KVM虛擬化網絡優化技術總結
來源 http://blog.51cto.com/xiaoli110/1558984
一個完整的數據包從虛擬機到物理機的路徑是：
虛擬機--QEMU虛擬網卡--虛擬化層--內核網橋--物理網卡
KVM的網絡優化方案，總的來說，就是讓虛擬機訪問物理網卡的層數更少，直至對物理網卡的單獨占領，和物理機一樣的使用物理網卡，達到和物理機一樣的網絡性能。
方案一 全虛擬化網卡和virtio
Virtio與全虛擬化網卡區別
全虛擬化網卡是虛擬化層完全模擬出來的網卡，半虛擬化網卡通過驅動對操作系統做了改造；
viritio簡單的說，就是告訴虛擬機，hi 你就是在一個虛擬化平台上跑，咱們一起做一些改動，讓你在虛擬化平台上獲得更好的性能； 
關於virtio的使用場景
因 為windows虛擬機使用viritio有網絡閃斷的情況發生，windows 虛擬機如果網絡壓力不高，建議使用e1000這樣的全虛擬化網卡，如果網絡壓力比較高，建議使用SRIVO或者PCI Device Assignment這樣的技術；viritio也在不斷的演進，希望windows的閃斷的問題越來越少。
KVM天生就是為linux系統設計的，linux系統請放心大膽的使用viritio驅動；
方案二 vhost_net macvtap技術
vhost_net使虛擬機的網絡通訊直接繞過用戶空間的虛擬化層，直接可以和內核通訊，從而提供虛擬機的網絡性能；
macvtap則是跳過內核的網橋；
使用vhost_net，必須使用virtio半虛擬化網卡；
vhost_net虛擬機xml文件配置，
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<
interface
type
=
'bridge'
>
<
mac
address
=
''
/>
<
source
bridge
=
'br0'
/>
<
model
type
=
'virtio'
/>
<
driver
name
=
"vhost"
/>
<
address
type
=
'pci'
domain
=
'0x0000'
bus
=
'0x00'
slot
=
'0x03'
function
=
'0x0'
/>
</
interface
>
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如果不使用vhost_net，則為
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1
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<
driver
name
=
"qemu"
/>
|
macvtap 虛擬機xml配置
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<
interface
type
=
'direct'
>
<
mac
address
=
'00:16:3e:d5:d6:77'
/>
<
source
dev
=
'lo'
mode
=
'bridge'
/>
<
model
type
=
'e1000'
/>
<
address
type
=
'pci'
domain
=
'0x0000'
bus
=
'0x00'
slot
=
'0x03'
function
=
'0x0'
/>
</
interface
>
|
注意：macvtap在windows虛擬機上性能很差，不建議使用
vhost_net macvtap比較
macvlan的功能是給同一個物理網卡配置多個MAC地址，這樣可以在軟件商配置多個以太網口，屬於物理層的功能。
macvtap是用來替代TUN/TAP和Bridge內核模塊，macvtap是基於macvlan這個模塊，提供TUN/TAP中tap設備使用的接口，
使用macvtap以太網口的虛擬機能夠通過tap設備接口，直接將數據傳遞到內核中對應的macvtap以太網口。
vhost-net是對於virtio的優化，virtio本來是設計用於進行客戶系統的前端與VMM的后端通信，減少硬件虛擬化方式下根模式個非根模式的切換。
而是用vhost-net后，可以進一步進入CPU的根模式后，需要進入用戶態將數據發送到tap設備后再次切入內核態的開銷，而是進入內核態后不需要在進行內核態用戶態的切換，進一步減少這種特權級的切換，說vhost-net屬於哪個層不准確，而是屬於進行二層網絡數據傳遞的優化。
方案三 虛擬機網卡獨占
網卡passthrough在虛擬機的配置方法
1 使用lcpci 設備查看pci設備信息
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04:00.0 Ethernet controller: Intel Corporation 82571EB Gigabit Ethernet Controller (rev 06)
04:00.1 Ethernet controller: Intel Corporation 82571EB Gigabit Ethernet Controller (rev 06)
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也可以使用virsh nodedev-list –tree得到信息
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+- pci_0000_00_07_0
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| +- pci_0000_04_00_0
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| | +- net_p1p1_00_1b_21_88_69_dc
| |
| +- pci_0000_04_00_1
| |
| +- net_p1p2_00_1b_21_88_69_dd
