Server-Prozessoren für Virtualisierung

»Opteron«-Server machen Virtualisierung einfach

16. Januar 2009, 7:00 Uhr | Bernd Reder | Kommentar(e)

Fortsetzung des Artikels von Teil 2

Engpässe im Bereich I/O vermeiden

Die »Direct-Connect-Architecture« verbindet Speicher und CPU direkt: Das funktioniert, weil jeder Opteron einen integrierten Speichercontroller enthält. Die CPUs wiederum kommunizieren über »Hypertransport« direkt miteinander.
Die »Direct-Connect-Architecture« verbindet Speicher und CPU direkt: Das funktioniert, weil jeder Opteron einen integrierten Speichercontroller enthält. Die CPUs wiederum kommunizieren über »Hypertransport« direkt miteinander.

Solche Flaschenhälse vermeidet AMDs »Direct-Connect-Architecture«. Das Unternehmen hat die Technik bereits vor fünf Jahren entwickelt. Sie stellt eine direkte Verbindung zwischen RAM und Prozessor her. Das ist möglich, weil jeder Opteron-Prozessor einen integrierten Speicherkontroller enthält. Die CPUs kommunizieren über die »Hypertransport«-Technologie direkt miteinander, und das Layout hält separate Pfade für den Datenverkehr zu Systemkomponenten und somit der Außenwelt bereit.

Das ist speziell bei Multi-Core CPUs wichtig. Während ein Kern Daten in den Speicher schreibt, kann ein weiterer Kern Daten zur Netzwerkkarte weiterleiten und ein dritter Core Informationen von Speichersystemen beziehen. Zudem erhöht sich die Bandbreite zum Speicher mit jeder weiteren CPU.

Bei den Prozessoren anderer Hersteller teilen sich die Rechenkerne die verfügbare Bandbreite. Das ist auch die Erklärung dafür, dass die Quad-Core-Prozessoren von AMD in den meisten Benchmark-Tests für Server deutlich vorne liegen, auch vor den Kombinationen von Hexa-Core-»Xeon«-Prozessoren von Intel: Die 16 Rechenkerne der Opterons übertrumpfen in diesem Fall die 24 Kerne der Xeon-CPUs.

Dass die 16 AMD-Cores dabei wesentlich energieeffizienter operieren, geht beispielsweise aus den TPC-C- und TPC-H-Testergebnissen hervor, die unter http://www.tpc.org zur Verfügung stehen. Bei diesen Untersuchungen wurden die Kosten für den Stromverbrauch bei der Messung für Online-Transaktionen und Decision-Support-Datenbankanfragen berücksichtigt.


Ein wichtiges Thema ist Server-Virtualisierung. Geht man einige Jahre zurück, nutzte ein Betriebssystem nur einen Prozessor. Danach griff die Systemsoftware auf mehrere x86-Prozessoren zurück. Mit der 2006 von AMD eingeführten Multi-Core-Technologie standen noch mehr Rechenkerne zur Verfügung.

Die ständig steigende Performance ermöglicht heutzutage ein ganz anderes Szenario: Virtualisiert man weniger fordernde Workloads für ältere Applikationen oder so genannte »Virtual Desktop Sessions« (Windows oder Linux, das zwar auf einem Notebook, Desktop oder Thin-Client vom Anwender bedient wird, in Wahrheit aber auf einem Server zentralisiert läuft), laufen gleich mehrere Betriebssysteme, inklusive der Applikationen, auf jedem Rechenkern.

Im letzteren Fall, wenn also Terminal-Services verwendet werden, sind das durchaus mehrere Betriebssystem-Instanzen pro Kern, nicht selten weit mehr als 15 pro CPU. Logischerweise beansprucht dies den Systemspeicher viel intensiver, als wenn nur ein Betriebssystem pro Server zum Zuge käme. Die Direct-Connect-Technik bietet daher in virtualisierten Umgebungen entscheidende Vorteile.

Doch das Prinzip der Virtualisierung besteht ja gerade darin, Betriebssystemen keinen direkten Zugriff auf die Hardware zu gestatten. Dem Operating-System wird vielmehr »vorgegaukelt«, dass eine Standard-Hardware vorhanden ist. Den real vorhandenen Pool von Ressourcen verwaltet der Hypervisor, etwa von Vmware, Microsoft (Hyper-V) oder Citrix (Xen).


Virtualisierung: Bei der Virtualisierung wird eine Softwareschicht zwischen Betriebssystem beziehungsweise Applikationen und Hardware gelegt. Die Opteron-Prozessoren halten seit drei Prozessorgenerationen spezielle Befehlssätze bereit, um die Performance von Virtual Machines zu steigern.

Für diese Software halten Opteron-Prozessoren seit drei Generationen spezielle Befehlssätze bereit. Denn die Verwaltung der Hardware mittels einer Abstraktions-Schicht in Software benötigt Rechenzyklen, die zusätzliche Performance kosten. Der größte Teil dieser entstehenden zusätzlichen Last entfällt auf die Verwaltung des Speichers.

Bei seinen Quad-Core-Prozessoren führte AMD eine Technologie namens »Rapid Virtualisation Indexing« (RVI) ein. Sie entlastet den Hypervisor von den Verwaltungsaufgaben für Speicherzugriffe. Jedem Betriebssystem beziehungsweise jeder VM (Virtual Machine) wird vom Prozessor dynamisch ein bestimmter Anteil am Arbeitsspeicher zugewiesen. Auch die Verwaltung dieses RAM-Bereichs bleibt Aufgabe der CPU.

Im Grunde bietet RVI eine Hardware-Beschleunigung für das Virtualisieren von Servern. Zu diesem Thema gibt es übrigens ein White-Paper von Vmware, das den Performance-Gewinn durch RVI belegt. Hier der Link zum White-Paper.


  1. »Opteron«-Server machen Virtualisierung einfach
  2. Jährliche Stromkosten etwa halb so groß wie Anschaffungspreis eines Servers
  3. Engpässe im Bereich I/O vermeiden
  4. Ausblick: Es bleibt spannend

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