Intel Xeon 5500: 仮想化のために生まれた

「愛ゆえに悲しみあり、愛ゆえに恐れあり、愛を捨てれば悲しみも恐れもなくなる」は『妙色王因果経』より。愛ゆえに悲しみがある。愛ゆえに恐れがある。愛を手放せば、悲しみも恐怖もなくなる。

Intel Virtualization (VT) テクノロジーの概要

Intel Xeon 5500 シリーズ プロセッサは、Nehalem アーキテクチャに基づく新世代のプロセッサです。より高い I/O 帯域幅により仮想化パフォーマンスがさらに向上し、複数世代の仮想マシンの移行をサポートすることで、仮想化環境における比類のない柔軟性を実現します。次世代の Intel Virtualization Technology (Intel VT) は、Intel プロセッサー、チップセット、ネットワーク カードに組み込まれたハードウェア拡張テクノロジにより、ネイティブ仮想化パフォーマンスを最大 2.1 倍向上させます。

Intel VT は、VTx、VTd、VTc の 3 つのテクノロジーで構成されています。

VTx は、メモリと仮想マシンのハードウェア分離を提供するプロセッサ テクノロジです。関連するテクノロジには、ページ テーブル管理とアドレス空間保護が含まれます。

VTd は、特定の仮想マシン アプリケーションをサポートしてプロセッサ I/O 管理プログラムをバイパスし、I/O リソースを直接呼び出して効率を向上させ、直接 I/O 接続を通じてほぼ 100% の I/O パフォーマンスを実現するなど、仮想マシンにいくつかの特別なアプリケーションを提供するチップセット関連のテクノロジです。

VTc はネットワークの管理サービスです。物理ネットワーク カード上の仮想マシンのデバイス キューを確立できます。 Intel が提供するネットワーク カードでは、仮想マシンのデータ分類管理の機能がプロセッサからネットワーク カードに移行され、CPU が解放され、ネットワーク効率が向上します。

Intel Xeon 5500、生きているときは仮想化された人間、死んでいるときは仮想化された死者

仮想化によって、より優れた、より安定した、より信頼性の高い、より高性能なシステムを実現したい場合、ソフトウェアとハ​​ードウェアの連携は不可欠です。 Intel 5500 システムの発売により、ハードウェア レベルでより新しく強力な仮想化コードが多数提供されるようになりました。これらのコードにより、仮想化ソフトウェア プラットフォームを通じてより優れた仮想化エクスペリエンスを実現できます。

仮想化の面でも、Intel と VMware は緊密に協力しています。 VMware には、Intel 向けの仮想化ハードウェア プラットフォームが多数組み込まれています。指定されたレベルのソフトウェア機能である、いわゆるハードウェア アシスタンスは、ユーザーが仮想化プラットフォーム全体の統合率を大幅に向上させ、システムのパフォーマンスと安定性を向上させるのに役立ちます。

Xeon 5500 のポイントツーポイント伝送バス、DDR メモリ制御、3G キャッシュなどの新機能により、データベースや大規模メール システムなどの主要なアプリケーション システムを仮想プラットフォーム上で実行し、仮想プラットフォームがもたらすメリットを享受できるようになります。

ハードウェアの継続的なアップグレードに伴い、古いシステムと新しいシステム間の動的な移行が必要になります。これは過去には大きな問題であり、同じ世代または同じ CPU 指定レベルのシステムを仮想プールに配置する必要がありました。 Intel の新しいプラットフォームの発売と Flexmigration テクノロジの誕生により、この問題は解決され、異なる世代の CPU プラットフォーム間の移行が可能になりました。 VMware は、Flexmigration などの仮想化プラットフォームをサポートする最初の企業です。 Intel ハードウェアと VMware ソフトウェアの完璧な組み合わせにより、ユーザーはさまざまな世代のコンピューティング プラットフォームを仮想プールに統合できます。さまざまなビジネス アプリケーションの状況に応じて、さまざまな仮想マシンをさまざまな世代のコンピューティング プラットフォーム間で動的に移行し、柔軟なアプリケーションの目的を達成できます。

Nehalem アーキテクチャでは、仮想アドレスと物理アドレス間のマッピングをキャッシュするために使用される TLB 階層も変更されました。 Nehalem は、SMT のアクティブ スレッド状態 (スレッド コンテキスト) に動的に割り当てることができる真の 2 レベル TLB システムを確立しました。 Nehalem の L1 DTLB はすべてのストレージ アクセス (読み取りと保存) を実行でき、64 エントリの小さなページ テーブルと 32 エントリの大きなページ テーブルがあり、すべて 4 ウェイ アソシエティブです。新しい L2 TLB は汎用 (命令とデータに使用可能) であり、512 個の小さなページ テーブルのみを持ち、4 ウェイ アソシエティブでもあります。

Nehalem の TLB エントリも、仮想プロセッサ ID (VPID) によって変化します。各 TLB エントリは、メモリ ページの仮想アドレスから物理アドレスへの変換をキャッシュします。この変換は、特定のプロセスまたは仮想マシン (VM) に固有です。 Intel の以前の CPU は、プロセッサが仮想ゲストとホストの間で切り替えるときに TLB を埋めて、プロセスがアクセスを許可されたメモリにのみアクセスできるようにしていました。 VPID は、どの VM の TLB エントリであるかを追跡します。そのため、VM が終了して再入力するときに、セキュリティを確保するために TLB を入力する必要がありません。プロセスが自分自身のものではないアドレス変換にアクセスしようとすると、ページ テーブルへの不正アクセスを行うのではなく、TLB で直接失敗します。 VPID は、仮想マシンのアドレス変換のオーバーヘッドを削減することで、仮想化パフォーマンスの向上に役立ちます。 INTEL は、Nehalem での往復 VM アドレス変換のレイテンシは Conroe でのレイテンシの約 40% であり、Penryn でのレイテンシの約 1/3 低い (つまり、Penryn でのレイテンシの約 66%) と見積もっています。

Nehalem のもう 1 つの仮想化の変更は、拡張ページ テーブル (EPT) です。これは、多くの VM アドレス変換を排除する、つまり変換の数を減らすために使用されます (VPID の役割は、VM アドレス変換のレイテンシを減らすことです)。通常、ページ テーブルはクライアントの仮想アドレスをクライアントの物理アドレスと一致させるために使用されますが、仮想化システムでは、クライアントの物理アドレスからホストの物理アドレスへの変換も行われます。以前の Intel CPU (および Barcelona 以前の AMD CPU) では、ページ フォールトを処理するためにハイパーバイザーが必要でしたが、Nehalem では EPT を通じて多くの不要な VM 終了が排除されます。

さらに優れた仮想化物理プラットフォームである Intel Xeon プロセッサー 5500 シリーズには、仮想データセンターをさらに改善し、サーバーの増加を制御できる独自のハードウェア支援機能が備わっています。 Intel マイクロアーキテクチャ Nehalem に基づく Intel Xeon 5500 シリーズ プロセッサは、数多くの革新的なテクノロジを使用して、システム パフォーマンスを効果的に向上させ、I/O を強化し、ユーザーが異なる世代のサーバーを同じ仮想サーバー プールに集中できるようにサポートするとともに、システムのアプリケーション障害回復、負荷分散、および災害復旧機能を向上させ、仮想化の利点をさらに拡大します。