Oracle一体机SR-IOV技术运用

内容简介：Oracle一体机SR-IOV技术运用

现今，在x86体系架构下，有三种常见的网络I/O虚拟化方式：

•     基于虚拟化软件（比如OVM用到的Xen）方式的I/O共享
•     直接设备指派
•     基于硬件的SR-IOV（Single-Root I/O Virtualization）

基于软件方式的I/O共享

这是人们最常想到的，也是现今基于x86体系架构商业化虚拟化产品最常用到的方式。服务器虚拟化软件（Hypervisor, 比如Xen）位于虚拟机操作系统设备驱动器和实际的服务器硬件之间。简单说，虚拟机操作系统设备驱动器需要先与虚拟化软件交互，然后虚拟化软件再与底层的物理硬件交互来完成I、O操作。这种方式的好处是允许在多个虚拟机之间共享同一个物理设备。因为虚拟化软件使虚拟机操作系统相信他们拥有自己的硬件设备，而实际上他们是共享了同一个物理设备。虚拟化软件完成所有这些工作 - 管理冲突，确保所有虚拟机并发访问I/O设备，确保稳定运行。这种方式的缺点是虚拟化软件是以牺牲一定的性能来提供该功能的：虚拟化层至少需要一些时间来处理流量控制和I/O转换。来自于虚拟机的并发I/O操作越多，虚拟化软件会越忙碌，这会对系统的稳定性造成潜在的影响。虽然随着现今虚拟化软硬件的发展，基于软件方式的I/O共享对系统的性能和稳定性影响很小，但是在一些对系统性能有着极端高度要求的场景下，这种方式对性能的影响还是显而易见的。

直接设备指派

不同于基于软件的I/O共享 - 每个虚拟机与虚拟化软件直接通讯，然后虚拟化软件再与物理硬件设备通讯，直接设备指派方式允许虚拟机操作系统直接访问物理I/O设备硬件，不需要先通过虚拟化软件。这种方式清除了虚拟化软件层面造成的性能瓶颈和潜在的不稳定性，通过将I/O设备直接指派给一个虚拟机，确保虚拟机能够获得可预期的和稳定的I/O性能，就如同裸机操作系统访问自己的设备一样。使用这种方式的缺点是由于虚拟化层被略过，导致虚拟化软件无法完成虚拟化I/O的功能，也就是实现多个虚拟机共享一个I/O设备。如果你有一个物理机只有两个网卡，你最多在上边只能跑两个虚拟机， 每个虚拟机给指派一个网卡，这种方式不是很经济。

理想的解决方案是提供一种方式，既能实现虚拟机共享同一个物理I/O设备， 也能实现像直接设备指派方式那样提供高性能， 高稳定性的I/O方式。而SR-IOV就是为了实现这种功能，并引入到Oracle使用虚拟化的一体机系统中。

Single-Root I/O Virtualization

SR-IOV是基于硬件的I/O虚拟化解决方案，提供更高的I/O性能和可扩展性。SR-IOV需要硬件的支持，通过在网卡上定义多个轻量级的VF(Virtual Function), 然后将VF指派给虚拟机，可以实现虚拟机绕过虚拟化软件直接访问网卡，同时又共享同一个物理网卡设备。

SR-IOV是一种新的业界标准，PCI-SIG 组织负责定义和维护SR-IOV 规范，可以通过如下网址访问：

http://www.pcisig.com.

在SR-IOV设备中，有两种功能（Function ）类型：

• Physical Function (PF)

PF具有完整的PCIe功能， 能够被发现，管理和操作，就像操作任何其他普通PCIe设备一样。PF拥有完整的配置空间。可以通过PF来配置和控制PCIe设备，PF拥有完整的能力将数据从PCIe设备移入和移出。每一个PCIe设备可以有一个到最多八个PF。每个PF是独立的，而且从软件的角度看，每个PF就是一个独立的PCIe设备。

• Virtual Function (VF)

VF是一个轻量级的PCIe function，仅用于将数据移入和移出设备。每一个VF与一个底层的PF关联，每个PF可以有0个或多个VF。VF通过PF来创建。每一个VF可以指派给一个虚拟机， 从虚拟机的角度来说一个VF就是一个本地的物理网络设备。

所以通过SR-IOV，在硬件网络I/O设备层面实现在一个物理设备创建出多个虚拟设备（VF），每一个VF指派给一个虚拟机，虚拟机在直接访问VF的时候，就相当于直接访问硬件，可以达到类似于主机访问本地设备的性能。在Oracle一体机上，每个InfiniBand 网卡可以最多被63个虚拟机共享，也就是支持63个VF。

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