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2 使用virsh nodedev-dumxml pci_0000_04_00_0得到xml配置信息
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[root@]
# virsh nodedev-dumpxml pci_0000_04_00_0
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<device>
<name>pci_0000_04_00_0<
/name
>
<parent>pci_0000_00_07_0<
/parent
>
<driver>
<name>e1000e<
/name
>
<
/driver
>
<capability
type
=
'pci'
>
<domain>0<
/domain
>
<bus>4<
/bus
>
<slot>0<
/slot
>
<
function
>0<
/function
>
<product
id
=
'0x105e'
>82571EB Gigabit Ethernet Controller<
/product
>
<vendor
id
=
'0x8086'
>Intel Corporation<
/vendor
>
<
/capability
>
<
/device
>
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3 編輯虛擬機xml文件，加入pci設備信息
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<
hostdev
mode
=
'subsystem'
type
=
'pci'
managed
=
'yes'
>
<
source
>
<
address
domain
=
'0x0000'
bus
=
'0x04'
slot
=
'0x00'
function
=
'0x0'
/>
</
source
>
</
hostdev
>
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Domain bus slot function信息從dumpxml出的xml文件獲取，define虛擬機，然后開啟虛擬機就可以，注意以為附件上去的是物理設備，需要在系統里面安裝相應的驅動。
方案四 SR-IVO技術
SRIOV的原理
SR-IVO 是the single root I/O virtualization 的簡寫，是一個將PCIe共享給虛擬機使用的標准，目前用在網絡設備上比較多，理論上也可以支持其他的PCI設備，SRIOV需要硬件的支持。
以下內容來自oracle網站，鏈接為
http://docs.oracle.com/cd/E38902_01/html/E38873/glbzi.html
物理功能 (Physical Function, PF)
用 於支持 SR-IOV 功能的 PCI 功能，如 SR-IOV 規范中定義。PF 包含 SR-IOV 功能結構，用於管理 SR-IOV 功能。PF 是全功能的 PCIe 功能，可以像其他任何 PCIe 設備一樣進行發現、管理和處理。PF 擁有完全配置資源，可以用於配置或控制 PCIe 設備。
虛擬功能 (Virtual Function, VF)
與物理功能關聯的一種功能。VF 是一種輕量級 PCIe 功能，可以與物理功能以及與同一物理功能關聯的其他 VF 共享一個或多個物理資源。VF 僅允許擁有用於其自身行為的配置資源。
每 個 SR-IOV 設備都可有一個物理功能 (Physical Function, PF)，並且每個 PF 最多可有 64,000 個與其關聯的虛擬功能 (Virtual Function, VF)。PF 可以通過寄存器創建 VF，這些寄存器設計有專用於此目的的屬性。
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 PCI 配置空間。每個 VF 都具有一個 PCI 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 PCI 設備。創建 VF 后，可以直接將其指定給 IO 來賓域或各個應用程序（如裸機平台上的 Oracle Solaris Zones）。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。
SR-IOV 的優點
SR-IOV 標准允許在 IO 來賓域之間高效共享 PCIe 設備。SR-IOV 設備可以具有數百個與某個物理功能 (Physical Function, PF) 關聯的虛擬功能 (Virtual Function, VF)。VF 的創建可由 PF 通過設計用來開啟 SR-IOV 功能的寄存器以動態方式進行控制。缺省情況下，SR-IOV 功能處於禁用狀態，PF 充當傳統 PCIe 設備。
具有 SR-IOV 功能的設備可以利用以下優點：
性能－從虛擬機環境直接訪問硬件。
成本降低－節省的資本和運營開銷包括：
節能
減少了適配器數量
簡化了布線
減少了交換機端口
SRIOV的使用
啟動SRIVO內核模塊
modprobe igb
激活虛擬功能VF
modprobe igb max_vfs=7
千兆網卡最多支持8個vf0-7,千兆網卡目前支持比較好的是INTEL I350， 82576S雖然也支持SRIOV但是只支持虛擬機是linux的情況，windows系統不支持；
萬兆網卡最多支持64個vg0-63，intel的新新一代萬兆網卡都支持SRIOV x520 x540等；
如果需要重新設置vf 可以刪除模塊在重新加載
modprobe -r igb
將配置永久寫入配置文件
echo "options igb max_vfs=7" >>/etc/modprobe.d/igb.conf
通過lspci命令可以看多主網卡和子網卡
