2024年5月26日发(作者：)

网络卡I/O虚拟化，

虚拟化

，SR-

SR

-IOV 将虚拟主机优化

将虚拟主机

优化 !

!

SR-

SR

-IOV单根数据I/O虚拟化，

虚拟化

，提升虚拟主机效率

Emulex OneConnect

先進的虛擬化及管理

主机虚拟化已几乎被安装于各种大小规模的环境，来降低成本及用做数据中心资源的优化。要了解

这一点，最近有一项对于大量北美洲中型和大型企业数据中心的调查报告，道出了几项重点:

♦ 虚拟化主机被广泛使用 – 74%的回复者表示已使用了虚拟主机; 另有19%表示计划采用

♦ 虚拟化主机目前装置量相对尚小 - 58%受访者表示他们已虚拟化的服务器约小于30% (还有

很大的虚拟化成长可能)

♦ 虚拟化主机数量正在成长 – 两年内，在线使用的虚拟化主机比率，将从39%提升到58%

经由强力的多核服务器的推出及使用，使得服务器可以处理更重量级的应用 (包括处理能力或是数据

进出次数，皆需使用到多核心技术)，更是强化了这几项的趋势。而这类服务器也启动了更高的虚拟

化比率 (每个实体服务器内的虚拟主机VM数)。这个趋势始于2009年当时Intel和AMD相继推出

四核心的处理器，并在2011下半年推出八核心并可同时执行16个时绪。这类服务器同样支持了更

大量的内存，而这正也是虚拟服务器所需要的关键资源之一。

在多核心处理器以及海量存储器之外，第三项要扩展的则是I/O资源。这牵涉到的是高性能的10Gb/s

以太网连接端口，以有效的协议卸载来节省CPU的资源以及利用新科技如SR-IOV。

SR-

SR

-IOV

IOV

what ?

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Single Root I/O Virtualization ( SR-IOV) 为PCI-E的扩展功能，由PCI-SIG (PCI Special Interest

Group) 为虚拟服务器所制定的一个标准。允许了PCIE的I/O装置显现为多个实体以及虚拟的装置，

使用到以下的实体和虚拟观念:

▪ Physical Function (PF) : 卡片上的每个实体端口具有至少有一个PF。在某些情况下，卡片上

的每个端口可以被分割为四个端口。例如每个端口可成分为四个PFs，或是在双端口的网络卡

上能分割为总共有八个PFs。关键点是在于PF拥有完整的设置能力，它们可以被hypervisor

当成是实体端口来管理。

▪ Virtual Function (VF) : VF是和VM关联的，它被限制为处理I/O串流，基本上是移动数据。它

们不支持对实体端口的管理。所支持的VF数不同但约莫是每张卡可虚拟为64个VF。

虽然SR-IOV标准多是应用在网络以及储存方面的I/O，目前以及未来期望是只应用在网络上。在虚

拟主机对于效能的考虑，是专注于以太网方面的流量。因为网络产生较大的I/O需要以及使用了服务

器最多的资源。储存系统的I/O只使用极少的消耗并且常能达到频宽范围内的最高性能 line speed。

SR-

SR

-IOV

IOV

why ?

why

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虚拟服务器的hypervisor提供了VM的一组资源，来仿真一台实体服务器的功能。它允许每个VM

在同一实体服务器内个别独立地执行工作。对于I/O则表示，每个VM使用的是由hypervisor呈现

出来的虚拟的I/O装置。虽然它可以正常运行，但它通常并不具效率，尤其是接收方面的I/O。

總代理 譯

Emulex Optimizing Virtualized Servers with SR-IOV

Hypervisor在多核心服务器中经由以下的步骤来进行I/O接收:

▪

▪

▪

CPU其中一个核心被中断了，来检验封包并决定哪个VM应该接收它

而服务这个VM的那一个CPU核心则被中断了来处理这项I/O

而原来接收这个封包的那一个CPU核心则回到它的正常工作负载

上述的每一步骤都减缓了I/O性能，并且都显著地使用了CPU的资源。

每一个实体功能 (PF)

均提供了

多个虚拟功能 (VF)

注: Emulex UMC功能，将OCe11000的每个实体端口启动为四个PF，并将频宽配置优化

PF : Physical Function

PF :

Physical Function

Physical Function

VF : Virtu

VF :

Virtual Function

Virtu

al Function

提升性能改进的其中一个方法，就是针对VM所指定的一个实体端口采取直接I/O (或是通行

pass-through) 的存取方式，就是要跳过hypervisor。这个方法改进了效能，但它受限于一个服务器

所能拥有的实体端口总数。它同样地导致了复杂性以及堆积网络端口、交换机端口、缆线等设备的

高成本。另外，这个直接存取 (direct I/O) 并不伴随于运作中的VM做迁移转换，因为迁移转换需要

对VM进行手动关机、迁移、重新开机。明显地这不大符合 “优化”。

使用SR-IOV，各个VF将被指派给各VM。这将使得每个卡上的网络端口、交换机端口、缆线等，

都支持直接存取 (direct I/O) 到许多个VM。若恰当地设置，多个VF可以被指派到一个VM。例如，

每个双端口网络卡的实际端口，可将它的VF都指派到同一个VM，达到高可用性 (HA) 的目的。

SR-

SR

-IOV when ?

when ?

SR-IOV的生态系统是在一个自行引导的过程里。它需要来自于网络卡、交换机、hypervisor、服务

器等供货商的支持，将把管理工具加入来完全启动这强健的方案。SR-IOV已得到RedHat Enterprise

Linux 6和SUSE Enterprise 11之KVM (Kernel Virtual Machine) 的支持。其它的hypervisor供货

商也将陆续支持SR-IOV。

SR-

SR

-IOV 和 Emulex OneConnect 网络卡

Emulex一直和hypervisor以及服务器的供货商密切合作，开发SR-IOV的支持。Emulex OCE11000

系列10Gb网络卡全面支持SR-IOV能力和完全卸载，使得CPU资源优化。数据中心可以开始装置

OCE11000并且知道他们将可以应用到SR-IOV，当然他选择的hypervisor必须支持这项功能。

结论

在虚拟主机应用中SR-IOV将是一项I/O效能优化的关键技术，启动了较高的虚拟比率，将节约成本

最大化。SR-IOV提供具更大的成本效益的方案，而且完全兼容于VM的迁移。新的第三代Emulex

OCE11000系列网络卡是一项可证明的而且经济的未来投资，它将使数据中心在hypervisor支持之

后，具体应用SR-IOV。

總代理 譯

Emulex Optimizing Virtualized Servers with SR-IOV