Intel und AMD: Leistungs-Boost durch Virtualisierung direkt auf der CPU

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Virtualisierungsfunktionen in der CPU

Die Hersteller der CPUs haben auf den Trend zur Virtualisierung reagiert und bieten seit wenigen Jahren in ihren neueren CPUs direkt entsprechende Virtualisierungsfunktionen. Diese Funktionen die ursprünglich unter den Codenamen AMD-Pacifica und Intel-Vanderpool bekannt wurden, sind nun verfügbar und werden als AMD-V bzw. Intel-VT bezeichnet. Intel beispielsweise stattet seine CPU für alle Server- und Client-Prozessoren seit 2005 mit Intel VT aus.

AMD hat die Virtualisierungsfunktionen zusammen mit den Dual Core Prozessoren auf den Markt gebracht. Durch die Änderungen in den CPUs übernimmt der Microcode der CPUs Funktionen, die vorher durch die Emulationsschicht der Hypervisor bereitgestellt wurden. Verglichen mit einer Software-basierten Umsetzung im Hypervisor ist die direkte Abarbeitung in der CPU bedeutend schneller. Ferner werden Fehler in der Ausführung gänzlich vermieden, da die Hardware nicht von Viren oder sonstigen Angriffscode kompromittiert werden kann. Die Virtualisierungsfunktionen in den CPU‘s ermöglichen neben Paravirtualisierung nun eine weitere flexiblere Form von Virtualisierung, die Vollvirtualisierung. Nun lassen sich somit die Betriebssysteme ohne Veränderung des Quellcodes betreiben.

Der Hypervisor-Modus der Prozessoren

Ein wichtiger Teil dieser Änderungen ist die Einführung eines Hypervisor-Modus, häufig auch als Ring -1 oder Host Mode bezeichnet. Somit können die Betriebssystem-Gäste wieder im Ring 0 ausgeführt werden. Administrative Aufgaben wie z.B. die Kontrolle der Interrupts und die Verwaltung des Speichers führt der Hypervisor in einem speziellen Hypervisor-Modus aus. Da keine Änderungen an den Betriebssystemen notwendig sind, ist es auch möglich, unterschiedliche Betriebssysteme, wie etwa Linux und Windows ohne Emulation parallel zu betreiben. In den früheren Versionen von Xen und ohne die Virtualisierungsfunktionen in den CPUs konnten unter Xen nur Linux-Gäste existieren, Windows Gastsysteme waren hierbei nicht möglich. Denn alle Gäste innerhalb einer Xen-Umgebung mussten an den Host angepasst werden, Microsoft aber diese Anpassung für die Windows-Systeme nicht vornahm. Mit den Virtualisierungsfunktionen in den CPUs allerdings ist das nun kein Problem und Xen kann nun auch Windows Gastsysteme ausführen.

Intel plant für seine zukünftigen CPUs eine Reihe von Erweiterung. Durch die Funktionen, die als FlexPriority bezeichnet werden, optimiert Intel den Zugang der virtuellen Maschinen zu den Task Priority Registern. Dadurch soll die Gesamtperformanz des Systems erhöht werden. Ferner soll eine VT Virtual Processor ID eine beschleunigte Umschaltung zwischen den virtuellen Maschinen ermöglichen.

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