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# lspci | grep 82576
0b:00.0 Ethernet controller: Intel Corporation 82576 Gigabit Network Connection (rev 01)
0b:00.1 Ethernet controller: Intel Corporation 82576 Gigabit Network Connection (rev 01)
0b:10.0 Ethernet controller: Intel Corporation 82576 Virtual Function (rev 01)
0b:10.1 Ethernet controller: Intel Corporation 82576 Virtual Function (rev 01)
0b:10.2 Ethernet controller: Intel Corporation 82576 Virtual Function (rev 01)
0b:10.3 Ethernet controller: Intel Corporation 82576 Virtual Function (rev 01)
0b:10.4 Ethernet controller: Intel Corporation 82576 Virtual Function (rev 01)
0b:10.5 Ethernet controller: Intel Corporation 82576 Virtual Function (rev 01)
0b:10.6 Ethernet controller: Intel Corporation 82576 Virtual Function (rev 01)
0b:10.7 Ethernet controller: Intel Corporation 82576 Virtual Function (rev 01)
0b:11.0 Ethernet controller: Intel Corporation 82576 Virtual Function (rev 01)
0b:11.1 Ethernet controller: Intel Corporation 82576 Virtual Function (rev 01)
0b:11.2 Ethernet controller: Intel Corporation 82576 Virtual Function (rev 01)
0b:11.3 Ethernet controller: Intel Corporation 82576 Virtual Function (rev 01)
0b:11.4 Ethernet controller: Intel Corporation 82576 Virtual Function (rev 01)
0b:11.5 Ethernet controller: Intel Corporation 82576 Virtual Function (rev 01)
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虛擬機可以聽過pci網卡獨占的方式使用子網卡；
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# virsh nodedev-list | grep 0b
pci_0000_0b_00_0
pci_0000_0b_00_1
pci_0000_0b_10_0
pci_0000_0b_10_1
pci_0000_0b_10_2
pci_0000_0b_10_3
pci_0000_0b_10_4
pci_0000_0b_10_5
pci_0000_0b_10_6
pci_0000_0b_11_7
pci_0000_0b_11_1
pci_0000_0b_11_2
pci_0000_0b_11_3
pci_0000_0b_11_4
pci_0000_0b_11_5
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虛擬機網卡xml文件
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<
interface
type
=
'hostdev'
managed
=
'yes'
>
<
source
>
<
address
type
=
'pci'
domain
=
'0'
bus
=
'11'
slot
=
'16'
function
=
'0'
/>
</
source
>
</
interface
>
|
方案五 網卡多隊列
centos 7開始支持virtio網卡多隊列，可以大大提高虛擬機網絡性能，配置方法如下：
虛擬機的xml網卡配置
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2
|
<
interface
type
=
'network'
>
<
source
network
=
'default'
/> <
model
type
=
'virtio'
/> <
driver
name
=
'vhost'
queues
=
'N'
/> </
interface
>
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N 1 - 8 最多支持8個隊列
在虛擬機上執行以下命令開啟多隊列網卡
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#ethtool -L eth0 combined M
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M 1 - N M小於等於N
KVM網絡優化方案個人認為以硬件為主，硬件上萬兆+SRIOV的方案會越來越普及，但是在線遷移的問題有待解決。