VTx到VTdIntel虚拟化技术发展

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1、VT-x到VT-dIntel虚拟化技术发展　　当前非常热门的Virtualization虚拟化技术的出现和应用其实已经有数十年的历史了，在早期，这个技术主要应用在服务器以及大型主机上面，现在，随着PC性能的不断增长，Virtualization也开始逐渐在x86架构上流行起来。　　　　虚拟化技术将各种资源虚拟出多台主机，以提高这些资源的共享率和利用率　　虚拟化可以将IT环境改造成为更加强大、更具弹性、更富有活力的架构。通过把多个操作系统整合到一台高性能服务器上，最大化利用硬件平台的所有资源，用更少的投入实现更多的应用，

2、还可以简化IT架构，降低管理资源的难度，避免IT架构的非必要扩张。客户虚拟机的真正硬件无关性还可以实现虚拟机的运行时迁移，可以实现真正的不间断运行，从而最大化保持业务的持续性，而不用为购买超高可用性平台而付出高昂的代价。　　　　和Sun上的虚拟化技术(CPU分区)比起来，x86上的虚拟化要落后不少的，然而确实在不断进步着，在数年前，x86上还没有什么硬件支持，甚至连指令集都不是为虚拟化而设计，这时主要靠完全的软件来实现虚拟化，当时的代表是VMware的产品，以及尚未被Microsoft收购Connectix开发的Vir

3、tualPC，在服务器市场上应用的主要是VMware的产品，包括GSXServer和稍后的ESXServer，这些软件虚拟化产品在关键指令上都采用了二进制模拟/翻译的方法，开销显得比较大，后期出现了Para-Virtualization部分虚拟化技术，避免了一些二进制转换，性能得到了提升，不过仍然具有隔离性的问题。　　　　今天，虚拟化技术的各方面都有了进步，虚拟化也从纯软件逐深入到处理器级虚拟化，再到平台级虚拟化乃至输入/输出级虚拟化，代表性技术就是IntelVirtualizationTechnologyforDir

4、ectedI/O，简写为IntelVT-d，在介绍这个IntelVT-d之前，我们先来看看x86硬件虚拟化的第一步：处理器辅助虚拟化技术，也就是IntelVirtualizationTechnology，分为对应Itanium平台的VT-i和对应x86平台的VT-x两个版本。AMD公司也有对应的技术AMD-V，用于x86平台。我们介绍的是x86平台上的VT-x技术，VT-i技术原理上略为相近。　　纯软件虚拟化主要的问题是性能和隔离性。FullVirtualization完全虚拟化技术可以提供较好的客户操作系统独立性，不

5、过其性能不高，在不同的应用下，可以消耗掉主机10%~30%的资源。而OSVirtualization可以提供良好的性能，然而各个客户操作系统之间的独立性并不强。无论是何种软件方法，隔离性都是由Hypervisor软件提供的，过多的隔离必然会导致性能的下降。　　这些问题主要跟x86设计时就没有考虑虚拟化有关。我们先来看看x86处理器的Privilege特权等级设计。　　　　x86架构为了保护指令的运行，提供了指令的4个不同Privilege特权级别，术语称为Ring，从Ring0～Ring3。Ring0的优先级最高，Ri

6、ng3最低。各个级别对可以运行的指令有所限制，例如，GDT，IDT，LDT，TSS等这些指令就只能运行于Privilege0，也就是Ring0。要注意Ring/Privilege级别和我们通常认知的进程在操作系统中的优先级并不同。　　操作系统必须要运行一些Privilege0的特权指令，因此Ring0是被用于运行操作系统内核，Ring1和Ring2是用于操作系统服务，Ring3则是用于应用程序。然而实际上并没有必要用完4个不同的等级，一般的操作系统实现都仅仅使用了两个等级，即Ring0和Ring3，如图所示：　　　　也

7、就是说，在一个常规的x86操作系统中，系统内核必须运行于Ring0，而VMM软件以及其管理下的GuestOS却不能运行于Ring0——因为那样就无法对所有虚拟机进行有效的管理，就像以往的协同式多任务操作系统(如，Windows3.1)无法保证系统的稳健运行一样。在没有处理器辅助的虚拟化情况下，挑战就是采用Ring0之外的等级来运行VMM(VirtualMachineMonitor，虚拟机监视器)或Hypervisor，以及GuestOS。　　现在流行的解决方法是RingDeprivileging(暂时译为特权等级下降)

8、，并具有两种选择：客户OS运行于Privilege1(0/1/3模型)，或者Privilege3(0/3/3模型)。　　无论是哪一种模型，客户OS都无法运行于Privilege0，这样，如GDT，IDT，LDT，TSS这些特权指令就必须通过模拟的方式来运行，这会带来很明显的性能问题。特别是在负荷沉重、这些指令被大量执行的时候。