Ảo hóa trên Mac Apple Silicon: Sự thay đổi trong kiến trúc và hiệu năng

Ảo hóa trên Mac Apple Silicon: Sự thay đổi trong kiến trúc và hiệu năng

Trước khi chuyển đổi sang chip Apple Silicon, người dùng Mac có thể chạy các phiên bản khác nhau của macOS, Linux hoặc Windows thông qua các phần mềm ảo hóa của bên thứ ba như VMware hay Parallels. Các sản phẩm này cho phép một máy ảo chạy hệ điều hành khác được lưu trữ trên macOS, với cả hai đều chạy mã dành cho bộ xử lý Intel. Tuy nhiên, với sự ra đời của chip Arm, Apple đã quyết định cách tiếp cận hoàn toàn khác: xây dựng khả năng ảo hóa trực tiếp vào macOS để hỗ trợ các phiên bản macOS cũ, Linux và Windows for Arm chạy tối ưu hơn trên phần cứng mới.

Ảo hóa trên macOS

Sự khác biệt về kiến trúc Hypervisor và Virtio

Yêu cầu cơ bản của các phần mềm ảo hóa hiện đại là Hypervisor (trình giám sát máy ảo). Apple đã thêm khung Hypervisor vào macOS từ phiên bản OS X 10.10 năm 2014. Tương tự như Intel, bộ xử lý Arm cũng cung cấp hỗ trợ phần cứng cho Hypervisor. Tuy nhiên, thách thức lớn nhất nằm ở việc hỗ trợ thiết bị. Các linh kiện phần cứng trên chip Apple Silicon hoàn toàn khác so với các thành phần tương đương trên Mac Intel.

Để giải quyết vấn đề này mà không bắt các bên thứ ba phải tốn quá nhiều chi phí phát triển, Apple đã tích hợp hỗ trợ thiết bị vào macOS dưới dạng driver Virtio. Virtio là một tiêu chuẩn cung cấp lớp trừu tượng hóa cho các thiết bị I/O. Khi hệ điều hành khách (guest OS) gọi một tác vụ, ví dụ như mở file, yêu cầu đó sẽ được chuyển đến driver front-end Virtio, sau đó đến driver back-end Virtio và tương tác với thiết bị lưu trữ thực tế.

Cơ chế Virtio

Mô hình này giúp việc tạo ra ứng dụng ảo hóa trở nên đơn giản hơn nhiều: chỉ cần cấu hình và mở các thiết bị Virtio cần thiết, để hệ điều hành khách, Virtio và máy chủ tự xử lý. Đây chính là cách hoạt động của Virtualisation Framework của Apple. Việc lựa chọn Virtio cũng giúp Linux chạy tốt trên máy ảo macOS, đồng thời giảm bớt gánh nặng phát triển cho các đối tác như VMware hay Parallels.

Hiệu suất ấn tượng

Một trong những ưu điểm lớn nhất của cách tiếp cận này là hiệu suất tối ưu. Mã CPU và GPU trong máy ảo chạy trực tiếp trên phần cứng, giống như máy chủ. Các thiết bị Virtio cũng mang lại hiệu suất gần tương đương với máy thật.

Các bài kiểm tra Geekbench 6.3.0 khi chạy macOS Monterey cả dưới dạng máy ảo và máy chủ cho thấy kết quả rất khả quan:

• CPU đơn nhân: Máy ảo đạt 3.643 điểm, máy chủ đạt 3.892 điểm.
• CPU đa nhân: Máy ảo đạt 12.454 điểm, máy chủ đạt 22.706 điểm (bị giới hạn bởi số nhân lõi).
• GPU Metal: Máy ảo đạt 102.282 điểm, máy chủ đạt 110.960 điểm.

Đáng chú ý, các lõi ảo được cấp cho máy ảo chủ yếu là các lõi Hiệu suất (Performance cores). Do đó, các luồng chạy trong máy ảo vốn thường sẽ chạy trên lõi Tiết kiệm điện (Efficiency cores) trên máy chủ sẽ chạy nhanh hơn đáng kể trong môi trường ảo.

Hạn chế và các vấn đề còn tồn tại

Mặc dù hiệu suất cao, ảo hóa trên Apple Silicon vẫn có một số hạn chế quan trọng:

• Hỗ trợ iCloud: Truy cập iCloud và iCloud Drive trong máy ảo chỉ khả dụng khi cả máy chủ và máy khách đều chạy macOS 15.0 (Sequoia) trở lên. Các máy ảo nâng cấp từ phiên bản cũ hơn sẽ không hỗ trợ tính năng này.
• App Store: Nhiều ứng dụng từ App Store không thể chạy. Bất kỳ ứng dụng nào kiểm tra thông tin xác thực của App Store đều sẽ thất bại vì máy ảo không thể đăng nhập vào App Store.
• Mạng và Âm thanh: Kết nối mạng từ máy ảo luôn được xử lý như Ethernet, không hỗ trợ Wi-Fi. Hỗ trợ âm thanh cũng còn hạn chế và chỉ hoạt động một phần.
• Giấy phép sử dụng: Apple chỉ cho phép chạy tối đa hai máy ảo macOS cùng một lúc trên một máy Mac. Mục đích sử dụng bị giới hạn cho phát triển phần mềm, kiểm thử, sử dụng macOS Server (đã ngừng hỗ trợ) hoặc sử dụng cá nhân phi thương mại.

Rosetta 2 và các trường hợp sử dụng

Mặc dù Rosetta 2 không thể dịch mã hệ điều hành khách, nó vẫn có thể được sử dụng bên trong máy ảo macOS để dịch và chạy các ứng dụng Intel 64-bit tương thích. Điều này đặc biệt hữu ích nếu Apple ngừng hỗ trợ Rosetta trên các phiên bản macOS tương lai; người dùng vẫn có thể chạy các ứng dụng Intel cũ trong máy ảo.

Máy ảo macOS trên Apple Silicon rất hữu ích cho các trường hợp như chạy các ứng dụng tương thích với Sonoma nhưng không tương thích với Sequoia trên các chip M4/M5 mới, kiểm tra tài liệu độc hại trong môi trường cô lập, hoặc làm việc với dữ liệu nhạy cảm một cách an toàn.