本机虚拟化能力。同时应用在多核、多虚拟机环境下通过和海量存储系统的整合，实现在异构环境下与数据中心的灵活调动。

但在人们的观念和应用中，虚拟化技术更多的则是通过软件虚拟机监视器或管理程序来实现，比如VMWare、微软、Xen都推出了大量的虚拟化管理程序。这些虚拟化软件产品在虚拟化方案部属当中，是基于硬件层和操作系统之间的一个抽象层，以支持每个操作系统在虚拟机中控制基础硬件。虚拟机监视器在统一硬件平台上同时支持多个虚拟机，从而使多个操作系统和应用程序存在于一台服务器上。

这也目前最常见的虚拟化技术应用方式，通过软件在有限的服务器资源上通过更多的虚拟机进行更多的应用。如果说虚拟化技术通过软件进行管理被称为硬件资源共享，那么这种共享实际上是有一定的局限性的，比如在能耗、性能和可支持性方面存在一些不足。当然导致这些不足是由于操作系统主要是来控制基础硬件，而非进行资源共享。

英特尔作为硬件厂商，无论是从自身还是从行业需求，理应考虑从硬件层考虑，提供给客户一个从硬件层支持虚拟化同时又可以很好的同软件虚拟化解决方案相结合的方案，将整个IT系统提高效率、性能和可靠性。于是，英特尔的虚拟化VT技术，以硬件支持为基础，配合软件支持，提供给客户前所未有的最先进的解决方案。

其实英特尔虚拟化VT技术是一种设计更简单、实施更高效和可靠的方法，也是首个x86平台的硬件辅助虚拟化解决方案，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。由于增加了对硬件的支持，因此可有效提高软件虚拟化解决方案的效率和能力。英特尔架构基于环路特权概念，其中包括四个特权等级：Ring-0、Ring-1、Ring-2和Ring-3。其中Ring-0定义了最高的特权等级，它是专门为原始环境中的操作系统定义的。

通过纯软件模式处理虚拟化的方式是在特权级别最高的一级Ring-0中运行虚拟机监视器，从而将操作系统降到Ring-1。尽管此方法比较奏效，但却在环路混淆、未截流指令、过多页错、CPU状态上下文切换和地址空间压缩等方面存在一些挑战，从而导致解决方案在性能或可靠性方面出现问题。

而目前的x86服务器处理器在通过虚拟化部属时需要复杂的软件应急方案，而英特尔VT技术则通过在一个新的环路层根层中运行VMM来消除这些虚拟化漏洞和对应急方案的需求，从而保持传统的环路结构，也就是将ring-0用于操作系统，而Ring-3应用于应用软件。

其中针对CPU虚拟化是英特尔在2005年推出的英特尔虚拟化解决方案的第一步，而随后在第二年的三月份，英特尔发布了针对直接I/O访问的VT-d技术规范。

VT-d结束可在芯片组中为DMA重新映像和直接分配提供硬件辅助。通过支持硬件中的DMA重新映像，VT-d可加强对内存保护的支持，以防在直接内存读取过程中出现错误代码，从而影响系统的稳定性。虚拟机监视器还可以使用VT-d将I/O资源直接分配给特定的虚拟机。直接分配使未更改的客户机操作系统能够直接获取崭新的物理设别功能，而虚拟化软件提供商却无法通过编写模拟驱动程序来获得这些功能。同时，英特尔对于内存虚拟化也是投入了大量的精力进行研发，从而进一步更好的提高虚拟机监视器的性能和稳定性。

英特尔虚拟化VT由此可以给IT系统和客户带来更多的利益。这些利益主要可分为五部分，分别为高能效性、低复杂性、高可靠性、高兼容性和灵活性。

高能效：基于软件的虚拟机带给用于虚拟服务器资源的各项成本支出，比如I/O操作、内存管理记忆模拟“特权级”处理器指令。通过借助硬件层虚拟化的功能，英特尔VT技术可以降低成本支出，从而更好的在性能和能耗之间进行平衡，提高性能，降低功耗成本支出。

低复杂性：在软件虚拟化解决方案中，需要客户机操作系统在与基础硬件通信时通过虚拟机监视器。因为客户机操作系统实在地址空间和特权级别中运行，而通常各种应用也是基于这个空间。因此需要通过客户机操作系统自身的二进制转换和修补使其作为客户机在虚拟化环境中运行，并使其相信自己是在裸机上运行。因此当对操作系统进行更新处理的时候，也需要对虚拟机监视器进行修补。这个过程相对硬件辅助虚拟化而言，就会大大增加了管理人员的任务量和管理复杂程度。而硬件辅助虚拟化则可以提供一个全新的架构以支持客户及操作作为未来更改虚拟机运行，从而消除对于二进制转换或修补的需求。这也是硬件辅助虚拟化的一大亮点。

高可靠：英特尔VT技术通过为特权环路扩展提供硬件支持而简化管理程序，可以使VMM在更高级别的全新特权环路中运行，因此可以是客户机的操作系统运行于本次的Ring-0环路中。在用户角度而言，随着对虚拟化技术在服务器应用的不断加深，可以更加稳定可靠的运行，同时可用性非常高，而且易于维护。

高兼容：可以是系统应用于更多的操作系统中，不仅是当前32位的OS，64位操作系统也可成为虚拟机直接支持的系统类型。同时可以适用于除Windows操作系统之外的其他操作系统。

灵活性：英特尔VT技术的一个关键性优势就是让虚拟化软件独立于特定的操作系统之外，避免了很多复杂的操作管理，让管理人员的管理使用更加简便灵活。

上文谈到，一套完整的虚拟化解决方案不是某个单独的厂商可以完成，实际上更是整个产业链相互合作的结果。英特尔VT技术同样也离不开众多价值链厂商的支持，其中包括系统厂商、软件厂商、渠道合作伙伴、最终用户和标准组织等等。目前英特尔已经和主流的虚拟化软件提供商进行合作，向客户提供最完善的虚拟化解决方案。我们知道VMware作为虚拟化行业中的先锋，在该行业内拥有很重要的地位，同时英特尔作为VMware的第二大股东，在一定程度上也会起到影响虚拟化行业发展的作用。

英特尔广泛的与诸多合作伙伴进行合作，其目的就是建立一个基于硬件辅助虚拟化的标准。无论是VMware还是其它相关厂商，在接受笔者的采访时，都表示需要建立一套虚拟化标准制度，从软件到硬件，从核心到周边，一套完整的虚拟化部属在标准制度下才可以得到最大程度的资源配备。

英特尔一直讲究技术创新，在通过不断的技术创新才会在相关领域占有重要地位。正因为如此，硬件辅助虚拟化技术的推出也使英特尔在虚拟化行业的激烈竞争中脱颖而出。但作为媒体或者说站在一个客户的角度而言，英特尔一枝独秀的技术创新更需要和其合作伙伴进行更多的支持和配合，将英特尔在虚拟化领域的经验分享给其他合作伙伴，以确保合作伙伴能够增强英特尔所提供的各种产品功能。这样才会更加增强英特尔在虚拟化行业的权威性，并将帮助英特尔在x86系统虚拟化领域立于不败之地。