CPU和内存虚拟化

上篇文章介绍了云计算之虚拟化技术，针对虚拟化技术的实现方式和技术细节进行了描述。从云计算的核心组件来讲，虚拟化又分为计算虚拟化、存储虚拟化和网络虚拟化。本文就计算虚拟化进行讲解。

计算虚拟化就是在虚拟系统和底层硬件之间抽象出CPU和内存等，以供虚拟机使用。计算虚拟化技术需要模拟出一套 *** 作系统的运行环境，在这个环境你可以安装Windows，也可以部署Linux，这些 *** 作系统被称作GuestOS。他们相互独立，互不影响（相对的，因为当主机资源不足会出现竞争等问题，导致运行缓慢等问题）。计算虚拟化可以将主机单个物理核虚拟出多个vCPU，这些vCPU本质上就是运行的线程，考虑到系统调度，所以并不是虚拟的核数越多越好。计算虚拟化把物理机上面内存进行逻辑划分出多个段，供不同的虚拟机使用，每个虚拟机看到的都是自己独立的内存。从这个意义上讲，计算虚拟化包含了CPU虚拟化和内存虚拟化。

CPU具有根模式和非根模式，每种模式下又有ring0和ring3。宿主机运行在根模式下，宿主机的内核处于ring0，而用户态程序处于ring3，GuestOS运行在非根模式。相似的，GuestOS的内核运行在ring0，用户态程序运行在ring3。处于非根模式的GuestOS，当外部中断或缺页异常，或者主动调用VMCALL指令调用VMM的服务的时候（与系统调用类似）的时候，硬件自动挂起Guest OS，CPU会从非根模式切换到根模式，整个过程称为VM exit，相反的，VMM通过显式调用VMLAUNCH或VMRESUME指令切换到VMX non-root operation模式，硬件自动加载Guest OS的上下文，于是Guest OS获得运行，这种转换称为VM entry。

对于CPU虚拟化，有CPU过载使用、指定vCPU亲和性等技术。

在虚拟化环境下，服务器上的虚拟机会以逻辑CPU的方式给虚拟机分配CPU。因此在一个物理服务器主机上分配给虚拟机的vCPU总数可能会超过逻辑CPU数目，这种使用方式称之为CPU的过载使用。严格来说，即使是打开超线程，并以线程为单位给虚拟机分配vCPU，vCPU的数量也可能会超过物理CPU数目，因此这也是一种过载使用。与 *** 作系统向应用程序分配CPU一样，给虚拟机分配vCPU是由调度器决定的，调度器遵循一定的规则，向VM分配vCPU。

在Linux环境下，每个进程或线程可以绑定到特定的一个或几个物理CPU上运行，这称之为CPU的亲和性。每个vCPU都是物理机上的一个线程，可以通过taskset工具设置其处理器的亲和性，使其绑定到某一个或者几个处理器上进行调度。尽管Linux内核的进程调度算法已经非常高效了，在多数情况下不需要对调度进行干预。不过在虚拟化环境中，有必要对其进行设置，绑定到固定的逻辑CPU上，使得其独占某些CPU资源而不受其他业务的干扰。

除了CPU虚拟化，另一个关键是内存虚拟化，通过内存虚拟化共享物理系统内存，动态分配给虚拟机。虚拟机的内存虚拟化很象现在的 *** 作系统支持的虚拟内存方式，应用程序看到邻近的内存地址空间，这个地址空间无需和下面的物理机器内存直接对应， *** 作系统保持着虚拟页到物理页的映射。现在所有的x86 CPU都包括了一个称为内存管理的模块MMU（Memory Management Unit）和TLB(Translation Lookaside Buffer)，通过MMU和TLB来优化虚拟内存的性能。

为了使得虚拟机的内存看起来也是从一个零地址开始的一段连续地址空间，VMM引入了一层新的地址空间，即客户机物理地址空间，这个地址空间不是真正意义上的物理地址空间，它们之间还有一层转换。因此从虚拟机虚拟地址到真实物理地址需要两层转换：客户机虚拟地址（GVA）到客户机物理地址（GPA）的转换，客户机物理地址（GPA）到宿主机物理地址（HPA）的转换。在第一代虚拟化技术中，这两层转换是由软件通过影子页表来实现的，由于其效率较低，在第二代虚拟化技术中，Intel引入了EPT扩展页表通过硬件来实现转换，同样AMD也有类似的技术，称之为NPT嵌套页表。

