深入剖析：令人期待的Nehalem-EP处理器

Nehalem-EP新亮点：EPT与VPID让虚拟化系统开销更低

服务器的虚拟化现在已经成为了兵家必争之地，虽然表面上我们看到的是软件厂商在冲锋陷阵，但在硬件平台方面，如果没有辅助的硬件功能支持，建立其上的虚拟化效率乃至稳定性将会大折折扣。Intel在2006年提供了CPU辅助虚拟化技术——Intel VT-x，被应用在了至强5100、5300和7300系列CPU上。不过，当时的Intel VT-x只实现两大功能，即FlexPriority和FlexMigration，前者提供了虚拟机任务优先权的管理功能，后者通过伪装的CPUID来加速虚拟机的迁移应用。而到了2008年，Nehalem家族诞生的时候，Intel VT-x迎来了两个新功能——EPT与VPID。

Intel虚拟化的发展轨迹，随着新技术的不断加入，虚拟化中的系统开销也在逐步降低

EPT即Extended Page Tables（扩展页表）的缩写。CPU要通过主机物理地址来访问内存。如果只是一台物理服务器，这个物理地址就只为一个操作系统服务，但如果进行了虚拟化部署，有多个虚拟机时，就存在着稳定性的隐患。因为在进行VM Entry（虚拟机进入）与VM Exit（虚拟机退出）时（尤其是后者），都要对内存页进行修改。但物理内存是多个虚拟机共享的，因此不能让虚拟机直接访问物理地址，否则一个虚拟机出现内存错误，就会殃及整个物理服务器的运行。所以必须要采取虚拟地址，而EPT的作用就在于加速从虚拟机地址至主机物理地址的转换过程，节省传统软件处理方式的系统开销。

EPT的工作流程图示

在实际的工作中，每个虚拟机都拥有自己一个的IA-32/64的页表，并通过控制寄存器3将虚拟机的线性地址转换成所谓的虚拟机物理地址，最后再通过EPT转换成主机物理地址。要指出的是，IA-32/64页表是放在虚拟机中的，而EPT是放在虚拟机管理器（VMM）里。所以，虚拟机上的软件可随意去修改自己的页表，当一个虚拟机出现问题，或者出现页表错误时，由于EPT是放在VMM中，所以不受虚拟机错误的影响，从而保证了物理内存的安全。

由此可见，EPT首要的出发点是保护物理内存的安全，同时可大幅度降低了虚拟机退出时的系统开销，而且也可以减少虚拟机退出的频率。

VPID的主要途在于快速的虚拟机迁移

虚拟处理器标识（VPID，Virtual Processor IDs)是对现在的CPUID功能的一个强化，因为在每个CPU中都有一个TLB，用来缓存逻辑地址到物理地址的转换表，而每个虚拟机都有自己的虚拟CPU来对应。所以，在进行迁移时要进行TLB的转存和清除。而VPID则会跟踪每个虚拟CPU的TLB，当进行虚拟机迁移或VM Entry与VM Exit时，VMM可以动态的分配非零虚拟处理器的ID来迅速匹配（0 ID给VMM自己使用），从而避免了TLB的转存与清除的操作，节省了系统开销，并提高了迁移速度，同时也降低对系统性能的影响。

在虚拟化迁移延迟性能方面，由于系统开销更低，Nehalem-EP相比上一代Penryn（Xeon 5400）有了明显降低

可以说有了EPT和VPID的加入，让Intel处理平台的虚拟化性能有了进一步提高，为客户的服务器虚拟部署提供了更好的保障。