單根I/O虛擬化（SingleRootI/OVirtualizationSR-IOV）就是其中的一項(xiàng)優(yōu)化技術(shù)。SR-IOV是PCI-SIG推出的一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，是“虛擬通道”的一個(gè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)，用于將一個(gè)PCIe設(shè)備虛擬成多個(gè)PCIe設(shè)備，每個(gè)虛擬PCIe設(shè)備如同物理PCIe設(shè)備一樣向上層軟件提供服務(wù)。
傳統(tǒng)的虛擬服務(wù)器虛擬機(jī)管理程序提供虛擬機(jī)（VM）的資源，模擬每一臺(tái)物理服務(wù)器的功能，使每個(gè)虛擬機(jī)獨(dú)立的運(yùn)行。對(duì)于I/O,即意味著每個(gè)虛擬機(jī)使用虛擬的I/O設(shè)備是由虛擬機(jī)管理程序提供的。雖然這非常適用于虛擬化，但這樣通常情況下效率是不高的。
SR-IOV是一種不需要軟件模擬就可以共享I/O設(shè)備I/O端口的物理功能的方法。這個(gè)過(guò)程創(chuàng)造了一系列I/O設(shè)備物理端口的虛擬功能。每個(gè)虛擬功能都被直接分配到一個(gè)虛擬機(jī)，因此實(shí)現(xiàn)了接近本機(jī)的性能。
傳統(tǒng)的多核虛擬服務(wù)器管理程序執(zhí)行以下步驟來(lái)處理收到的I/O:
一個(gè)CPU核心對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行中斷和檢查，并確定由哪些VM來(lái)接受它。
服務(wù)于虛擬機(jī)的CPU核心進(jìn)行中斷和處理I/O.
最初的CPU核心將收到的數(shù)據(jù)包返回到正常的工作路徑中。
而SR-IOV規(guī)范的目標(biāo)是在繞過(guò)虛擬機(jī)參與數(shù)據(jù)遷移過(guò)程中實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)化，為每個(gè)虛擬機(jī)提供獨(dú)立內(nèi)存空間、中斷和DirectMemoryAccess（DMA）流。SR-IOV架構(gòu)的設(shè)計(jì)允許一個(gè)I/O設(shè)備支持多個(gè)虛擬功能，同時(shí)將每個(gè)功能的硬件成本降至最低。SRIOV引入了兩個(gè)新的功能類型：
物理功能（PhysicalFunctions,PFs）：這是一些支持SR-IOV擴(kuò)展功能的PCIe功能，被用于配置和管理SR-IOV功能特性。
虛擬功能（VirtualFunctions,VFs）：這是一些“精簡(jiǎn)”的PCIe功能，包括數(shù)據(jù)遷移必需的資源，以及經(jīng)過(guò)謹(jǐn)慎精簡(jiǎn)的配置資源集。他們不支持物理設(shè)備的管理。
雖然SR-IOV標(biāo)準(zhǔn)可以適用于網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)的I/O,在現(xiàn)在和將來(lái)對(duì)它的期望也僅僅在網(wǎng)絡(luò)方面。虛擬服務(wù)器的性能問(wèn)題主要集中在以太網(wǎng)流量上，通常虛擬服務(wù)器會(huì)產(chǎn)生大量的網(wǎng)絡(luò)流量，而流量的增長(zhǎng)就意味著成本的支出。相對(duì)于網(wǎng)絡(luò)來(lái)講，存儲(chǔ)的I/O成本則可以忽略不計(jì)，不需要特別進(jìn)行優(yōu)化。
先進(jìn)的管理解決方案
在改善虛擬機(jī)的性能上，傳統(tǒng)的管理解決方案是直接管理I/O（或傳遞引導(dǎo)），這就要求為每個(gè)虛擬機(jī)分配一個(gè)唯一的物理端口，然后進(jìn)行管理。這種方法的確可以提高性能，但卻受到可以連接到物理服務(wù)器的端口數(shù)量的限制。
這樣的后果之一就是網(wǎng)絡(luò)適配器，交換機(jī)端口和電纜會(huì)變得很復(fù)雜，而且直接管理I/O也不能和虛擬機(jī)的遷移相互兼容。在虛擬機(jī)遷移的時(shí)候，需要手動(dòng)的關(guān)閉和重啟，顯然這并不是最佳的優(yōu)化方案。
SR-IOV提供了一項(xiàng)功能以多個(gè)獨(dú)立物理設(shè)備呈現(xiàn)的機(jī)制。支持SR-IOV的設(shè)備可以配置成以多個(gè)虛擬功能形式呈現(xiàn)在PCI配置空間中，每個(gè)都有它們自己的PCI配置空間。然后VMM可以通過(guò)模擬配置空間來(lái)分配一個(gè)或者多個(gè)虛擬功能給虛擬機(jī)。
每個(gè)虛擬功能可以支持針對(duì)PCIe層中I/O相關(guān)功能的一個(gè)特有且單獨(dú)的數(shù)據(jù)路徑。在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中使用SR-IOV可使一個(gè)端口（功能）的帶寬分成更小的塊，然后通過(guò)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口分配到特定虛擬機(jī)或者客戶端中。為了進(jìn)一步加強(qiáng)PCIe層中不同設(shè)備的可操作性，還創(chuàng)建了一個(gè)配置和管理的通用方法體系。這種資源的共享提高了在一個(gè)支持SR-IOV的PCIe設(shè)備上任何特定資源的總利用率，從而降低了虛擬系統(tǒng)的成本。最后，SR-IOV的是和虛擬機(jī)的遷移相互兼容的。
SR-IOV的系統(tǒng)建立在自身發(fā)展的過(guò)程。它不僅需要適配器，交換機(jī)和管理程序供應(yīng)商的支持，同時(shí)也需要通過(guò)服務(wù)器廠商的支持。服務(wù)器廠商可以通過(guò)增加管理工具，來(lái)實(shí)現(xiàn)完全可靠的解決方案。目前，SR-IOV得到了RedHat的Linux6系統(tǒng)和SUSE的Linux11（以及后續(xù)版本）系統(tǒng)的支持，其他管理程序的供應(yīng)商也被期望能夠支持SR-IOV.
總的來(lái)說(shuō)，SR-IOV實(shí)現(xiàn)了將PCI功能分配到多個(gè)虛擬接口以在虛擬化環(huán)境中共享一個(gè)PCI設(shè)備的資源。SR-IOV能夠讓網(wǎng)絡(luò)傳輸繞過(guò)軟件模擬層，直接分配到虛擬機(jī)。這樣就降低了軟加模擬層中的I/O開(kāi)銷。SR–IOV將會(huì)成為一個(gè)優(yōu)化虛擬服務(wù)器的I/O的關(guān)鍵性技術(shù)，在最大程度上節(jié)約虛擬機(jī)的運(yùn)行成本。SR-IOV將提供一個(gè)比多物理端口方案更具成本效益的解決方案。
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