2006-2010 英特尔处理器虚拟化技术简介

从根本上讲，虚拟化主要集中在软件层面，毕竟虚拟机本身就是一个逻辑性的产物，不过就像CPU会集成越来越多的指令集以方便软件编写，并提升软件运行速度那样，既然虚拟化也是一种软件应用，那么CPU也完全有加速之道，其目的就在于将服务器虚拟化过程中，对CPU的计算资源的占用降到最低，你可以相像以前所说的硬RAID与软RAID之分，软RAID就是指RAID的相关算法处理与管理由CPU负责，硬RAID则是由RAID控制器自己的处理单元负责，从而解放了CPU的处理资源。虚拟化也是如此，我们将这种源自CPU自身设计的，以增强虚拟化应用性能与能力的技术称为CPU虚拟化辅助技术，它就相当于把虚拟化的相关处理功能做了“硬化”，而不再过分需要CPU的通用计算能力来软实现。在这方面，英特尔处理器的虚拟化辅助技术至今已经走过4年的历史，也使得x86虚拟化平台的发展得以突飞猛进。

事实上，英特尔为了优化服务器的虚拟化性能，根据自身的产品线提出了4个虚拟化辅助技术，分别是面向x86处理器的VT-x、面向安腾（Itanium）处理器的-VT-i、面向系统平台I/O的VT-d以及面向平台网络连接的VT-c，我们今天主要 简要来谈谈VT-x的发展和一些最新的功能，而其他三个虚拟化技术则在日后另文专述。

英特尔虚拟化的发展轨迹，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

第一代虚拟化技术：VT FlexPriority与VT FlexMigration

英特尔的VT-x技术最早出现在2006年，应用于至强5100、5300和7300，在当时它所提供的辅助加速技术并不多，只有两个，但都是虚拟机管理器（VMM，Virtual Machine Manager，又称Hypervisor）所最为急需的，它们就是VT FlexPriority与VT FlexMigration。

VT FlexPriority——优化虚拟机中断请求

在传统服务器上，只装有一个操作系统，而这个操作系统享有这个服务器的所有资源，包括CPU。而CPU在处理任务时，有一个重要的功能就是中断请求，它用来在不同任务间根据优先级进行切换。但是，当服务器通过虚拟化生成若干个虚拟机时，这个服务器中实际上就有若干个“自以为独享硬件平台”的操作系统，而此时虚拟机相对于CPU来说是一个个大的“任务”，如何处理好这些虚拟机的中断请求，对于虚拟化的效率就至关重要。英特尔处理器中都会一个专门的中断控制器，即Advanced Programmable Interrupt Controller （APIC，高级可编程中断控制器），它通过一个任务优先寄存器（TPR，Task Priority Register），以优先级的顺序来管理中断请求。VT FlexPriority则将TPR复制，虚拟机可以自行修改TPR的副本，并直接与CPU打交道，而不再需要VMM的干预，多费一道手续，从而提高了虚拟化性能，根据英特尔的测试，对于采用32位操作系统的虚拟机，VT FlexPriority可以提高35%的性能。

在传统没有VT FlexPriority的情况下，虚拟机（VM）要频繁的通过VMM访问APIC-TPR，就存在了大量的VM Exits与VM Entry的操作，这就意味着大量的系统开销，而VT FlexPriority则将VM的中断请求从VMM旁路出来，大大提高了虚拟机的运行效率

VT FlexMigration——让虚拟机平滑迁移

虚拟化的一大好处就是可以让虚拟机自由的，在由多台服务器组成的虚拟化资源池中进行迁移，比如当某台服务器的物理资源紧张时，需要更多资源的虚拟机就可以迁移到资源相对空闲的物理服务器上，再比如某台服务器要做系统维护必须下线，那么虚拟机可以暂时迁移到其他服务器上，以确保应用的持续在线。但是，CPU是在不断进步的，每一代CPU都可能在指令集方面有所差异（比如SSE指令集的版本），所以为了保证在不同CPU（仅限英特尔自己的产品）平台系统间进行平滑的迁移，英特尔推出了VT FlexMigration技术，其主要就是建立在CPUID虚拟化的基础上来善意的“欺骗”VMM。借助这一技术，VMM可以在迁移池中的不同服务器间建立起一组协调一致的指令集，以确保迁移的平滑进行，而不会因为VM请求一个目的服务器所不支持的指令集功能而出现错误，从而让虚拟机迁移的优势发挥到最大。