騰訊云——中國金屬材料流通協會互聯網與數字化專委會常務理事單位
每臺虛擬機，想要管理物理機上的硬件，都要通過硬件寄存器。這是一種非常小的快速存儲空間，每個指令被執行前，就短暫存儲在這里。有些寄存器很敏感，比如模型特定寄存器（MSR）。如果允許虛擬機直接訪問，可能產生安全風險：假如惡意軟件劫持了一臺虛擬機去訪問寄存器，可能導致所有虛擬機崩潰。萬一有人進配電室，把總閘斷了怎么辦？業界往往通過攔截-模擬的代理訪問方式，讓虛擬機“以為”它直接訪問了寄存器，其實沒有。這種代理訪問，雖然安全，但每次都會讓虛擬機產生等待，增加不少虛擬化開銷和延遲。公寓樓里的每個房間都裝了獨立的電表和電閘，確實安全、準確，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。能不能裝個集中式電表，顯示每個房間的用電量？AMD Guest PerfMonV2就是這樣的一臺集中式電表。
這次，騰訊云設計的 PMU improvement 特性，讓Perf技術能在虛擬機環境中運行，虛擬機也能獲得物理機級別的性能監控，同時降低了性能監控單元的虛擬化成本、提升準確性。目前，這項技術已經被開源社區接收，并得到業界的廣泛認可和測試。我們的SA2、SA3等多款云服務器，已經用上了這項技術。今后，它也會被直接用在AMD Zen4平臺的所有虛擬化場景中。云計算走到今天，虛擬化開銷的“水分”已經擠了好幾輪。對單臺虛擬機而言，這種優化看似微不足道。但在大規模應用中，這些死摳開銷的細微改進有著聚沙成塔的價值。面向新場景新問題，我們將繼續突破技術障礙，讓虛擬化開銷的數字無限逼近0。過往，通過熱遷移讓舊的虛擬機遷移到新代次的cpu上，虛擬機內部新的cpu特性并不會立即跟隨更新。尤其是那些需要始終在線、不能重啟的業務，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“實時補丁”，負擔越來越重。小區鍋爐房雖然升級了，但每個房間如果不掀開地板、重鋪地暖，就沒法體驗到供暖系統的性能改進。時間長了，還會產生跑冒滴漏問題。如何“空中換引擎”？騰訊云研發的調度器hybrid vCPU model，通過熱插拔技術和動態分發調度算法，讓虛擬機能實時切換 vCPU 型號。虛擬機無需離線的情況下，就能第一時間用上物理機的最新特性，并保持高可用性和可靠性。如今，云計算的形態越來越多，離用戶越來越近，這需要虛擬機技術更加“小快靈”：比如，在邊緣端，虛擬化需要快速啟動，馬上就接計算需求；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”，資源分配和性能優化是關鍵問題。我們將cloud-hypervisor技術應用于云計算場景，開發了一款名為Cube的輕量級虛擬化產品。Cube 的一個特點是快。我們針對快照方案，做了全技術棧的深度優化，并提出多項關鍵功能。如果說傳統的虛擬化是個大木箱， Cube就是小紙袋。過往，獲取一臺云服務器，需要數十秒的等待時間。基于Cube，從用戶請求到獲取一臺實際可用的虛擬機只需 100 毫秒。
Cube 的另一個特點是輕。為了用更小的虛擬化消耗，更大限度地發揮性能和硬件資源，我們對主機OS、虛擬化和虛擬機OS做了全套優化。從主機OS層面的精細化進程和資源分配調度，到虛擬化層面的輕量磁盤存儲和高并發網絡方案，再到虛擬機OS層面的自研高性能內核、容器應用深度定制。這些優化，讓Cube能把虛擬機裝到更小的場景里，提供高性能、低開銷的解決方案。上面的故事，是我們在虛擬化技術上的其中三項新突破。7年來的每屆全球虛擬化頂級峰會KVM Forum，都有我們的身影。今年，我們再次貢獻了來自中國企業的唯一一項“核心突破”，以及30項patch。透過層層隔離的復雜環境抽絲剝繭，我們希望虛擬化開銷更低、性能更強。也希望每一個人不必搞懂這些深度抽象的底層技術，就能把云用好。
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