騰訊云——中國(guó)金屬材料流通協(xié)會(huì)互聯(lián)網(wǎng)與數(shù)字化專委會(huì)常務(wù)理事單位
IOMMU、寫時(shí)復(fù)制、即時(shí)克隆、嵌套虛擬化…今天，講三個(gè)故事，匯報(bào)我們?cè)谔摂M化領(lǐng)域的新突破。每臺(tái)虛擬機(jī)，想要管理物理機(jī)上的硬件，都要通過硬件寄存器。這是一種非常小的快速存儲(chǔ)空間，每個(gè)指令被執(zhí)行前，就短暫存儲(chǔ)在這里。有些寄存器很敏感，比如模型特定寄存器（MSR）。如果允許虛擬機(jī)直接訪問，可能產(chǎn)生安全風(fēng)險(xiǎn)：假如惡意軟件劫持了一臺(tái)虛擬機(jī)去訪問寄存器，可能導(dǎo)致所有虛擬機(jī)崩潰。萬一有人進(jìn)配電室，把總閘斷了怎么辦？業(yè)界往往通過攔截-模擬的代理訪問方式，讓虛擬機(jī)“以為”它直接訪問了寄存器，其實(shí)沒有。這種代理訪問，雖然安全，但每次都會(huì)讓虛擬機(jī)產(chǎn)生等待，增加不少虛擬化開銷和延遲。公寓樓里的每個(gè)房間都裝了獨(dú)立的電表和電閘，確實(shí)安全、準(zhǔn)確，但每次抄表都得敲遍所有房間。不僅打斷住戶本來的作息，也帶來額外的人工開銷。能不能裝個(gè)集中式電表，顯示每個(gè)房間的用電量？AMD Guest PerfMonV2就是這樣的一臺(tái)集中式電表。
這次，騰訊云設(shè)計(jì)的 PMU improvement 特性，讓Perf技術(shù)能在虛擬機(jī)環(huán)境中運(yùn)行，虛擬機(jī)也能獲得物理機(jī)級(jí)別的性能監(jiān)控，同時(shí)降低了性能監(jiān)控單元的虛擬化成本、提升準(zhǔn)確性。目前，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)被開源社區(qū)接收，并得到業(yè)界的廣泛認(rèn)可和測(cè)試。我們的SA2、SA3等多款云服務(wù)器，已經(jīng)用上了這項(xiàng)技術(shù)。今后，它也會(huì)被直接用在AMD Zen4平臺(tái)的所有虛擬化場(chǎng)景中。云計(jì)算走到今天，虛擬化開銷的“水分”已經(jīng)擠了好幾輪。對(duì)單臺(tái)虛擬機(jī)而言，這種優(yōu)化看似微不足道。但在大規(guī)模應(yīng)用中，這些死摳開銷的細(xì)微改進(jìn)有著聚沙成塔的價(jià)值。面向新場(chǎng)景新問題，我們將繼續(xù)突破技術(shù)障礙，讓虛擬化開銷的數(shù)字無限逼近0。過往，通過熱遷移讓舊的虛擬機(jī)遷移到新代次的cpu上，虛擬機(jī)內(nèi)部新的cpu特性并不會(huì)立即跟隨更新。尤其是那些需要始終在線、不能重啟的業(yè)務(wù)，無法感知新特性。如果不能重啟，它們可能很久都無法使用新代次CPU的性能特性，只能不斷打“實(shí)時(shí)補(bǔ)丁”，負(fù)擔(dān)越來越重。小區(qū)鍋爐房雖然升級(jí)了，但每個(gè)房間如果不掀開地板、重鋪地暖，就沒法體驗(yàn)到供暖系統(tǒng)的性能改進(jìn)。時(shí)間長(zhǎng)了，還會(huì)產(chǎn)生跑冒滴漏問題。如何“空中換引擎”？騰訊云研發(fā)的調(diào)度器hybrid vCPU model，通過熱插拔技術(shù)和動(dòng)態(tài)分發(fā)調(diào)度算法，讓虛擬機(jī)能實(shí)時(shí)切換 vCPU 型號(hào)。虛擬機(jī)無需離線的情況下，就能第一時(shí)間用上物理機(jī)的最新特性，并保持高可用性和可靠性。○第三項(xiàng)突破：虛擬化，小到裝進(jìn)兜里如今，云計(jì)算的形態(tài)越來越多，離用戶越來越近，這需要虛擬機(jī)技術(shù)更加“小快靈”：比如，在邊緣端，虛擬化需要快速啟動(dòng)，馬上就接計(jì)算需求；在容器里，本來池子就小，留給虛擬化的空間就更少。“螺螄殼里做道場(chǎng)”，資源分配和性能優(yōu)化是關(guān)鍵問題。我們將cloud-hypervisor技術(shù)應(yīng)用于云計(jì)算場(chǎng)景，開發(fā)了一款名為Cube的輕量級(jí)虛擬化產(chǎn)品。Cube 的一個(gè)特點(diǎn)是快。我們針對(duì)快照方案，做了全技術(shù)棧的深度優(yōu)化，并提出多項(xiàng)關(guān)鍵功能。如果說傳統(tǒng)的虛擬化是個(gè)大木箱， Cube就是小紙袋。過往，獲取一臺(tái)云服務(wù)器，需要數(shù)十秒的等待時(shí)間。基于Cube，從用戶請(qǐng)求到獲取一臺(tái)實(shí)際可用的虛擬機(jī)只需 100 毫秒。
Cube 的另一個(gè)特點(diǎn)是輕。為了用更小的虛擬化消耗，更大限度地發(fā)揮性能和硬件資源，我們對(duì)主機(jī)OS、虛擬化和虛擬機(jī)OS做了全套優(yōu)化。從主機(jī)OS層面的精細(xì)化進(jìn)程和資源分配調(diào)度，到虛擬化層面的輕量磁盤存儲(chǔ)和高并發(fā)網(wǎng)絡(luò)方案，再到虛擬機(jī)OS層面的自研高性能內(nèi)核、容器應(yīng)用深度定制。這些優(yōu)化，讓Cube能把虛擬機(jī)裝到更小的場(chǎng)景里，提供高性能、低開銷的解決方案。上面的故事，是我們?cè)谔摂M化技術(shù)上的其中三項(xiàng)新突破。7年來的每屆全球虛擬化頂級(jí)峰會(huì)KVM Forum，都有我們的身影。今年，我們?cè)俅呜暙I(xiàn)了來自中國(guó)企業(yè)的唯一一項(xiàng)“核心突破”，以及30項(xiàng)patch。透過層層隔離的復(fù)雜環(huán)境抽絲剝繭，我們希望虛擬化開銷更低、性能更強(qiáng)。也希望每一個(gè)人不必搞懂這些深度抽象的底層技術(shù)，就能把云用好。
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