Wie Intels neuer Xeon E5-2600v3 virtuelle Infrastrukturen beschleunigt

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Intel hat mit der neuen 22nm E5-2600 v3 Plattform nicht nur DDR4 eingeführt sondern u.a. mit der Integration der Spannungsswandler auch stark an der Energieeffizienz geschraubt. Aber auch neben diesen doch eher offensichtlichen Neuerungen, hat sich unter der Haube viel getan. In diesem Artikel wollen wir etwas näher auf ein weiteres Haupt-Augenmerk der neuen Plattform legen: Virtualisierung.

 

„Noisy Neighbor“ Management ist für jeden ein interessantes Feature, der Virtuallisierung auf 2 Sockeln (oder mehr) betreiben möchte – greift zusätzlich aber auch bei nicht virtualisierten Umgebungen auf Anwendungsebene. Die Extended Page Table (EPT) Access/Dirty (A/D) Bits Erweiterung beschleunigt vor allem Live-Migrationen. Wer „Nested Virtualization“, also verschachtelte Virtualisierung betreiben will, profitiert von der Virtual Machine Control Structure Shadowing (VMCS).

 

Cache Monitoring Technology (CMT) alias „Noisy Neighbor“ Management

CMT erlaubt dem Hypervisor (Virtual Machine Monitor [VMM]) den L3 Cache für jede laufende VM oder Anwendung zu überwachen. Er spürt besonders Cache-hungrige VMs/Anwendungen auf und verteilt sie in einem zweiten Schritt optimal auf die zur Verfügung stehenden Sockel. Dieses Feature funktioniert auch für Anwendungen in nicht virtualisierten Umgebungen, um es zu nutzen, muss es jedoch vom Hypervisor / Betriebssystem unterstützt und aktiviert werden.

Grantley Cache Monitoring

Quelle: https://software.intel.com/en-us/articles/intel-xeon-processor-e5-2600-v3-product-family-technical-overview (Figure 3)

 

Extended Page Table (EPT) Access/Dirty (A/D) Bits

In regulären Umgebungen ohne Virtualisierung verwaltet das Betriebssystem eine Tabelle, in der es seine logischen Speicherseiten mit den physischen Speicherseiten der Server-Hardware verknüpft. Bei jedem Speicherzugriff wird in dieser Tabelle die korrekte Speicher-Zuordnung nachgeschlagen. Die am häufigsten nachgeschlagenen Einträge werden im Translation Lookaside Buffer (TLB) vorgehalten.

In virtualisierten Umgebungen verwaltet das Gast-Betriebssystem seine Zuordnungen genauso, wie in einer regulären Umgebung. Es ist die Aufgabe des Hypervisor eine Tabelle zu führen, in der er die virtuellen Speicherzuordnungen seines Gasts mit denen der realen Hardware verknüpft. Will der Gast einen Eintrag im Speicher neu zuordnen, so kann das nur indirekt über den Hypervisor passieren.

Mit EPT wurde der TLB so erweitert, dass in ihm „normale“ und virtuelle Speicherseiten zusammen verwaltet werden können. Der Gast kann auf die für ihn „markierten“ Zuordnungen im TLB Cache selbst zugreifen. Somit muss die vergleichende Tabelle des Hypervisor weit weniger oft ausgelesen werden.

Bei Extended Page Table (EPT) Access/Dirty (A/D) Bits handelt es sich schließlich um eine Erweiterung dieser Technologie. Sie gibt dem Gast direkten Zugriff auf die in Hardware gesetzten Access/Dirty (A/D) Bits. Dies beschleunigt besonders Live-Migrationen aufgrund ihrer schnell aufeinanderfolgenden Berechtigungsabfragen.

EPT-Ad Hardware

Quelle: https://software.intel.com/en-us/articles/intel-xeon-processor-e5-2600-v3-product-family-technical-overview (Figure 4)

 

Virtual Machine Control Structure (VMCS) Shadowing

Diese Technologie unterstützt Umgebungen in denen „Nested Virtualization“, also verschachtelte Virtualisierung betrieben wird. Solche Strukturen erhöhen nicht nur die Sicherheit sondern auch die Effizienz bzw. Performance. Hier ein einfaches Schaubild:

 

Mit VT-x wurde die Virtual Machine Control Structure (VMCS) eingeführt. Ein spezieller Speicherbereich auf der CPU, der alle benötigten Informationen bereithällt um den Zustand einer Virtuellen Maschine(VM) zu Speichern. Da diese Informationen mit VT-x in Hardware implementiert wurden, können VMs des Level 0 Hypervisor sehr schnell angehalten und gestartet werden. Der Level 1 Hypervisor kann aber nicht auf diesen Speicherbereich zugreifen und muss daher jedesmal beim Level 0 Hypervisor nachfragen.

VMCS Shadowing

Quelle: https://software.intel.com/en-us/articles/intel-xeon-processor-e5-2600-v3-product-family-technical-overview (Figure 2)

 

VMCS Shadowing ermöglicht es virtualisierte Hypervisoren direkt auf eine Kopie des VMCS in Hardware zugreifen, wodurch die Effizienz aller VMs erhöht wird.

 

Gerne Unterstützen wir Sie bei der Planung und Realisierung Ihrer virtualisierten Infrastruktur, diese Server aus unserem Server-Konfigurator basieren auf der Grantley Plattform und beinhalten alle zuvor genannten Features:

 

BauformHot Swap EinschübeName
Tower4x 3,5″SM-P4304CW2
Tower4x 3,5″SM-P4304CW2MU
Tower8x 3,5″ SM-P5308CW2
1HE Rack4x 3,5″Intel R1304WT2GS
2HE Rack6x 3,5″SM-R2306CW2
2HE Rack8x 3,5″SM-R2308CW2
2HE Rack8x 3,5″Intel R2308WTTYS
2HE Rack12x 3,5″Intel R2312WTTYS
2HE Rack24x 2,5″Intel R2224WTTYS

 

Weitere Informationen / Quellen

Are you ready to innovate – four new Virtualization technologies on the latest Intel® Xeon – https://software.intel.com/en-us/blogs/2014/09/08/four-new-virtualization-technologies-on-the-latest-intel-xeon-are-you-ready-to

Intel® Xeon® Processor E5-2600 V3 Product Family Technical Overview – https://software.intel.com/en-us/articles/intel-xeon-processor-e5-2600-v3-product-family-technical-overview

 

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