Hilfe bei der Speicherverwaltung

"Virtuell" bezieht sich hier nicht auf die Partitionierung ganzer Maschinen, sondern darauf, dass Software unabhängig vom tatsächlich vorhandenen Arbeitsspeicher ein linearer virtueller Adressraum zur Verfügung gestellt wird. In Wirklichkeit unterteilt sich dieser in zahlreiche Speicherseiten, die unter Umständen sogar in einer Auslagerungsdatei auf der Festplatte abgelegt sein können. Mit Hilfe der MMU kann ein Betriebssystem die Daten von ihrem realen Speicherort holen, auch wenn es selbst nur die virtuelle Adresse dafür kennt.

In virtualisierten Systemen kann es der Hypervisor nicht zulassen, dass Gastsysteme direkt mit der MMU kommunizieren, weil sie sich sonst gegenseitig die Speicherverwaltung torpedieren würden. Daher simuliert er für jede VM eine eigene Nachschlagetabelle für Speicheradressen, und konsultiert bei Anfragen selbst die MMU, um den physikalischen Speicherort zu ermitteln.

AMD-V implementierte mit "Nested Paging" eine solche Technik auf Hardwareebene, so dass der VMM auf neueren Maschinen von dieser Aufgabe entlastet wird. Intel zog in der kürzlich vorgestellten Xeon-5500-Familie ("Nehalem") mit "Extended Page Tables" nach, so dass Gastsysteme wie gewohnt ihre eigenen Speichertabellen lesen und schreiben können. Beide Hersteller unterstützen die Virtualisierung zusätzlich mit Features, die es insgesamt leichter machen, den Zustand einer virtuellen Maschine zu speichern und zu verwalten, so dass etwa der Kontextwechsel mit möglichst geringen Verlusten vonstatten geht.

Beschränkte Leistung

Trotz der deutlichen Fortschritte in der Prozessortechnik bleibt noch Raum für Verbesserungen. So vereinfacht die Hardwareunterstützung für Virtualisierung zwar die Hypervisor-Entwicklung. Damit können Xen und Hyper-V, die keine aufwändige Binärübersetzung wie VMware bieten, mit Hilfe der neuen Erweiterungen unmodifizierte Gast-Betriebssysteme ausführen.

Allerdings ist die erste Generation der Virtualisierungserweiterungen nicht allzu leistungsfähig, so dass beispielsweise Microsoft unter Hyper-V ein paravirtualisiertes Windows nutzt, um Teile der Speicherverwaltung effizienter über den Hypervisor abwickeln zu können.

VMware, das die ursprünglich entwickelte Binärübersetzung weiterhin anbietet, aber auf neueren CPUs auch die Virtualisierungserweiterungen der Prozessoren nutzen kann, stellte in einem Benchmarktest fest, dass die reine Softwarelösung bei vielen Aufgaben schneller war als die von der Hardware unterstützte Variante.