हार्डवेयर-सहायप्रदत्त आभासीकरण

कम्प्यूटिंग में, हार्डवेयर-सहायप्रदत्त आभासीकरण एक मंच आभासीकरण दृष्टिकोण है जो मुख्य रूप से सूत्रधार संसाधक से हार्डवेयर क्षमताओं की मदद से कुशल पूर्ण आभासीकरण को सक्षम बनाता है। एक पूर्ण आभासीकरण का उपयोग एक पूर्ण हार्डवेयर वातावरण, या आभासी मशीन का अनुकरण करने के लिए किया जाता है, जिसमें एक असंशोधित अतिथि संचालन प्रणाली (मेजबान मशीन के समान निर्देश सम्मुच्चय का उपयोग करके) प्रभावी रूप से पूर्ण अलगाव में निष्पादित होता है। 2005, 2006 और 2010 में हार्डवेयर-समर्थित आभासीकरण को x86 संसाधक (इंटेल VT-x, AMD-V या VIA टेक्नोलॉजीज) में जोड़ा गया था।

हार्डवेयर-समर्थित आभासीकरण को त्वरित आभासीकरण के रूप में भी जाना जाता है; ज़ेन इसे हार्डवेयर आभासी यंत्र (HVM) कहता है, और आभासी लोहा इसे मूल आभासीकरण कहता है।

इतिहास
पहली आभासी यंत्र संचालन प्रणाली VM/370 के साथ उपयोग के लिए 1972 में पहली बार IBM प्रणाली/370 पर हार्डवेयर-सहायप्रदत्त आभासीकरण दिखाई दिया। उच्च स्पष्टता कंप्यूटर चित्रमुद्रण (जैसे कंप्यूटर सहायता प्राप्त अभिकल्पना) की बढ़ती मांग के साथ, अधिसंसाधित्र के आभासीकरण ने 1970 के दशक के अंत में कुछ अवधान खो दिया, जब आने वाले लघु कंप्यूटर ने वितरित कंप्यूटिंग के माध्यम से संसाधन आवंटन को बढ़ावा दिया, जिसमें सूक्ष्म कंप्यूटर का कमोडिटीकरण सम्मिलित था।

IBM अपने IBM शक्ति तंत्र हार्डवेयर के लिए AIX, लिनक्स और IBM i, और इसके IBM-बृहत् कंप्यूटर प्रणाली z के लिए हार्डवेयर आभासीकरण प्रदान करता है। IBM हार्डवेयर आभासीकरण के अपने विशिष्ट रूप को तार्किक विभाजन, या अधिक सामान्यतः LPAR के रूप में संदर्भित करता है।

प्रति x86 परिवेषक की गणना क्षमता में वृद्धि (और विशेष रूप से आधुनिक संजाल के बैंड विस्तार में पर्याप्त वृद्धि) ने डेटा-सेंटर आधारित कंप्यूटिंग में रुचि को फिर से जगाया जो आभासीकरण तकनीकों पर आधारित है। प्राथमिक चालक परिवेषक समेकन की क्षमता थी: आभासीकरण ने एकल परिवेषक को कई कम उपयोग किए गए समर्पित परिवेषकों पर लागत-कुशलता से गणना शक्ति को समेकित करने की अनुमति दी।

कंप्यूटिंग की जड़ों की ओर वापसी का सबसे स्पष्ट संकेत क्लाउड कम्प्यूटिंग है, जो उच्च विस्तार संजाल के माध्यम से डेटा सेंटर आधारित कंप्यूटिंग (या अधिसंसाधित्र-जैसी कंप्यूटिंग) का एक पर्याय है। यह आभासीकरण से निकटता से जुड़ा हुआ है।

प्रारंभिक कार्यान्वयन x86 शिल्प विद्या पारम्परिक आभासीकरण प्राप्त करने के लिए पोपेक और गोल्डबर्ग आभासीकरण आवश्यकताओं को पूरा नहीं करता है:


 * तुल्यता: आभासी यंत्र परिवीक्षक (VMM) के तहत चलने वाले प्रोग्राम को अनिवार्य रूप से वैसा ही व्यवहार प्रदर्शित करना चाहिए जैसा कि समकक्ष मशीन पर सीधे चलते समय प्रदर्शित होता है।
 * संसाधन नियंत्रण (जिसे सुरक्षा भी कहा जाता है): VMM वर्चुअलाइज्ड संसाधनों के पूर्ण नियंत्रण में होना चाहिए
 * दक्षता: मशीन निर्देशों के सांख्यिकीय रूप से प्रमुख अंश को VMM हस्तक्षेप के बिना निष्पादित किया जाना चाहिए

इससे इस प्रकार के संसाधक के लिए आभासी यंत्र परिवीक्षक को कार्यान्वित करना कठिन हो गया। विशिष्ट सीमाओं में कुछ विशेषाधिकार (कम्प्यूटिंग) निर्देशों पर ट्रैप (कम्प्यूटिंग) करने में असमर्थता सम्मिलित थी।

इन वास्तुशिल्प सीमाओं की भरपाई करने के लिए, अभिकल्पनारों ने x86 शिल्प विद्या के आभासीकरण को दो तरीकों से पूरा किया है: पूर्ण आभासीकरण या पैराआभासीकरण। दोनों हार्डवेयर से संचालन प्रणाली स्वतंत्रता के लक्ष्य को प्राप्त करने के लिए भौतिक हार्डवेयर का भ्रम उत्पन्न करते हैं, लेकिन प्रदर्शन और जटिलता में कुछ दुविधा प्रस्तुत करते हैं।


