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计算机虚拟化技术

虚拟化是一个广义的术语，在计算机方面通常是指计算元件在虚拟的基础上而不是真实的基础上运行。虚拟化技术可以扩大硬件的容量，简化软件的重新配置过程。CPU的虚拟化技术可以单CPU模拟多CPU并行，允许一个平台同时运行多个操作系统，并且应用程序都可以在相互独立的空间内运行而互不影响，从而显著提高计算机的工作效率。

虚拟化技术与多任务以及超线程技术是完全不同的。多任务是指在一个操作系统中多个程序同时并行运行，而在虚拟化技术中，则可以同时运行多个操作系统，而且每一个操作系统中都有多个程序运行，每一个操作系统都运

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行在一个虚拟的CPU或者是虚拟主机上；而超线程技术只是单CPU模拟双CPU来平衡程序运行性能，这两个模拟出来的CPU是不能分离的，只能协同工作。虚拟化技术也与目前VMware Workstation等同样能达到虚拟效果的软件不同，是一个巨大的技术进步，具体表现在减少软件虚拟机相关开销和支持更广泛的操作系统方面。

纯软件虚拟化解决方案存在很多限制。“客户”操作系统很多情况下是通过VMM(Virtual Machine Monitor，虚拟机监视器)来与硬件进行通信，由VMM来决定其对系统上所有虚拟机的访问。(注意，大多数处理器和内存访问独立于VMM，只在发生特定事件时才会涉及VMM，如页面错误。)在纯软件虚拟化解决方案中，VMM在软件套件中的位置是传统意义上操作系统所处的位置，而操作系统的位置是传统意义上应用程序所处的位置。这一额外的通信层需要进行二进制转换，以通过提供到物理资源(如处理器、内存、存储、显卡和网卡等)的接口，模拟硬件环境。这种转换必然会增加系统的复杂性。此外，客户操作系统的支持受到虚拟机环境的能力限制，这会阻碍特定技术的部署，如64位客户操作系统。在纯软件解决方案中，软件堆栈增加的复杂性意味着，这些环境难于管理，因而会加大确保系统可靠性和安全性的困难。

而CPU的虚拟化技术是一种硬件方案，支持虚拟技术的CPU带有特别优化过的指令

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集来控制虚拟过程，通过这些指令集，VMM会很容易提高性能，相比软件的虚拟实现方式会很大程度上提高性能。虚拟化技术可提供基于芯片的功能，借助兼容VMM软件能够改进纯软件解决方案。由于虚拟化硬件可提供全新的架构，支持操作系统直接在上面运行，从而无需进行二进制转换，减少了相关的性能开销，极大简化了VMM设计，进而使VMM能够按通用标准进行编写，性能更加强大。另外，在纯软件VMM中，目前缺少对64位客户操作系统的支持，而随着64位处理器的不断普及，这一严重缺点也日益突出。而CPU的虚拟化技术除支持广泛的传统操作系统之外，还支持64位客户操作系统。

虚拟化技术是一套解决方案。完整的情况需要CPU、主板芯片组、BIOS和软件的支持，例如VMM软件或者某些操作系统本身。即使只是CPU支持虚拟化技术，在配合VMM的软件情况下，也会比完全不支持虚拟化技术的系统有更好的性能。

两大CPU巨头Intel和AMD都想方设法在虚拟化领域中占得先机，但是AMD的虚拟化技术在时间上要比Intel落后几个月

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。Intel自2005年末开始便在其处理器产品线中推广应用Intel Virtualization Technology(Intel VT)虚拟化技术。目前，Intel已经发布了具有Intel VT虚拟化技术的一系列处理器产品，包括桌面平台的Pentium 4 6X2系列、Pentium D 9X0系列和Pentium EE 9XX系列，还有Core Duo系列和Core Solo系列中的部分产品，以及服务器/工作站平台上的Xeon LV系列、Xeon 5000系列、Xeon 5100系列、Xeon MP 7000系列以及Itanium 2 9000系列；同时绝大多数的Intel下一代主流处理器，包括Merom核心移动处理器，Conroe核心桌面处理器，Woodcrest核心服务器处理器，以及基于Montecito核心的Itanium 2高端服务器处理器都将支持Intel VT虚拟化技术。

而AMD方面也已经发布了支持AMD Virtualization Technology(AMD VT)虚拟化技术的一系列处理器产品，包括Socket S1接口的Turion 64 X2系列以及Socket AM2接口的Athlon 64 X2系列和Athlon 64 FX系列等等，并且绝大多数的AMD下一代主流处理器，包括即将发布的Socket F接口的Opteron都将支持AMD VT虚拟化技术。

