Virtualisierung mit Server-CPUs: Leistungsbremse inklusive

Als letzte Alternative bleibt also die Virtualisierung mittels Hardwarevirtualisierung der ersten Generation: AMD-V oder VT-x. Dabei läuft der Kernel-Code des Betriebssystems unmodifiziert ohne jegliches Patching im Ring 0. Der Hypervisor kann mit dieser Technologie bestimmte Befehle, etwa IN und OUT, trotzdem abfangen. Das ermöglicht, dass User-Mode-Programme wieder direkt Funktionen des Gastmaschinenkernels aufrufen können. Viele Kernel-Funktionen, die keinen I/O verursachen, beispielsweise Dateisystemoperationen oder Prozessinformationen wie bei getppid, laufen dadurch nahezu mit nativer Geschwindigkeit.

Ein dritter Benchmark, nämlich forkwait, zeigt, dass auch die VT-x- beziehungsweise AMD-V-Technologie mit Nachteilen behaftet ist. Ändern sich Page Tables, so muss der Hypervisor eingreifen.

Die Veränderung der Page Tables erreicht forkwait, indem es eine Million Mal einen neuen Prozess startet.

#include <stdio.h><br />  <br /> int main (int argc, char** argv, char** env) {<br />  <br />   int i;<br />  <br />   for (i = 0; i < 1000000; i++) {<br />     if (!fork()) return 0;<br />   }<br />  <br />   return 0;<br /> }<br />
Bild 7: forkwait.c verursacht mindestens zwei Millionen Page-Table-Updates.

Bei forkwait sind die nativen Ergebnisse nur zur Information dargestellt. Da die verwendeten Rechner 4, 8 oder 24 Cores haben, ist keine Vergleichbarkeit mit den virtuellen Maschinen gegeben, die nur je über 2 Cores verfügen.

Bild 8: Ändern sich Page Tables, dann ist Hardwarevirtualisierung der zweiten Generation die einzig performante Alternative.

Bild 9: Im 64-Bit-Modus verliert AMD-V so stark, dass eine logarithmische Skalierung gewählt werden muss.

Die Benchmarks zeigen, dass AMD-V und VT-x sehr schwach performen. Binary Translation überzeugt ebenfalls nicht, da beim Anlegen und Beenden eines Prozesses viele Kernel-Funktionen aufgerufen werden. Abhilfe könnte eine Kombination von AMD-V oder VT-x mit Binary Translation schaffen. Dabei könnten Page-Table-Updates und I/O-Befehle durch Binary Translation erledigt werden, während AMD-V oder VT-x für einen performanten User-Kernel-Übergang in den Gastmaschinen sorgen. Allzu verständlich ist jedoch, dass die Virtualisierungshersteller nicht weiter in die Risikotechnologie Binary Translation investieren möchten.

RVI oder EPT liefert im forkwait-Benchmark zufriedenstellende Ergebnisse. Den Page-Table-Update erledigen die Prozessoren genauso mit Hardwareunterstützung wie den User-Kernel-Übergang.