2006-2010英特尔处理器虚拟化技术简介

2010年3月，英特尔推出了最新的6核32nm处理器家族Westmere，随它而来的也有一个新的VT-x虚拟化技术，即Pause-Loop Exiting（PLE，暂停-循环退出），它的主要用意就是减少因为循环等待而造成了CPU虚拟资源的浪费。

而一个拥有两个vCPU的SMP（多对称多处理器）虚拟机中，由于串行代码仍然大量存在（不可能全是并行的代码），所以在串行代码执行时的保护机制，会给vCPU“上锁”，此时另一个vCPU则将进入处旋状态，等待得到这个锁来执行指令（这与编程相关），在这个不断的自旋等待中，就造成了CPU资源的浪费，vCPU的数量越多，这种影响就会越严重。而PLE则可以将这种循环锁的造成的CPU资源的浪费大幅度降低。

虚拟机中两个vCPU的锁止与等待示意图

PLE通过设置自旋等待暂停指令，以及相应的暂停周期来触发相应的退出动作。它定义了两个周期间隔，一个PLE_Gap，它是指在一个自旋循环中两个暂停指令的间隔，而另一个是PLE_Window，是指在执行虚拟机退出前所经过的等待循环的周期。比如，当一个暂停指令发出时，如果与上一代暂停指令之间超出了PLE_Gap的规定，那么PLE就设定开始了一个新的循环，而如果没有超出，那么就进行周期的累加，直到超过PLE_Window即触发虚拟机退出动作。VMM可以对于PLE的设定进行配置。

这是一个典型的PLE指令模式，当得到锁的尝试失败后，即发出暂停指令，如果没有得到锁的时长超过了PLE_Window，那么就触VM Exit操作，而如果在PLE_Window之内得到了锁，那么显然下一次的暂停指令将会超出标准的PLE_Gap，从而开始新的一个自旋等待周期。PEL的最大作用在于检测锁抢占状态，如果发生了锁抢占状况（上图中的上面的状态，其他vCPU经历了多次尝试仍然无法获得锁），那么VMM将重新进行vCPU的规划与调配，以尽量降低vCPU的无效时间

通过采用PLE，我们可以看出来，虚拟机越多（vCPU越多）时，PLE较非PLE平台的性能最多可提高40%，性能优化效果非常明显

从Nehalem开始，超线程（HT）技术也正式回归英特尔处理器，从而也让虚拟化进一步获益，因为它能提供两倍的逻辑处理器，这也意味着多虚拟机的并行处理能力的进一步增强，而PLE则在此基础上锦上添花，使vCPU的利用效率更高，而这也是最新一代Westmere相对于Nehalem处理器，在虚拟化方面的最大进步。而在未来，英特尔还将进步完善VT-x技术，使x86虚拟化平台的CPU系统开销再创新低。