虛擬化技術(shù)的影響力

無論是何種軟件方法，隔離性都是由Hypervisor軟件提供的，過多的隔離必然會導(dǎo)致性能的下降。這些問題主要跟x86設(shè)計時就沒有考慮虛擬化有關(guān)。我們先來看看x86處理器的Privilege特權(quán)等級設(shè)計。虛擬化技術(shù)x86架構(gòu)為了保護指令的運行，提供了指令的4個不同Privilege特權(quán)級別，術(shù)語稱為Ring，從Ring 0～Ring 3。Ring 0的優(yōu)先級***1高，Ring 3***1低。

各個級別對可以運行的指令有所限制，vmware虛擬化，例如，GDT，IDT，LDT，TSS等這些指令就只能運行于Privilege 0，也就是Ring 0。要注意Ring/Privilege級別和我們通常認(rèn)知的進程在操作系統(tǒng)中的優(yōu)先級并不同。Xeon Stoakley平臺操作系統(tǒng)必須要運行一些Privilege 0的特權(quán)指令，因此Ring 0是被用于運行操作系統(tǒng)內(nèi)核，Ring 1和Ring 2是用于操作系統(tǒng)服務(wù)，Ring 3則是用于應(yīng)用程序。然而實際上并沒有必要用完4個不同的等級，一般的操作系統(tǒng)實現(xiàn)都僅僅使用了兩個等級，即Ring 0和Ring 3，如圖所示：虛擬化技術(shù)也就是說，在一個常規(guī)的x86操作系統(tǒng)中，系統(tǒng)內(nèi)核必須運行于Ring 0，而VMM軟件以及其管理下的Guest OS卻不能運行于Ring 0——因為那樣就無法對所有虛擬機進行有效的管理，就像以往的協(xié)同式多任務(wù)操作系統(tǒng)（如，Windows 3.1）無法保證系統(tǒng)的穩(wěn)健運行一樣。在沒有處理器輔助的虛擬化情況下，vmware虛擬化公司，挑戰(zhàn)就是采用Ring 0之外的等級來運行VMM (Virtual Machine Monitor，虛擬機監(jiān)視器）或Hypervisor，以及Guest OS。

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系統(tǒng)調(diào)用

系統(tǒng)調(diào)用是操作系統(tǒng)提供給用戶的服務(wù)例程，使用非常頻繁。***1新的操作系統(tǒng)一般使用 SYSENTER/SYSEXIT 指令對來實現(xiàn)快速系統(tǒng)調(diào)用。SYSENTER 指令通過IA32_SYSENTER_CS，IA32_SYSENTER_EIP 和 IA32_SYSENTER_ESP 這 3 個 MSR（Model Specific Register）寄存器直接轉(zhuǎn)到 Ring 0級；而 SYSEXIT 指令不在 Ring 0 級執(zhí)行的話將觸發(fā)異常。因此，如果 VMM 只能采取 Trap-And-Emulate 的方式處理這 2 條指令的話，整體性能將會受到極大損害。

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I/O 虛擬化

服務(wù)器使用一個輸入/輸出內(nèi)存管理單元(Input/Output Memory Management Unit，IOMMU)將DMA I/O總線(如PCIe)連接到主存儲器，vmware虛擬化技術(shù)，和傳統(tǒng)的內(nèi)存管理單元一樣，它將CPU可見的虛擬地址轉(zhuǎn)換成物理地址，IOMMU會將設(shè)備可見的虛擬地址映射到物理地址，vmware虛擬化價格，這些單元也提供了內(nèi)存保護功能。

I/O虛擬化可以隔離和限制設(shè)備訪問由分區(qū)管理設(shè)備擁有的資源。VT-d 通過減少 VMM 參與管理I/O流量的需求，消除了大部分的性能開銷，從而加速數(shù)據(jù)傳輸?；诩冘浖奶摂M化技術(shù)中，用戶操作系統(tǒng)與硬件設(shè)備通過VMM來通信，而借助VT-d，完成初始分配之后，數(shù)據(jù)即可直接在客戶操作系統(tǒng)與為其分配的設(shè)備之間進行傳輸。這樣，I/O 流量的流動將更加迅速，減少的 VMM 工作運行則會進一步縮減服務(wù)器處理器的負(fù)載。此外，由于用于特定設(shè)備或客戶操作系統(tǒng)的 I/O 數(shù)據(jù)不能被其它任何硬件或客戶軟件組件訪問，VMM將特定 I/O 設(shè)備安全分配給特定客戶操作系統(tǒng)。每個設(shè)備在系統(tǒng)內(nèi)存中都有一個專用區(qū)域，只有該設(shè)備及其分配的客戶操作系統(tǒng)才能對該區(qū)域進行訪問，增強了虛擬化的安全性能。

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