虚拟化技术（Virtualization）和分区（Partition）技术是紧密结合在

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一起，从60年代Unix诞生起，虚拟化技术和分区技术就开始了发展，并且经历了从“硬件分区”->“虚拟机”->“准虚拟机”->“虚拟操作系统”的发展历程。最早的分区技术诞生自人们想提升大型主机利用率需求。比如在金融、科学等领域，大型Unix服务器通常价值数千万乃至上亿元，但是实际使用中多个部门却不能很好的共享其计算能力，常导致需要计算的部门无法获得计算能力，而不需要大量计算能力的部门占有了过多的资源。这个时候分区技术出现了，它可以将一台大型服务器分割成若干分区，分别提供给生产部门、测试部门、研发部门以及其他部门。

硬件分区技术

硬件分区技术：硬件资源被划分成数个分区，每个分区享有独立的CPU、内存，并安装独立的操作系统。在一台服务器上，存在有多个系统实例，同时启动了多个操作系统。这种分区方法的主要缺点是缺乏很好的灵活性，不能对资源做出有效调配。随着技术的进步，现在对于资源划分的颗粒已经远远提升，例如在IBM AIX系统上，对CPU资源的划分颗粒可以达到0.1个CPU。这种分区方式，在目前的金融领域，

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比如在银行信息中心得到了广泛采用。

虚拟机技术

在虚拟机技术（Virtual Machine Monitor）中，不再对底层的硬件资源进行划分，而是部署一个统一的Host系统。在Host系统上，加装了Virtual Machine Monitor，虚拟层作为应用级别的软件而存在，不涉及操作系统内核。虚拟层会给每个虚拟机模拟一套独立的硬件设备，包含CPU、内存、主板、显卡、网卡等硬件资源，在其上安装所谓的Guest操作系统。最终用户的应用程序，运行在Guest操作系统中。这种虚拟机运行的方式有一定的优点，比如能在一个节点上安装多个不同类型的操作系统；但缺点也非常明显，虚拟硬件设备要消耗资源，大量代码需要被翻译执行，造成了性能的损耗，使其更合适用于实验室等特殊环境。其代表产品有EMC旗下的VMware系列、微软旗下的Virtual PC/Server系列等。

准虚拟机技术

为了改善虚拟机技术（Virtual Machine Monitor）的性能，一种新的准虚拟化技术（Para-Virtualizion）技术诞生了。这种虚拟技术以Xen为代表，其特点是修改操作系统的内核，加入一个Xen Hypervisor层。它允许安装在同一硬件设备上的多个系统可以同时启动，由Xen Hypervisor来进行资源调配。在这种虚拟环境下，依然需要模拟硬件设备，安装Guest操作系统，并且还需要修改操作系统的内核。Xen相对于传统的Virtual Machine Monitor，性能稍有提高，但并不十分显著。为了进一步提高性能，Intel和AMD分别开发了

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VT和Pacifica虚拟技术，将虚拟指令加入到了CPU中。使用了CPU支持的硬件虚拟技术，将不再需要修改操作系统内核，而是由CPU特有的指令集进行相应的转换操作。

操作系统虚拟化技术

最新的虚拟化技术已经发展到了操作系统虚拟化，以SWsoft的Virtuozzo/OpenVZ和Sun基于Solaris平台的Container技术为代表，其中Virtuozzo是商业解决方案，而OpenVZ是以Virtuozzo为基础的开源项目。他们的特点是一个单一的节点运行着唯一的操作系统实例，通过在这个系统上加装虚拟化平台，可以将系统划分成多个独立隔离的容器，每个容器是一个虚拟的操作系统，被称为虚拟环境（即VE，Virtual Environment），也被称为虚拟专用服务器（即VPS，Virtual Private Server）。在操作系统虚拟化技术中，每个节点上只有唯一的系统内核，不虚拟任何硬件设备。此外，多个虚拟环境以模板的方式共享一个文件系统，性能得以大幅度提升。在生产环境中，一台服务器可根据环境需要，运行一个VE/VPS，或者运行上百个VE/VPS。所以，操作系统虚拟化技术是面向生产环境、商业运行环境的技术。从最早的硬件分区到现阶段的虚拟机和虚拟操作系统，虚拟化技术已经发展了好几代，不同的技术路线也带来了不同的优劣势。选择什么样的技术和产品，用户还是应该结合自身的预算和应用实践来决策。

虚拟所能提

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供的优势取决于客户的目标、所选择的特殊虚拟技术以及现有的IT基础架构。并非所有的客户都能够从实现某一特殊虚拟化解决方案中获得同样的利益。现在，即使是使用虚拟化进行简单的服务器整合，客户们也经常可以在某种程度上获得以下很多利益：更高的资源利用率——虚拟可支持实现物理资源和资源池的动态共享，提高资源利用率，特别是针对那些平均需求远低于需要为其提供专用资源的不同负载。

1.降低管理成本——虚拟可通过以下途径提高工作人员的效率：减少必须进行管理的物理资源的数量;隐藏物理资源的部分复杂性;通过实现自动化、获得更好的信息和实现中央管理来简化公共管理任务;实现负载管理自动化。另外，虚拟还可以支持在多个平台上使用公共的工具。

