从最底层提供支持 AMD虚拟化技术分析

　　今年四月，巴塞罗那正式推向市场后，戴尔、惠普、Sun等重要合作伙伴均相继推出了针对虚拟化应用的服务器。特别是戴尔，更是推出了PowerEdge R805和R905服务器。PowerEdgeR905更是刷新了在使用60台虚拟机器进行的VMmark性能测试纪录，一度引起业内广泛关注。惠普和Sun也在新品宣传中重点推出AMD四核巴塞罗那虚拟化性能的优势，那么AMD四核皓龙处理器虚拟化性能的优势究竟体现在哪里?AMD公司的产品经理梁宏伟先生给记者做了详细而透彻的解析。

　　现在客户面临的挑战，其实很多跟虚拟化有关。所以巴塞罗那在虚拟化方面的优势，解决了业界所面临的许多问题，如性能提高、投资保护、节能、绿色等方面。

　　虚拟化在企业级计算领域可谓是老生常谈的话题。基于x86处理器的虚拟化技术却是在近几年服务器领域中非常热一个话题。目前虚拟化技术发展的趋势，都是从其他一些大型机逐步迁移到主流工业标准X86里面。这些服务器早期不是并为虚拟化的环境定制的东西，当在虚拟化加入以后，就可能面临更多性能上的问题。

　　虚拟化技术可以使一台物理机器变成很多的逻辑机。以往在一台服务器独占操作系统，现如今应用都变成一个虚拟机的形式，重新工作在虚拟化的环境下，因此虚拟化技术减少了物理服务器数量，提高服务器的利用率，可以很大程度上降低功耗达到节能的目的，成为企业数据中心非常看重的特点。

　　AMD四核皓龙处理器从底层设计就针对虚拟化做了进一步的优化，进一步提升性能、减少CPU的能耗。比如说采用独立动态核心的技术、低功耗的DDR2的内存、双路动态电源管理。这些新的动态功耗调整功能使很多服务器可以自动进行智能化调整，CPU根据系统的负载，对本身运行状态调节运行的频率和工作电压，把本身的能耗降得比较低。

　　同时，AMD四核皓龙处理器针对虚拟化性能也做了相应的优化设计，里面除了本身的架构，AMD还引入了RVI(快速虚拟化索引)、标记式TLB及DEV性能的列表独特的技术，解决虚拟化性能及安全等方面的问题。

　　首先，单从性能的角度而言，在双路系统中，AMD四核皓龙比双核皓龙有60%的提升，因此四路系统也会有类似从双核到四核的较大幅度的提升。在浮点和内存敏感应用里面都有很大性能的提升。RVI，即快速虚拟化索引是AMD在四核皓龙处理器中引入的虚拟化优化技术，对性能的提升也是十分明显。在微软平台上，在半虚拟化的环境可以实现性能提高14%，把RVI功能打开以后，可以提升50%。如果在Linux环境里面，在半虚拟化环境里面，性能提升1倍，结合RVI会提升200%多。RVI打开和关闭以后对虚拟化的性能提升非常明显。

　　第二项虚拟化新技术叫Tagged TLB(带标记的TLB)。为了提升虚拟机与物理机之间的数据传送及翻译转换，巴塞罗那中使用了带标记的 TLB(Translation Look-aside Buffer，地址转换后备缓冲器，它是 CPU 中的一个表，用于存储最近使用的从虚拟到物理内存翻译记录，‘标记’意味数据属于哪个虚拟机)，使得在多个虚拟机同时运行时，在内存地址中切换时可以令Hypervisor知道TLB与虚拟机之间的一一对应关系，从而提高虚拟机性能。AMD 带标记 TLB 将为用户提供出色的性能。

　　第三项技术，是AMD先进的直连架构对于提升虚拟化服务器性能起到重要作用。由于虚拟机需要很大的内存，AMD的直连架构可以对大内存进行很好的管理。

　　但是地址访问的复杂性依旧，这将导致虚拟机的内存管理更复杂，虚拟机的内存的页面并不是真正物理内存， 所以虚拟机到它实际物理地址需要影射才会知道，这就是以往所称的影子页表，是第三方软件管理层进行维护的，对于操作系统来说是透明的。如果CPU花大量时间维护虚拟机对访问的页表，将影响到整个虚拟机的性能。 在AMD的虚拟化技术中，可以直接知道地址的影射，虚拟机在运行的时候不需要再借助一个翻译了，自己借助于硬件直接实行对地址硬件的翻译，所以很快对物理内存进行访问。以前虚拟机和内存谈话的时候中间有一个翻译，那个翻译就是hypervisor。这样一个好处就会快速提升整个虚拟化的性能。

　　最后，物理的机器以往是为某一个应用独占的，现在要变成被许多的虚拟机所共享，所以面临很多新的问题，比如说内存要对很多的虚拟机同时共享。AMD引入了DEV， DEV可以在内存中创建保护域，通过拒绝未经授权的内存访问请求，使得设备在未经授权的情况下，不得访问内存页面。实现了在硬件中嵌入安全性，从而提高虚拟机效率。硬件层面的安全性提供更好的效率。

　　设备列表、直联架构、快速索引等几项新技术实现了更大内存容量支持，包括更低的内存延迟等，在节能的同时，实现了出色的虚拟化性能。帮助企业级客户实现更好的效益。

　　作为虚拟化技术的领跑者，AMD自身也正在利用虚拟化技术。在AMD奥斯汀总部的数据中心，全面采用了虚拟化技术。以往100台的服务器通过虚拟化技术的整合应用，目前物理服务器数量仅为7台。而在另外一个总部由33台压缩到2台，综合来看整合比例达到17：1。综合行业的应用，虚拟化的压缩比大概在1：10和1：20之间。节约了大量的资金与管理成本。

　　众所周知，虚拟化是一个整体的解决方案，包括服务器、存储、网络、软件和服务，单一的设备是无法构建一个完整的IT系统架构。AMD作为一个芯片厂商，从X86处理器角度的层面加入了许多针对虚拟化的新技术，充分发挥了虚拟化的优势，并切实在企业级用户领域里实现了实实在在的效果。未来，AMD还将与更多的服务器厂商合作，共同在虚拟化领域里加入更多新技术，使虚拟化这一具有光明前景的理念为更多用户带来更多实实在在的好处。