1、簡介
網絡I/O虛擬化是服務器虛擬化技術的重要組成部分，在服務器虛擬化技術領域，計算虛擬化（如CPU和內存虛擬化）已經日趨成熟，但是，網絡I/O虛擬化技術的發展相對比較滯后。當前，主流的網絡I/O虛擬化技術有三種：軟件模擬、網卡直通和SR-IOV。這三種虛擬化技術在不同程度上實現了網絡I/O設備的虛擬化功能。其中，軟件模擬是通過虛擬化Hypervisor層模擬虛擬網卡，實現與物理設備完全一樣的接口，虛擬機操作系統無須修改就能直接驅動虛擬網卡，其最大的缺點是性能相對較差；網卡直通支持虛擬機繞過Hypervisor層，直接訪問物理I/O設備，具有最高的性能，但是，在同一時刻，物理I/O設備只能被一個虛擬機獨享；SR-IOV是Intel在2007年提出的解決虛擬化網絡I/O的硬件技術方案，該技術不僅能夠繼承網卡直通的高性能優勢，而且同時支持物理I/O設備的跨虛擬機共享，具有較好的應用前景。
2007年10月，PCI-SIG發布了PCI-SIG Single Root I/O Virtualization（SR-IOV）規范，其中詳細闡述了硬件供應商在多個虛擬機中如何共享單個I/O設備硬件。
圖1 硬件SR-IOV虛擬化技術原理圖
SR-IOV引入了兩個新的功能類型：
- PFs（Physical Functions，物理功能）：物理網卡所支持的一項PCI功能，一個PF可以擴展出若干個VF。
- VFs（Virtual Functions，虛擬功能）：支持SR-IOV的物理網卡虛擬出來的實例，以一個獨立網卡的形式呈現，每個VF有獨立的PCI配置區域，並可以與其它VF共享同一個物理資源（共用同一個物理網口）。
一旦在PF中啟用了SR-IOV，就可以通過PF的總線、設備和功能編號（路由ID）訪問各個VF的PCIe配置空間。每個VF都具有一個PCIe內存空間，用於映射其寄存器集。VF設備驅動程序對寄存器集進行操作以啟用其功能，並且顯示為實際存在的PCIe設備。創建VF后，可以直接將其指定給I/O來賓域或各個應用程序。此功能使得虛擬功能可以共享物理設備，並在沒有CPU和虛擬機管理程序軟件開銷的情況下執行I/O。
由此可見，SR-IOV網卡通過將SR-IOV功能集成到物理網卡上，將單一的物理網卡虛擬成多個VF接口，每個VF接口都有單獨的虛擬PCIe通道，這些虛擬的PCIe通道共用物理網卡的PCIe通道。每個虛擬機可占用一個或多個VF接口，這樣虛擬機就可以直接訪問自己的VF接口，而不需要Hypervisor的協調干預，從而大幅提升網絡吞吐性能。
需要注意的是，SR-IOV作為一種新技術，目前仍不完善的地方：
- 單個物理網卡支持的虛擬機個數有限制；
- SR-IOV特性需要物理網卡硬件支持，並非所有的物理網卡都支持SR-IOV特性。
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