"怪兽"吞噬数据中心
在美国电影《怪兽电力公司》中，怪兽们利用小孩的恐惧叫声来收集能量，提供他们赖以生存的能源。而在现实生活中，在传统的数据中心里，也存在着这样的"怪兽"，吞噬着大量的数据中心资源。这个怪兽就是能耗。
硬件设备的增加并没有给人们爱来太多计算能力的提升，反而使数据中心的能耗成倍飙升。Gantner的数据显示到2010年人们用来维护数据中心的成本将大大超过用于购买设备的成本。而IDC则惊呼：如果不采取措施，到2015年，数据中心将会消耗掉世界上所有发电厂90％以上的电能。
为了应对这种局面，IT业界提出了新一代数据中心的理念。通过虚拟化整合计算资源，简化IT环境；通过自动化的管理，推动企业业务发展；提供稳定可靠的计算环境和节能环保的运营模式，给企业发展带来持续的业务增长。
新一代数据中心的发展最显著的一个特征就是虚拟化，而随着X86服务器的发展，硬件辅助虚拟化技术则可以加速新一代数据中心的发展。
硬件辅助虚拟化与新一代数据中心的契合点
IDC中国计算机系统研究部周震刚认为，新一代数据中心的关键之一就是高效可靠。而硬件辅助虚拟化相较与软件虚拟化能够提供更加彻底，灵活的虚拟化部署与应用，这样就可以有效提升新一代数据中心的稳定性和安全级别。
从架构上来说，传统的X86平台并不是为支持多操作系统的并行虚拟化而设计的。在传统的x86运行环境下，操作系统运行在CPU中受保护的ring 0位置。在没有处理器辅助的虚拟化中，ring 0还需要运行VMM(virtual machine monitor，虚拟机监控器)或Hypervisor，以帮助VM(虚拟机)及其VOS(虚拟操作系统)管理硬件资源。
因此，AMD、英特尔等芯片厂商研发了芯片辅助虚拟化技术，引入一个新的、具有超级特权和受保护的ring -1位置来运行虚拟机监控器(VMM)。这个新位置可以让VOS和平共存于ring 0，而通信改道于ring -1，并且，VOS并不知道正在和同一系统的其他OS共享物理资源。
这样，就消除了操作系统的ring转换问题，降低了虚拟化门槛，支持任何操作系统的虚拟化而无须修改OS内核或run-time，并得到了虚拟化软件厂商的支持。
以AMD的硬件辅助虚拟化技术AMD-V为例，AMD的处理器集成了内存控制器，所以AMD-V虚拟化技术引入了独特的新指令，可以实现独特的内存模式和特性。其中大部分指令都是针对MMU(内存管理单元 memory management unit)设计的，可以进行内存分配。在虚拟化环境下，当需要映射多操作系统和运行多个应用程序时，MMU可以对物理内存寻址进行大量有效的跟踪协调。AMD-V提供了更高级的内存特性，如Tagged Translation Look-Aside Buffers，可通过帮助VM识别最近访问的内存页表来提升性能。AMD-V还提供了Paged Real Mode，支持某些需要在虚拟环境下以真实模式(real-mode)进行寻址的应用程序。
特别值得一提的是，AMD对各种嵌套页表(NPT，nested page table)的支持。与Intel的软件方法不同，NPT允许每个VM通过独立于硬件、虚拟的CR3内存寄存器对其内部内存管理进行更有力的控制。虽然使用NPT增加了内存查找的数量，但NPT却消除了VT-x必须的软件层。这种方法通过硬件管理内存的方式大大提高了VM的内存性能。在内存密集型应用，特别是在多个VM共存的环境下，这一方法的效果最为明显。
新一代数据中心运用了这样的硬件辅助虚拟化，使得其架构更稳定，运转更高效，进一步推进了企业业务的发展。
巴塞罗那加速硬件虚拟化
随着AMD四核处理器巴塞罗那的推出，其硬件辅助虚拟化技术也得到了提升。首先，巴塞罗那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。
巴塞罗那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。
AMD还引入了RVI（快速虚拟化索引），在微软平台上，把RVI功能打开以后，性能可以提升50%。在Linux环境里面，结合RVI会提升200%以上。
巴塞罗那的另一项新技术是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，提高虚拟机性能，从而为用户提供更出色的性能。
新一代数据中心为企业的业务流程运营提供了强大的基础架构保障，而伴随硬件辅助虚拟化技术的演进，虚拟化将为人们绘制更美好的未来愿景。
网友评论