ESXiのCPU、メモリの考え方についてのメモ。
CPUから仮想記憶域にデータをロードの処理を行う。
仮想記憶域ではデータを連続したデータにソートされているが、実際にデータがどこに
配置されているか分からないので、DATとページテーブルを参照し、仮想記憶域の実データ
がメモリ上 orHDDのどこにあるか確認する。
まずDATでメモリ上からデータをロードする。
DATで見つからなかったデータは、今度はページテーブルを参照し、HDD上からメモリへデータ
をロードする。
CPU→仮想記憶域-+→DAT→メモリ
|
+→ページテーブル→HDD
（メモリにデータがない場合、HDDを参照する）
DAT：仮想記憶域のアドレスと物理メモリのアドレスマッピング。主記憶域上にある。
ページテーブル：仮想記憶域上アドレスとHDDのアドレスマッピング。主記憶域上にある。
ページング：仮想記憶域の物理メモリ上になかったデータのページフォルトの判定。
ページイン、ページアウトを行う。
CPUは命令を処理する際に仮想記憶域からデータをロードする。
しかし、CPUのほうが処理性能が速いため、データをロードしている間にCPUで待ち時間が
発生する。その待ち時間を効率化するため、CPU上にページテーブルのコピーをTLB上に
持っておき、ページインの時間を短縮させている。
物理CPUに対して、仮想マシンに割り当てるCPUをvCPUという。vCPUはオーバーコミット
が可能。vCPUのオーバーコミット時はスケジューリング機能で物理CPUの所有権を順番に
vCPUに割り当てる。
1つの仮想マシンに複数のvCPUを割り当てる、かつCPUのオーバーコミット時はskewが発生する。
複数割り当てられたvCPUのうち1つでもCPUの所有権が取れない場合、すべてのCPUが所有権を
持つまで、vCPUは動作しない。ただし、ESX4i以降はCPUの所有権が取れなくてもOSのCPUのskew
の閾値を超えない範囲でvCPUを動作するようになった。
通常複数のCPUが割り当てられたマシンは、CPU間の時間は一致しなければ処理の不一致が
発生する。そのため、必ず複数あるCPUは同時に動かす必要がある。しかし、OSではある程度
CPU間の時刻の不一致を許可している。その不一致の範囲を利用して、仮想OSにCPU使用権が
割り当てられない時の処理停止を回避している。
たとえば物理サーバに4つCPUがあるとする。
その上に仮想サーバを3台構築し、それぞれの仮想サーバにvCPUを2つずつ割り当てる。
CPU＝4個
vCPU＝2×3個
つまりvCPUが物理CPUより2個多く仮想上に作られることになる。
その時の物理CPUは順番にvCPUに使用権を割り当てるが、残り2つのvCPUは待機となる。
具体的には以下のようにCPUの使用権が順番に割り当てられて行く。
スケジュール1回目
物理ＣＰＵ： ＣＰＵ１ ＣＰＵ２ ＣＰＵ３ ＣＰＵ４ stop stop
↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓
仮想ＣＰＵ：ｖＣＰＵ１―＋―ｖＣＰＵ２ ｖＣＰＵ３―＋―ｖＣＰＵ４ ｖＣＰＵ５―＋―ｖＣＰＵ６
↓ ↓ ↓
仮想ＯＳ： 仮想ＯＳ１（実行中） 仮想ＯＳ２（実行中） 仮想ＯＳ３（停止中）
スケジュール2回目
物理ＣＰＵ： stop ＣＰＵ１ ＣＰＵ２ ＣＰＵ３ ＣＰＵ４ stop
↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓
仮想ＣＰＵ：ｖＣＰＵ１―＋―ｖＣＰＵ２ ｖＣＰＵ３―＋―ｖＣＰＵ４ ｖＣＰＵ５―＋―ｖＣＰＵ６
↓ ↓ ↓
仮想ＯＳ： 仮想ＯＳ１（実行中） 仮想ＯＳ２（実行中） 仮想ＯＳ３（実行中）
スケジュール3回目
物理ＣＰＵ： stop stop ＣＰＵ１ ＣＰＵ２ ＣＰＵ３ ＣＰＵ４
↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓
仮想ＣＰＵ：ｖＣＰＵ１―＋―ｖＣＰＵ２ ｖＣＰＵ３―＋―ｖＣＰＵ４ ｖＣＰＵ５―＋―ｖＣＰＵ６
↓ ↓ ↓
仮想ＯＳ： 仮想ＯＳ１（停止中） 仮想ＯＳ２（実行中） 仮想ＯＳ３（実行中）
仮想化を実装した場合、仮想OSで利用するカーネル領域と、ESXで利用カーネル領域が
2つ存在する。仮想OSが直接物理CPUやメモリに変更してしまうと、ほかの仮想OSやESXが
処理を進めることができない。そのためIntel VT-xやAMD-VのCPUでは、仮想OSとESXの処理
を割り込みでマルチで処理できるようにしている。
複数の仮想OSに物理メモリを割り当てるためには、VMMで仮想のメモリを作成して割り当てる
必要がある。この場合、仮想OS上の仮想記憶域のページテーブルと、ESX上の仮想記憶域の
ページテーブルを物理メモリ上で2重管理になり非効率となる。そのためCPU側でテーブルを
持たせることによってメモリ処理を効率化している。