 * 1) पहली पीढ़ी के x86 VMM में पूर्ण आभासीकरण लागू किया गया था। यह कुछ संवेदनशील, गैर-वर्चुअलाइज़ेबल निर्देशों के निष्पादन को पाशक और वर्चुअलाइज़ करने के लिए द्विआधारी अनुवाद पर निर्भर करता है। इस दृष्टिकोण के साथ, महत्वपूर्ण निर्देशों की खोज की जाती है (स्थैतिक या गतिशील रूप से कार्यावधि पर) और सॉफ्टवेयर में नकल करने के लिए VMM में पाशक के साथ प्रतिस्थापित किया जाता है। मूल रूप से वर्चुअलाइज्ड शिल्प विद्या जैसे IBM प्रणाली / 370 पर चलने वाली आभासी यंत्र की तुलना में युग्मक अनुवाद में एक बड़ा प्रदर्शन उपरिव्यय हो सकता है। वर्चुअलबॉक्स, VMवेयर कार्य केंद्र (केवल 32-बिट मेहमानों के लिए), और सूक्ष्मसॉफ्ट आभासी PC, पूर्ण आभासीकरण के जाने-माने व्यावसायिक कार्यान्वयन हैं।
 * 2) पैराआभासीकरण एक ऐसी तकनीक है जिसमें हाइपरविजर एक API प्रदान करता है और अतिथि आभासी यंत्र का OS उस API को कॉल करता है, जिसमें OS संशोधन की आवश्यकता होती है।

2005 और 2006 में, इंटेल और AMD (स्वतंत्र रूप से काम करते हुए) ने X86 आभासीकरण (AMD-V) के लिए क्रमशः इंटेल VT-x और AMD-V नामक नए संसाधक विस्तारण बनाए। इटेनियम शिल्प विद्या पर, हार्डवेयर-सहायप्रदत्त आभासीकरण को VT-i के रूप में जाना जाता है। इन विस्तारण का समर्थन करने के लिए x86 संसाधक की पहली पीढ़ी 2005 के अंत में 2006 के प्रारम्भ में जारी की गई थी:


 * 13 नवंबर 2005 को, इंटेल ने VT-x का समर्थन करने वाले पहले इंटेल संसाधक के रूप में पेंटियम 4 के दो प्रतिरूप (प्रतिरूप 662 और 672) जारी किए।
 * 23 मई 2006 को, AMD ने एथलॉन 64 (ऑरलियन्स), एथलॉन 64 X2 (विजर) और एथलॉन 64 FX (विजर) को इस तकनीक का समर्थन करने वाले पहले AMD संसाधक के रूप में जारी किया।

हार्डवेयर-समर्थित x86 आभासीकरण के प्रसिद्ध कार्यान्वयन में VMवेयर कार्यस्थल (केवल 64-बिट मेहमानों के लिए), ज़ेनसेंटर, ज़ेन 3.x (वर्चुअल आयरन जैसे व्युत्पन्न सहित), कर्नेल-आधारित आभासी यंत्र और माइक्रोसॉफ्ट हाइपर-V सम्मिलित हैं।

लाभ
हार्डवेयर-सहायप्रदत्त आभासीकरण पैराआभासीकरण के रखरखाव उपरिव्यय को कम करता है क्योंकि यह अतिथि संचालन प्रणाली में आवश्यक परिवर्तनों को कम करता है (आदर्श रूप से समाप्त करता है)। बेहतर प्रदर्शन प्राप्त करना भी काफी आसान है। VMवेयर अभियन्ताओं और वर्चुअल आयरन द्वारा हार्डवेयर-समर्थित आभासीकरण का एक व्यावहारिक लाभ उद्धृत किया गया है ।

हानि
हार्डवेयर-समर्थित आभासीकरण को परपोषी CPU में स्पष्ट समर्थन की आवश्यकता होती है, जो सभी x86/x86_64 संसाधक पर उपलब्ध नहीं है।

एक शुद्ध हार्डवेयर-समर्थित आभासीकरण दृष्टिकोण, पूरी तरह से असंशोधित अतिथि संचालन प्रणाली का उपयोग करते हुए, कई VM पाशक सम्मिलित करता है, और इस प्रकार उच्च CPU उपरिव्यय, मापक्रमणीयता और परिवेषक समेकन की दक्षता को सीमित करता है। इस प्रदर्शन हिट को पैरावर्चुअलाइज्ड चालकों के उपयोग से कम किया जा सकता है; संयोजन को संकर आभासीकरण कहा गया है।

2006 में पहली पीढ़ी के 32- और 64-बिट x86 हार्डवेयर समर्थन को शायद ही कभी सॉफ्टवेयर आभासीकरण पर प्रदर्शन लाभ प्रदान करने के लिए पाया गया था।

यह भी देखें

 * इंटेल VT-D
 * IOMMU का उपयोग करके हार्डवेयर-समर्थित आभासीकरण का और परिशोधन संभव है; यह प्रत्यक्ष स्मृति अभिगम-सक्षम हार्डवेयर सहित अतिथि संचालन प्रणाली से समर्पित हार्डवेयर तक प्राकृत-गति अभिगम की अनुमति देता है
 * द्वितीय स्तर का पता अनुवाद (SLAT) कार्यान्वयन सहित त्वरित आभासीकरण अनुक्रमणीकरण या विस्तारित पृष्ठ तालिका
 * अन्य आभासीकरण तकनीकों में संचालन प्रणाली-स्तरीय आभासीकरण सम्मिलित है, जैसा कि वर्चुअजो और अनुप्रयोग आभासीकरण द्वारा अभ्यास किया जाता है, ।
 * नैनोमध्यभाग
 * हार्डवेयर अनुकरण
 * यंत्रानुकरणकारी
 * JTAG
 * पृष्ठभूमि डिबग प्रणाली अंतरापृष्ठ
 * अंतःपरिपथ यंत्रानुकार यंत्रानुकरणकारी