对于内存虚拟化，有内存去重和内存气球等技术。

所谓内存去重，就是同一物理服务器上存在同一内存页的时候，共享这个页，以节省内存使用量。在同一物理服务器上运行多个相同OS虚拟机的情况下，OS的内核页面会有很多重复，所以该功能对于节省内存特别有效。在vSphere中，这个功能称之为透明页共享（TPS），在KVM中，这个功能称之为内核相同页合并（KSM）。

当在物理服务器上发出追加内存分配时，会从同一服务器上运行的其它VM中回收内存页，并将回收的内存页进行分配的机制，称之为回收，也叫内存气球。一旦要求追加内存，并且存在较多空闲内存的VM时，可以通过该VM的内存气球驱动，从该VM的闲置内存中回收内存。因为是从闲置的内存中回收，不会产生频繁的分页，因此在回收闲置内存时，不会对VM的性能有明显的性能影响。如果要回收的内存量很大，连非闲置的内存也要回收，就会对VM的性能有明显的影响。

另外，GPU虚拟化、Docker容器也属于计算虚拟化的范畴，后面的文章中也会讲到。请大家关注后续文章。

问题太笼统了，服务器要看你的使用场景。如果你用服务器去做一个下载站或者站、视频站等对网络资源要求比较大的场景，内存和CPU都不重要，带宽是最重要的。
如果你用服务器里面运行着大量使用多线程或者多进程的项目，那内存和带宽又变的不重要了。
如果你服务器挂载站点需要经常读写数据库，网站访问并发很大需要加装Redis等缓存器，那么内存变的非常重要，其次是带宽，最后是CPU。
所以说的这么多，哪个重要还是需要看你用这个服务器的主要使用场景

一台普通的P4 30 和一台DELL服务器的30 内存都是2G，整体性能上的主要区别有以下几点：\x0d\1、服务器是按24小时长时间运行机制设计的，稳定性更好，当然价格更贵。\x0d\2、关于数据总线，服务器考虑得速度更快一些，一般采用SCIS或SAS。\x0d\3、服务器具有RAID功能，支持盘阵。\x0d\如果你对做服务器的机器要求不高，一般的PC就可以胜任；反过来，如果拿服务器当PC用，就感觉不搭调了。\x0d\\x0d\具体来说，你要知道服务器与普通PC的区别，这要从硬件和软件两方面来看。\x0d\根据应用的不同两者的差别很大，打个比方，PC就相当于什么都会的门诊医生，但是医术不是那么精湛，而服务器就应该是某个方面的专家了，处理能力越出众，它“专”的就越厉害。\x0d\一、从硬件上看： \x0d\1CPU\x0d\服务器CPU的指令一般是采用的RISC（精简指令集）。根据研究，在大多数的应用中，CPU仅仅使用了很少的几种命令，于是研究人员就根据这种情况设计了该指令集，运用集中的各种命令组合来实现各种需求。这种设计的好处就是针对性更强，可以根据不同的需求进行专门的优化，处理效更高。相对应的则是 CISC（复杂指令集），他的特点就是尽量把各种常用的功能集成到一块，例如我们常常听到的MMX，SSE，SSE+，3D！NOW！等等都是这种类型的。\x0d\另外，服务器的CPU设计一般都要考虑它的多路功能，就是多个CPU一起工作，而PC则一般只一颗CPU。\x0d\2内存\x0d\内存在服务器上的原则也上越快越大越好，不过它对纠错和稳定提出了更高的要求，比如ECC（“错误检查和纠正“好象没人这么叫的）。我们现在使用的PC上很少有人能够用到1G的内存（玩游戏的不算），而在服务器上，这G级的内存有时也会显着捉襟见肘，记得去年国家发布银河最新超级计算机时，他的内存更是达到了1个 T；相比内存的速度，人们在应用的时候更优先考虑内存的稳定和纠错能力，只有在保证了这两条，才能再考虑别的东西。 \x0d\3硬盘\x0d\硬盘性能无论是在PC上还是服务器上，性能的提升一直很缓慢，个人认为，依靠机械的发展，硬盘的发展是不可能出现质的飞跃。由于使用服务器的一般都是企业单位，里面都是保存了大量珍贵数据，这对硬盘就提出了安全稳定的要求，硬盘上出现的相关技术也基本上围绕这两个要求转。比如：数据冗余备份，热插拔等。另外，服务器硬盘必须能做到247不间断工作的要求。 \x0d\4主板\x0d\这个我了解的比较少，很少看到服务器有主板的说法，不过我觉得应该提提服务器的总线设计——多路，就是多个CPU如何能够协调工作。有兴趣建议你看看 *** 作系统方面的书，看老外写的，很好！ \x0d\5显卡\x0d\除了图形和3D设计，服务器上的显卡基本上就是你只要能接上显示器能显示就行！ \x0d\二、接下来说说软件，软件就主要指 *** 作系统，比如我们熟悉的NT，2000 SERVER，2003 SERVER，LINUX，SOLRAIS和UNIX等等，都是专门针对服务器设计的，比如：负载均衡，多路CPU的支持

