虛擬化：概念與優勢

所謂虛擬化，是指將單臺電腦環境分割為多個獨立分區，每個分區均可以按照需要模擬一臺電腦。

虛擬化分區帶來的最大好處是使同一個物理平臺能夠同時運行多個同類或不同類的操作系統，為不同業務和應用提供支撐平臺。分區使得應用之間能夠更好地隔離，通過把不同的應用安裝到不同的分區上，可以避免在同一個系統運行多個應用時相互影響，包括計算資源爭用。避免單一應用的崩潰對整個系統造成影響，或單一應用的維護和升級影響其他應用的運行，以及各應用對系統平臺環境組件版本的不同要求等矛盾。同時使得系統的備份、遷移和升級更加簡單靈活。由于資源管理中間層的存在，不但操作變得非常簡單，而且可以很容易進行在線實施。當然，最重要的是分區可以實現計算資源的實時按需動態分配，負載大的分區可以獲得更多的計算資源，在負載下降時，計算資源可以被回收、返還或再分配給其他的分區，以最大限度地實現資源整合和按需動態分配。

硬件輔助虛擬化

虛擬化有兩種實施方式：傳統的純軟件虛擬化方式和新的硬件輔助虛擬化方式。

在保護模式下，x86處理器一共有4個不同優先級，術語稱為Ring，從Ring 0～Ring3。Ring 0的優先級最高，Ring 3最低。Ring 0用于操作系統內核， Ring 1和Ring 2用于操作系統服務，Ring 3用于應用程序。

位于Ring 0特權空間的操作系統可以優先訪問各種硬件資源。傳統的虛擬化技術是在Ring 0中運行一個稱為虛擬機監視器（VMM）的軟件中間層，以負責控制和排列各個分區訪問硬件資源的優先順序。它要求在軟件堆棧的較高層運行操作系統——通常是在Ring 1或者與系統應用共用Ring 3。

由于操作系統缺省工作在Ring 0 特權級別，而現在Ring 0被虛擬機監視器所擁有，所以傳統的純軟件虛擬化技術需要虛擬機監視器通過復雜的軟件編程來解決這個矛盾。其中一種方法是通過打補丁修改操作系統內核源代碼讓其認知到工作在Guest OS（客人操作系統）虛擬操作系統模式下。另一種方法是需要對運行期間操作系統的某些硬件調用指令作二進制碼翻譯等。由于上述原因，傳統的純軟件實現方式在測試、驗證和維護每款新操作系統和相關補丁方面，付出了大量的時間和資金， 同時二進制碼翻譯需要消耗處理器的很多計算資源。純軟件虛擬化運行時的開銷會造成系統運行速度較慢，有數據表明其引起的系統性能下降可能達5%～20%。

英特爾的硬件輔助虛擬化技術（Vanderpool Technology，VT技術）。

英特爾虛擬化技術是一種設計更簡單、實施更高效和可靠的方法，是世界上首個x86平臺的硬件輔助虛擬化解決方案。它對如何在不同的情形下分配給Guest OS想要的Ring特權級別作了很好的改進。x86因而可以為核心虛擬化處理提供芯片層支持，并可以在軟件堆棧中為虛擬機監視器提供專用的空間。VT不需要復雜的軟件工作環境。通過充分利用這些嵌入式硬件能力，獨立軟件廠商（ISV）可以減少其軟件測試、驗證和維護的要求，同時降低最終附加到用戶身上的成本。

英特爾虛擬化技術的主要特性和優勢為：

專為虛擬機監視器提供的全新特權空間，可支持未經修改的操作系統和應用在專門為它們設計的環境中運行，從而簡化硬件調用。

通過硬件底層指令集來支持虛擬機監視器與已安裝Guest OS之間的切換，使得虛擬化技術更加簡單、高效、可靠。

虛擬機監視器（VMM）和已安裝的Guest OS處理器狀態信息保留在專用內存地址空間中，這樣可以縮短各個操作系統訪問硬件之間的間隔時間， 同時提高了各個虛擬機上操作系統之間的安全隔離性。

服務器整合顯身手

Gap公司擁有4300家Gap、Old Navy和Banana Republic品牌服飾商店，是目前最大的時裝零售商，管理著大約450臺基于英特爾架構的服務器，此前采用一臺服務器對應一種應用，因而其中300多臺服務器系統的平均利用率還不到10%。

英特爾解決方案服務部建議Gap公司采用三臺安裝有VMWare虛擬化軟件的8路IBM eServer xSeries440服務器來取代現有的三分之一數量的服務器。移植完成后，Gap的基礎設施第一年便可以整合多達97種不同應用，包括BEA WebLogic、Microsoft IIS、IBM Tivoli、Lotus Notes和大量定制應用，這些目前均在Microsoft Windows NT和Windows 2000操作系統上運行。此外，還將跟蹤和管理系統利用水平，使其低于60%，從而為流量堵塞提供擴展空間。

項目的硬件和VMWare軟件支出與淘汰舊機器而節省的維護費用相抵。現在，Gap公司可以享有服務器冗余帶來的優勢而不必額外購買硬件。

不僅僅是服務器

雖然虛擬化的概念和實施最早來源于大型服務器主機，但隨著以英特爾和VMWare、微軟等為代表的軟硬件廠商將虛擬化技術引入x86平臺，一個嶄新的時代即將到來。著名的市場調研和分析機構Gartner認為未來十年內，虛擬化將是PC行業所面臨的最具革命性的一種技術。毫無疑問，虛擬化將重新定義PC產業。

在服務器領域，虛擬化可以帶來更高的部件及系統級利用率，帶來具有透明負載均衡、動態遷移、故障自動隔離、系統自動重構的高可靠服務器應用環境，以及更為簡潔、統一的服務器資源分配管理模式。

在工作站環境中，虛擬化可以在單個工作站中整合多種環境，讓開發人員在同一平臺上的各個分區中托管軟件堆棧（其中包括生產版本）。這可以提高硬件的使用率并簡化整個產品周期的管理工作。無須中斷生產環境，即可在相同的生產平臺上測試產品的新版本和升級版，以避免復制環境所帶來的高昂成本。

虛擬化除了可以為臺式機帶來類似數據中心的靈活性和響應能力外，還可以結合Intel的AMT（主動管理技術）對PC實施遠端控制，在不影響終端用戶工作的情況下運行安全和管理服務，甚至通過獨立的分區來過濾網絡流量，防止病毒或者惡意代碼到達用戶終端。

持續不斷發展的雙核處理器及64位平臺支持功能為虛擬化技術提供了一個更加穩定可靠的平臺基礎，也使英特爾硬件輔助虛擬化技術的優勢得到進一步的鞏固。繼去年英特爾宣布在x86服務器平臺支持硬件輔助虛擬化技術之后，即將于今年第三季度早期發布的商用PC博銳平臺也將引入虛擬化技術。

英特爾虛擬化技術是一個不斷發展完善的技術，從處理器、芯片組、內存、基本BIOS、存儲設備到顯卡。下一步將實現把I/O 設備映射到系統的虛擬機，這意味著一個更廣泛部署的硬件虛擬化技術，實現包括計算、存儲、I/O處理在內的整個計算平臺的虛擬化。