kvm嵌套虚拟化

嵌套虚拟化(nested virtualization)是一种在虚拟机内部运行虚拟机的技术,也就是在Hypervisor之上再运行Hypervisor。

传统的虚拟管理程序Hypervisor 在嵌套虚拟化中转变成了嵌套的Hypervisor(Host Hypervisor 之上运行着多个Guest Hypervisor):

传统的虚拟化部分处理了指令集,直接执行处理器上的某些指令,并通过陷阱模仿其他指令。在嵌套虚拟化中,引入了另一个级别,在这一级别上,某些指令继续直接在硬件上执行,而其他指令则被捕获并托管在一层或其他层中(具有用于各层之间的转换的有效负载)。

这种设置会公开处理器虚拟化实现中的优势和劣势:VM 控制结构 (VMCS) 的管理就是这样的一个领域。在 Intel 的实现中,读写这些结构涉及到一些特权指令,要求跨嵌套堆栈的各层进行多次出入。这些转换会带来有效负载,以性能降低的形式表现出来。

MMU 和内存虚拟化

Intel 和 AMD 通过添加二维页表来解决虚拟机管理程序模仿内存管理单元 (MMU) :Intel 称之为扩展页表 (EPT),AMD 称之为嵌套页表 (NPT)。这些协助允许二级页表将 Guest 物理地址转变为主机物理地址(而传统页表则继续支持 Guest 虚拟到 Guest 物理的转换)。

I/O 设备虚拟化

仿真(由 QEMU 提供)最为昂贵,像半虚拟化(让 Guest 了解并用虚拟机管理程序协调 I/O)这样的方式能够提升总体性能。最有效的方案是使用像 AMD I/O MMU (IOMMU) 这样的硬件协助来提供 Guest 物理地址到主机物理地址的透明转换(用于直接内存访问 [DMA] 这样的操作)。

嵌套虚拟化性能

根据使用的模型,KVM 中的嵌套可能导致的有效负载可以忽略不计。

促使 VM 退出的工作负载(比如外部中断处理)常常是最坏的情况,但 KVM 内的优化则会带来 6% 到 14% 的负载提升。

考虑到嵌套虚拟化所提供的功能,这个有效负载当然还是合理的。处理器架构的进步将会进一步改善这一点。

嵌套虚拟化主要的用途

  • 在Hypervisor之上再运行一层Hypervisor,可以实现不同虚拟化技术的嵌套,例如在KVM之上运行Xen,或者相反,对于私有云迁移到公有云之上,依然保留用户原有的技术架构具有重大意义。

  • 可以在一个硬件服务器上模拟大规模的虚拟化集群,而不是一台物理服务器上只能运行一个虚拟化host主机:例如,可以在一台服务器上部署OpentStack集群,只要有足够的cpu和内存资源,可以部署一个非常复杂的开发测试环境。

不同虚拟化技术的嵌套虚拟化

参考

Last updated