2.提高使用灵活性——通过虚拟可实现动态的资源部署和重配置，满足不断变化的业务需求。

3.提高安全性——虚拟可实现较简单的共享机制无法实现的隔离和划分，这些特性可实现对数据和服务进行可控和安全的访问。

4.更高的可用性——虚拟可在不影响用户的情况下对物理资源进行删除、

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升级或改变。

5.更高的可扩展性——根据不同的产品，资源分区和汇聚可支持实现比个体物理资源小得多或大得多的虚拟资源，这意味着您可以在不改变物理资源配置的情况下进行规模调整。

6.互操作性和投资保护——虚拟资源可提供底层物理资源无法提供的与各种接口和协议的兼容性。

7.改进资源供应——与个体物理资源单位相比，虚拟能够以更小的单位进行资源分配。与物理资源相比，虚拟资源因其不存在硬件和操作系统方面的问题而能够在出现崩溃后更快地恢复。

简言之，AMD Virtualization技术是一项基于硬件的技术，该技术支持虚拟软件在一台基于AMD皓龙处理器的物理服务器上运行多个操

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作系统和应用，有助于服务器实现更高的效率和利用率。你无需再采用“一个操作系统、一个应用和一台服务器”这种运行模式。AMD的Virtualization技术使你能更好地利用自己的资源，你的服务器和工作站将变得更加高效，数据中心的运转也更加有效。例如，当今的服务器在以不足15%的容量运行时，其能耗和散热仍保持在24×7的水平。AMD Virtualization技术具有快速虚拟化索引的功能，这就意味着AMD四核皓龙处理器能够简化数据中心，实现更高的利用率。AMD的片内安全和虚拟技术代号分别称作Presidio和Pacifica，据其官员表示将出现在明年的Opteron处理器中。“每个人都预见到虚拟和安全技术能解决到数据中心的某些问题，”AMD的微处理器业务部总经理Marty Seyer说。

在安全方面，Presidio将利用到微软即将推出的Windows Vista中某些功能。但AMD更吸引人的一项举措是让其内存控制器更“虚拟智能化”——让芯片在一台虚拟机的不同虚拟地址之间建起一道坚固的壁垒。另外，这样还能让Presidio阻止某些黑客攻击。这类攻击通常会强迫机器借某张CD或某个分区上的操作系统启动并使用特别工具读取机器内存中的内容。

AMD称Presidio会不断改进以包含其他保护技术，例如加固键鼠等输入设备与操

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作系统之间通讯通道等。由于这种保护技术需要操作系统的帮助，微软为此已经计划为Vista添加多种类型的安全技术。AMD的官员还表示将在明年的处理器中添加对信用平台模块(Trusted Platform Module) 1.2等Windows机器以外技术的支持。事实上，AMD正和开放信任运算机构合作开发Linux平台上的可信赖运算标准，预计集成TPM的服务器将在2007年上市。至于用于减轻VMware等虚拟软件部分工作负担的Pacifica技术，AMD称也会不断改善并最终包含输入/输出虚拟技术。AMD已经开始这项Xen计划的研究工作，不过他们不愿透露相应产品何时上市。

AMD的Presidio和Pacifica技术和Intel的虚拟技术及"LaGrande"安全技术十分相似。虽然Intel一直称到明年首季才会向系统厂商推广使用新的双核奔腾D处理器"resler"，但其实他们已经开始供货部分集成虚拟技术的奔腾四处理器，而LaGrande安全功能也会在明年出现于Intel处理器中。比较值得我们关注的应该是Pacifica虚拟技术，这将可以大大提高台式处理器的运行能力。Pacifica技术最突出的地方在于对内存控制器的改进方面

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。“Pacifica”通过Direct Connect Architecture(直接互连架构)和在处理器和内存控制器中引入一个新模型和功能来提高CPU的虚拟应用。

与过去的方法来进行虚拟应用不同，这项新的技术能够减少程序的复杂性，提高虚拟系统的安全性，并通过兼容现有的虚拟系统管理软件来减少花费在虚拟管理系统上的费用。例如，用户能在一部机器上轻易地创建多个独立且互相隔离的分区，从而减少了分区之间病毒传播的危险。不过，AMD在虚拟化技术方面仍比Intel慢了一步。AMD表示其IO虚拟化技术规范已经成型，且技术授权完全免费，并将鼓励软硬件厂商采纳该技术并集成进PC中。
目前AMD已经和VMware、Xensource以及微软等公司结盟推广其虚拟化技术。AMD的虚拟化技术之前的开发代号为Pacifica，这种技术将在AMD今年的64位CPU核心逻辑以及芯片组两个层面得以实现。

http://publish.it168.com/cword/3547.shtml

http://www.chinabyte.com/biz/cbfwq/36/3013536.shtml