Hardwarově podporovaná virtualizace - Hardware-assisted virtualization - Wikipedia

v výpočetní, hardwarově podporovaná virtualizace je virtualizace platformy přístup, který umožňuje efektivní plná virtualizace pomocí nápovědy k hardwarovým schopnostem, především od hostitelských procesorů Plná virtualizace se používá k emulaci kompletního hardwarového prostředí, nebo virtuální stroj, ve kterém nemodifikovaný host operační systém (pomocí stejného instrukční sada jako hostitelský počítač) účinně provádí v úplné izolaci. Byla přidána virtualizace podporovaná hardwarem x86 procesory (Intel VT-x nebo AMD-V ) v roce 2005 a 2006 (v uvedeném pořadí).

Hardwarově podporovaná virtualizace je také známá jako zrychlená virtualizace; Xen volá to hardwarový virtuální stroj (HVM), a Virtuální železo volá to nativní virtualizace.

Dějiny

Viz také: Časová osa vývoje virtualizace

Hardwarově podporovaná virtualizace se poprvé objevila na internetu Systém IBM / 370 v roce 1972, pro použití s VM / 370, první operační systém virtuálního stroje. S rostoucí poptávkou po počítačové grafice ve vysokém rozlišení (např. CAD ), virtualizace sálových počítačů ztratila určitou pozornost na konci sedmdesátých let, kdy nadcházející minipočítače podpořil alokaci zdrojů prostřednictvím distribuované výpočty, zahrnující komoditizaci mikropočítače.

IBM nabídky virtualizace hardwaru pro jeho NAPÁJENÍ CPU pod AIX (např. Systém str ) a pro jeho IBM-Sálové počítače Systém z. IBM označuje svoji specifickou formu virtualizace hardwaru jako „logický oddíl“, nebo častěji jako LPAR.

Zvýšení výpočetní kapacity na server x86 (a zejména podstatné zvýšení šířky pásma moderních sítí) znovu vzbudilo zájem o výpočty založené na datových centrech, které jsou založeny na virtualizačních technikách. Primárním ovladačem byl potenciál pro konsolidaci serverů: virtualizace umožnila jednomu serveru nákladově efektivně konsolidovat výpočetní výkon na více nevyužívaných dedikovaných serverech. Nejviditelnějším znakem návratu ke kořenům výpočetní techniky je cloud computing, což je synonymum pro výpočty založené na datových centrech (nebo mainframové výpočty) prostřednictvím sítí s velkou šířkou pásma. Je úzce spojena s virtualizací.

Počáteční implementace x86 architektura nesplňovala Popek a Goldberg požadavky na virtualizaci dosáhnout „klasické virtualizace“:

  • rovnocennost: program běžící pod monitor virtuálních strojů (VMM) by měl vykazovat chování v podstatě totožné s chováním, které bylo prokázáno při přímém spuštění na ekvivalentním stroji
  • řízení zdrojů (také zvaný bezpečnost): VMM musí mít úplnou kontrolu nad virtualizovanými prostředky
  • účinnost: statisticky dominantní zlomek strojových instrukcí musí být proveden bez zásahu VMM

To ztěžovalo implementaci monitoru virtuálního stroje pro tento typ procesoru. Specifická omezení zahrnovala neschopnost past na některých výsadní instrukce.[1]

Aby kompenzovali tato architektonická omezení, designéři provedli virtualizaci architektury x86 dvěma způsoby: plná virtualizace nebo paravirtualizace.[2] Oba vytvářejí iluzi fyzického hardwaru k dosažení cíle nezávislosti operačního systému na hardwaru, ale představují určité kompromisy ve výkonu a složitosti.

