專家博客：淺析CPU運用虛擬化技術

虛擬化是一個廣義的術語，在計算機方面通常是指計算元件在虛擬的基礎上而不是真實的基礎上運行。虛擬化技術可以擴大硬件的容量，簡化軟件的重新配置過程。CPU的虛擬化技術可以單CPU模擬多CPU并行，允許一個平臺同時運行多個操作系統，并且應用程序都可以在相互獨立的空間內運行而互不影響，從而顯著提高計算機的工作效率。

虛擬化技術與多任務以及超線程技術是完全不同的。多任務是指在一個操作系統中多個程序同時并行運行，而在虛擬化技術中，則可以同時運行多個操作系統，而且每一個操作系統中都有多個程序運行，每一個操作系統都運行在一個虛擬的CPU或者是虛擬主機上；而超線程技術只是單CPU模擬雙CPU來平衡程序運行性能，這兩個模擬出來的CPU是不能分離的，只能協同工作。

虛擬化技術也與目前VMware Workstation等同樣能達到虛擬效果的軟件不同，是一個巨大的技術進步，具體表現在減少軟件虛擬機相關開銷和支持更廣泛的操作系統方面。

純軟件虛擬化解決方案存在很多限制。“客戶”操作系統很多情況下是通過VMM（Virtual Machine Monitor，虛擬機監視器）來與硬件進行通信，由VMM來決定其對系統上所有虛擬機的訪問。（注意，大多數處理器和內存訪問獨立于VMM，只在發生特定事件時才會涉及VMM，如頁面錯誤。）在純軟件虛擬化解決方案中，VMM在軟件套件中的位置是傳統意義上操作系統所處的位置，而操作系統的位置是傳統意義上應用程序所處的位置。這一額外的通信層需要進行二進制轉換，以通過提供到物理資源（如處理器、內存、存儲、顯卡和網卡等）的接口，模擬硬件環境。這種轉換必然會增加系統的復雜性。此外，客戶操作系統的支持受到虛擬機環境的能力限制，這會阻礙特定技術的部署，如64位客戶操作系統。在純軟件解決方案中，軟件堆棧增加的復雜性意味著，這些環境難于管理，因而會加大確保系統可靠性和安全性的困難。

而CPU的虛擬化技術是一種硬件方案，支持虛擬技術的CPU帶有特別優化過的指令集來控制虛擬過程，通過這些指令集，VMM會很容易提高性能，相比軟件的虛擬實現方式會很大程度上提高性能。虛擬化技術可提供基于芯片的功能，借助兼容VMM軟件能夠改進純軟件解決方案。由于虛擬化硬件可提供全新的架構，支持操作系統直接在上面運行，從而無需進行二進制轉換，減少了相關的性能開銷，極大簡化了VMM設計，進而使VMM能夠按通用標準進行編寫，性能更加強大。另外，在純軟件VMM中，目前缺少對64位客戶操作系統的支持，而隨著64位處理器的不斷普及，這一嚴重缺點也日益突出。而CPU的虛擬化技術除支持廣泛的傳統操作系統之外，還支持64位客戶操作系統。

兩大CPU巨頭Intel和AMD都想方設法在虛擬化領域中占得先機，但是AMD的虛擬化技術在時間上要比Intel落后幾個月。Intel自2005年末開始便在其處理器產品線中推廣應用Intel Virtualization Technology（Intel VT）虛擬化技術。目前，Intel已經發布了具有Intel VT虛擬化技術的一系列處理器產品，包括桌面平臺的Pentium 4 6X2系列、Pentium D 9X0系列和Pentium EE 9XX系列，以及服務器/工作站平臺上的基于Paxville核心的Xeon系列；同時絕大多數的Intel下一代主流處理器，包括Merom核心移動處理器，Conroe核心桌面處理器，Woodcrest核心服務器處理器，以及基于Montecito核心的Itanium 2高端服務器處理器都將支持Intel VT虛擬化技術。而AMD的具有代號為“Pacific”虛擬化技術的CPU不久也會發布。

Intel和AMD都想方設法在虛擬化領域中占得先機，但是AMD的虛擬化技術在時間上要比Intel落后幾個月。Intel自2005年末開始便在其處理器產品線中推廣應用Intel Virtualization Technology（Intel VT）虛擬化技術。目前，Intel已經發布了具有Intel VT虛擬化技術的一系列處理器產品，包括桌面平臺的Pentium 4 6X2系列、Pentium D 9X0系列和Pentium EE 9XX系列，以及服務器/工作站平臺上的基于Paxville核心的Xeon系列；同時絕大多數的。