Паравиртуализация

В методе паравиртуализации частично подвергается модификации исходный код гостевой операционной системы. Перед выполнением программный код гостевой ОС просматривается на наличие проблемных инструкций и в спорных местах вставляются команды перехода на гипервизор (так называемые гипервызовы (hypercalls)), где специальный генератор кода заменяет проблемные инструкции. В результате удается избежать появления проблемных команд. В методе паравиртуализации модифицируется только ядро операционной системы, а библиотеки и приложения уровня пользователя остаются неизменными. Гипервизор предоставляет гостевой ОС специальный API, с которым она и взаимодействует, вместо того чтобы обращаться напрямую к таким ресурсам, как таблица страниц памяти. Метод паравиртуализации позволяет добиться более высокой производительности, чем метод динамической трансляции. В то же время нужно отметить, что метод паравиртуализации применим лишь в том случае, если гостевые ОС имеют открытые исходные коды (например, OC семейства Linux) — их можно модифицировать согласно лицензии. Однако для OC семейства Windows с закрытыми кодами использование метода паравиртуализации невозможно.

Вторым основным способом реализации виртуальной среды является аппаратная виртуализация. Процессоры с архитектурой x86 не поддерживают виртуализацию на аппаратном уровне и для ее реализации применяются различные программные ухищрения. Тем не менее такая ситуация сохранялась вплоть до 2005 года, когда компания Intel разработала аппаратную поддержку виртуализации в своих новых процессорах. Данная технология, получившая название Intel VT-x (кодовое название Vanderpool), поддерживается практически всеми (за исключением младших моделей) новыми процессорами Intel семейства Intel Core. Позднее и компания AMD реализовала аппаратную поддержку виртуализации в своих процессорах, которая получила название AMD Pacific. В отличие от программной виртуализации, с помощью аппаратной виртуализации возможно получение изолированных гостевых систем, управляемых гипервизором напрямую. Такой подход может обеспечить простоту реализации платформы виртуализации и увеличить надежность платформы с несколькими одновременно запущенными гостевыми системами. Более того, аппаратная поддержка виртуализации должна повысить производительность виртуальных машин, поскольку в этом случае исключены потери производительности на обслуживание хостовой системы. Такая модель позволяет приблизить производительность гостевых систем к реальным и сократить затраты производительности на поддержание хостовой платформы. Технологии Intel VT-x и AMD Pacific реализованы совершенно по разному, хотя и приводят к единому результату. Фактически в обоих случаях речь идет не о переделке микроархитектуры процессора, а о программных «заплатках», позволяющих скрыть некоторые недостатки архитектуры x86. То есть в обоих случаях аппаратная поддержка виртуализации подразумевает некоторый дополнительный набор инструкций, облегчающих выполнение на аппаратном уровне операций, которые до этого можно было выполнять только программно, затрачивая дополнительные вычислительные ресурсы. Если говорить более конкретно, то речь идет об инструкциях процессора для предоставления прямого доступа к ресурсам процессора из гостевых систем, то есть об инструкциях, которые позволяют выполнять привилегированные инструкции, генерируемые гостевой ОС. Впрочем, аппаратная поддержка виртуализации на уровне процессора не означает, что теперь можно обойтись без гипервизора. Более того, для того чтобы воспользоваться преимуществами аппаратной поддержки виртуализации, потребуется гипервизор, который поддерживал бы технологии аппаратной виртуализации Intel VT и AMD Pacific.