  1. Plná virtualizace byl implementován v x86 VMM první generace. Spoléhá se na to binární překlad zachytit a virtualizovat provádění určitých citlivých, virtualizovatelných pokynů. S tímto přístupem jsou kritické pokyny objeveny (staticky nebo dynamicky za běhu) a nahrazeny pasti do VMM, které mají být emulovány v softwaru. Binární překlad může způsobit velkou režii výkonu ve srovnání s virtuálním strojem běžícím na nativně virtualizovaných architekturách, jako je IBM System / 370. VirtualBox, Pracovní stanice VMware (pouze pro 32bitové hosty) a Microsoft Virtual PC, jsou známé komerční implementace plné virtualizace.
  2. Paravirtualizace je technika, při které hypervisor poskytuje API a OS hostovaného virtuálního stroje volá toto API a vyžaduje úpravy OS.

V letech 2005 a 2006 Intel a AMD (pracující samostatně) vytvořil nová rozšíření procesoru do architektura x86 Intel VT-x a AMD-V. Na Itanium architektura je hardwarově podporovaná virtualizace známá jako VT-i. První generace procesorů x86 na podporu těchto rozšíření byla vydána koncem roku 2005 počátkem roku 2006:

  • Dne 13. listopadu 2005 společnost Intel vydala jako první procesory Intel podporující VT-x dva modely Pentium 4 (Model 662 a 672).
  • 23. května 2006 uvedla společnost AMD jako první procesory AMD podporující tuto technologii Athlon 64 („Orleans“), Athlon 64 X2 („Windsor“) a Athlon 64 FX („Windsor“).

Známé implementace hardwarově podporované virtualizace x86 zahrnují VMware Workstation (pouze pro 64bitové hosty), XenCenter, Xen 3.x (včetně derivátů jako Virtual Iron), Linux KVM a Microsoft Hyper-V.

Výhody

Virtualizace podporovaná hardwarem snižuje režii údržby paravirtualizace, protože snižuje (v ideálním případě eliminuje) změny potřebné v hostovaném operačním systému. Je také podstatně snazší dosáhnout lepšího výkonu. Praktickou výhodu virtualizace podporované hardwarem uvedli inženýři společnosti VMware[3] a virtuální železo.

Nevýhody

Hardwarově podporovaná virtualizace vyžaduje výslovnou podporu v hostitelském CPU, která není k dispozici u všech procesorů x86 / x86_64.

„Čistý“ přístup k virtualizaci podporovaný hardwarem, využívající zcela nemodifikované operační systémy pro hosty, zahrnuje mnoho pastí virtuálních počítačů, a tedy vysoké režijní náklady CPU, což omezuje škálovatelnost a efektivitu konsolidace serverů.[4] Tento výkonnostní hit lze zmírnit použitím paravirtualizovaných ovladačů; této kombinaci se říká hybridní virtualizace.[5]

V roce 2006 byla první generace 32- a 64bitové hardwarové podpory x86 zřídka shledána jako výhoda výkonu oproti softwarové virtualizaci.[6]

Viz také

Reference

  1. ^ Adams, Keith. „Srovnání softwarových a hardwarových technik pro virtualizaci x86“ (PDF). Citováno 20. ledna 2013.
  2. ^ Chris Barclay, Nový přístup k virtualizaci x86s, Síťový svět, 20. října 2006
  3. ^ Vidět „Grafika a I / O virtualizace“.
  4. ^ Vidět „Hybridní virtualizace: nová generace XenLinuxu“. Archivováno 20. Března 2009 v Wayback Machine
  5. ^ Jun Nakajima a Asit K. Mallick, „Hybridní virtualizace - vylepšená virtualizace pro Linux“ Archivováno 2009-01-07 na Wayback Machine, v Sborník z Linux Symposium, Ottawa, červen 2007.
  6. ^ Srovnání softwarových a hardwarových technik pro virtualizaci x86, Keith Adams a Ole Agesen, VMware, ASPLOS’06 21. – 25. Října 2006, San Jose, Kalifornie, USA „Překvapivě zjistíme, že hardwarová podpora první generace zřídka nabízí výkonnostní výhody oproti stávajícím softwarovým technikám. Tuto situaci připisujeme vysokým nákladům na přechod VMM / host a rigidnímu programovacímu modelu, který ponechává malý prostor pro flexibilitu softwaru při správě frekvence nebo náklady na tyto přechody.

Další čtení