服务器内存也是内存，它与我们平常在电脑城所见的普通PC机内存在外观和结构上没有什么明显实质性的区别，它主要是在内存上引入了一些新的技术，普通PC机上的内存在服务器上一般是不可用的服务器认不到的，这就是说服务器内存不能随便为了贪便宜用普通PC机的内存来替代的原因了。

服务器内存：

有些人把具有某种技术的内存就称之为“服务器内存”，其实是不全面的，服务器的这些内存技术之所以在目前看来是服务器在专用，但不能保证永远只能是服务器专用。

这些新技术之所以先在服务器上得以应用是因为服务器价格较贵，有条件得以应用，这些新技术由于价格的原因暂时在普通PC机上无法实现应用，但是会随着配件价格的下降逐步走向普通PC机，就行原来的奇偶校正内存一样原先也是最先应用在服务器上，现在不是很普遍了吗所以服务器内存并不是一种特指，它是内存新技术在不同时间段上的应用。 

普通PC内存：

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1内存是计算机中重要的部件之一，它是与CPU进行沟通的桥梁。计算机中所有程序的运行都是在内存中进行的，因此内存的性能对计算机的影响非常大。

2内存(Memory)也被称为内存储器，其作用是用于暂时存放CPU中的运算数据，以及与硬盘等外部存储器交换的数据。只要计算机在运行中，CPU就会把需要运算的数据调到内存中进行运算，当运算完成后CPU再将结果传送出来，内存的运行也决定了计算机的稳定运行。

3内存是由内存芯片、电路板、金手指等部分组成的。

这个根据网站的类型、功能、数据量、内容类型、浏览量等因素判断，需要有一些经验才能评估。一般服务器购买都是逐步升级的，不会一步到位。可以买按量付费的服务器，随时升级，这样不会浪费资源。
内容展示内的网站每日浏览量不过千的，没有过多的 *** 作运算功能，1核2G足够了；
小型的商城最少4核8G起步，否则服务跑不起来，根据访客数量和产品量提升配置；
其他高配置的服务器可以运行比较复杂的系统，例如ERP、CRM、协同办公等；

看你对服务器需求了，如果就是为了存储数据用（也就是传说中的文件服务器），那么你的组装依据是，主板>内存>硬盘>电源>CPU，这个关系，以下为具体的介绍：
1：主板，这个不用说任何一台服务器主板是至关重要的主板的稳定直接代表了服务器的稳定。
2：内存，由于你所要求的是存储用服务器（文件级）那么内存就必须的大，因为存储文件时（即多客户端同时读写该服务器内存时）需要占用大量的系统资源及内存资源所以说内存必须的大，而且最好是带ECC效验的~ 这样可以有效的减少频繁读取内存时所产生的错误。
3：硬盘：刚才上面说了由于是存储用服务器（文件级），多客户端同时读写时，要求的硬盘传输速率也高所以硬盘的快慢和传输带宽很重要，所以最好是RAID0+1或者是RAID5比较好。
4：电源：由于服务器所挂载的硬盘数量多，主板比较高端所以要求的电源环境也一定要好，不能随便找个普通电源就可以了，这样即费电也不适用于长时间工作效率转换低下，建议选用专用服务器电源4块硬盘的建议选择400W以上电源。
5：CPU：其实如果是存储服务器（文件级）那么CPU大不用上那么高的，没用上个2G主频就可以了因为上面说的很明白了，存储服务器靠的是内存大小硬盘传输速率的影响对CPU反而要求不高，因为它不需要进行科学运算等繁重复杂的预算作业所以CPU是最低选择不用太好太高。

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