仮想化技術: 完全なシステムソリューション

仮想化は、コンピューティングにおいて、実ベースではなく仮想ベースで実行されるコンピューティング要素を指す広い用語です。仮想化テクノロジーは、ハードウェアの容量を拡張し、ソフトウェアの再構成のプロセスを簡素化できます。 CPU 仮想化技術は、単一の CPU で複数の CPU を並列にシミュレートできるため、プラットフォームで複数のオペレーティング システムを同時に実行でき、アプリケーションは互いに影響を与えることなく独立した空間で実行できるため、コンピューターの作業効率が大幅に向上します。

仮想化技術は、マルチタスクやハイパースレッディング技術とはまったく異なります。マルチタスクとは、オペレーティング システム内で複数のプログラムを並行して実行することを指します。仮想化技術では、複数のオペレーティング システムを同時に実行することができ、各オペレーティング システムでは複数のプログラムが実行されます。各オペレーティング システムは、仮想 CPU または仮想ホスト上で実行されます。ハイパースレッディング テクノロジーは、単一の CPU のみを使用してデュアル CPU をシミュレートし、プログラムのパフォーマンスのバランスをとります。シミュレートされた 2 つの CPU は分離できず、連携してのみ動作します。

仮想化技術は、同じく仮想化効果を実現できる VMware Workstation などの現在のソフトウェアとも異なります。これは大きな技術的進歩であり、具体的にはソフトウェア仮想マシン関連のオーバーヘッドの削減と、より幅広いオペレーティング システムのサポートに反映されています。

ソフトウェアのみの仮想化ソリューションには多くの制限があります。多くの場合、「クライアント」オペレーティング システムは VMM (仮想マシン モニター) を介してハードウェアと通信し、システム上のすべての仮想マシンへのアクセスを決定します。 (ほとんどのプロセッサおよびメモリ アクセスは VMM から独立しており、ページ フォールトなどの特定のイベントが発生した場合にのみ関係することに注意してください。) 純粋なソフトウェア仮想化ソリューションでは、VMM は、従来オペレーティング システムが配置されているソフトウェア スイートに配置されます。プロセッサ、メモリ、ストレージ、グラフィック カード、ネットワーク カードなどのインターフェイスを使用してハードウェア環境をシミュレートします。この変換により、システムの複雑さが必然的に増大します。さらに、ゲスト オペレーティング システムのサポートは仮想マシン環境の機能によって制限されるため、64 ビット ゲスト オペレーティング システムなどの特定のテクノロジの展開が妨げられる可能性があります。ソフトウェアのみのソリューションでは、ソフトウェア スタックの複雑さが増すため、これらの環境の管理が難しくなり、システムの信頼性とセキュリティを確保することがさらに困難になります。

CPU 仮想化テクノロジーはハードウェア ソリューションです。仮想化技術をサポートする CPU には、仮想プロセスを制御するために特別に最適化された命令セットがあります。これらの命令セットにより、VMM はパフォーマンスを簡単に向上させることができ、ソフトウェア仮想化の実装と比較してパフォーマンスを大幅に向上させることができます。仮想化テクノロジーは、互換性のある VMM ソフトウェアを使用してソフトウェアのみのソリューションを改善できるシリコンベースの機能を提供します。仮想化ハードウェアは新しいアーキテクチャを提供し、その上で直接オペレーティング システムを実行できるようにサポートできるため、バイナリ変換の必要がなくなり、関連するパフォーマンス オーバーヘッドが削減され、VMM 設計が大幅に簡素化されます。 VMM は共通標準に従って記述できるため、より強力なパフォーマンスが得られます。さらに、純粋なソフトウェア VMM は現在 64 ビット クライアント オペレーティング システムをサポートしておらず、64 ビット プロセッサが普及するにつれて、この重大な欠点がますます顕著になっています。 CPU の仮想化テクノロジは、従来の幅広いオペレーティング システムをサポートするだけでなく、64 ビット クライアント オペレーティング システムもサポートします。

仮想化テクノロジーは一連のソリューションです。完全な状況には、CPU、マザーボードのチップセット、BIOS、および VMM ソフトウェアや一部のオペレーティング システム自体などのソフトウェアからのサポートが必要です。 CPU のみが仮想化テクノロジをサポートしている場合でも、VMM ソフトウェアと組み合わせると、仮想化テクノロジをまったくサポートしていないシステムよりも優れたパフォーマンスが得られます。

2大CPU大手のIntelとAMDは仮想化分野で優位に立つためにあらゆる手段を講じているが、AMDの仮想化技術はIntelに数か月遅れている。 Intel は、2005 年末から、自社のプロセッサ製品ラインにおいて Intel Virtualization Technology (Intel VT) 仮想化テクノロジを推進し、適用してきました。現在、Intel は、デスクトップ プラットフォーム向けの Pentium 4 6X2 シリーズ、Pentium D 9X0 シリーズ、Pentium EE 9XX シリーズ、サーバー/ワークステーション プラットフォーム向けの Core Duo シリーズと Core Solo シリーズの一部製品、Xeon LV シリーズ、Xeon 5000 シリーズ、Xeon 5100 シリーズ、Xeon MP 7000 シリーズ、Itanium 2 9000 シリーズなど、Intel VT 仮想化テクノロジを搭載した一連のプロセッサ製品をリリースしています。同時に、Merom コア モバイル プロセッサ、Conroe コア デスクトップ プロセッサ、Woodcrest コア サーバー プロセッサ、Montecito コア ベースの Itanium 2 ハイエンド サーバー プロセッサなど、Intel の次世代メインストリーム プロセッサの大部分が Intel VT 仮想化テクノロジをサポートする予定です。

AMD は、Socket S1 インターフェイスの Turion 64 X2 シリーズ、Socket AM2 インターフェイスの Athlon 64 X2 シリーズおよび Athlon 64 FX シリーズなど、AMD 仮想化テクノロジー (AMD VT) をサポートする一連のプロセッサ製品もリリースしており、今後リリースされる Socket F インターフェイスの Opteron を含む、AMD の次世代メインストリーム プロセッサのほとんどが AMD VT 仮想化テクノロジーをサポートする予定です。

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