[发明专利]一种支持I/O功能动态分配的虚拟热插拔系统及其工作方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机I/O虚拟化领域，涉及多个服务器间I/O功能动态共享技术，尤其涉及一种支持I/O功能动态分配的虚拟热插拔系统及其工作方法。

背景技术

在现在的数据中心中广泛采用虚拟化技术进行服务器的整合，它将多台服务器上的系统整合为一台物理服务器上运行的多个虚拟机，不仅提高了资源的利用率而且降低了管理的难度。

为了提高虚拟机系统的I/O性能，特别是网络系统的性能，通常采用直通方式将PCI设备直接分配给虚拟机独占使用。对于运行多个虚拟机的物理服务器，如果直接为其安装多个PCI板卡，不仅增加硬件成本，并且降低了I/O资源的利用率。因此工业界设计了单根虚拟化（SR-IOV）设备和多根虚拟化（MR-IOV）设备。

其中单根虚拟化设备是面向于单服务器内共享的，它将单个物理PCI功能虚拟为若干虚拟PCI功能，供本操作系统内的虚拟机使用。通过PCI设备在硬件层被多个虚拟机共享，来提高资源的利用率。

而多根虚拟化设备可以连接多个根联合体，面向于多服务器共享，它同时拥有多个PCI物理功能，每个物理功能又可以虚拟出多个虚拟PCI功能。通过一定的配置,可以分别将虚功能分配给不同的物理服务器，这种方式可以实现更大程度上对设备共享。

当前的多根虚拟化系统中，存在一台或多台主控服务器，负责系统I/O设备资源的管理，其它服务器则作为从属服务器，仅使用分配给它们的I/O设备（可能是虚拟I/O设备）。多根虚拟化系统的服务器和设备间由一个多根交换机互连。多根交换机可以通过层级互连构成网络，该网络的最下游端口可挂载单根虚拟化设备、多根虚拟化设备、标准PCI设备等端点设备。主控服务器通过对多根虚拟化交换机的配置，即实现挂载设备（包括物理功能和虚功能）在从属服务器间的分配。但是这种分配属于静态分配，即分配仅在相关服务器重新启动后生效，这种方式中断了应用程序的正常运行。

综上，当前的多根虚拟化系统亟需实现一种在线I/O功能分配方法，实现不停机情况下的I/O功能虚拟热插拔。具体的说，即：主控服务器对多根交换机配置之后，能够通知对应的从属服务器，从属服务器能在不重新启动的情况下，在其操作系统中实现对应I/O功能的发现和资源分配。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种面向多根虚拟化系统的、支持I/O功能动态分配的支持I/O功能动态分配的虚拟热插拔系统及其工作方法，其中I/O功能是指PCI（包括PCI，PCIx，PCIe）端点设备的虚功能或者物理功能，该支持I/O功能动态分配的虚拟热插拔系统能在服务器不停机情况下，实现I/O功能在物理服务器间的动态分配或者回收，且不涉及对传统多根交换机内部结构的修改，即可以兼容已有系统。为简洁起见，本发明中出现的I/O功能，无特殊说明情况下，指PCI端点设备中的虚功能或者物理功能。

为实现上述目的，本发明所提出的支持I/O功能动态分配的虚拟热插拔系统，其特征在于，该系统包括：

多根交换机，与I/O端点设备、主控服务器、虚拟热插拔控制器、从属服务器连接；

该I/O端点设备，具有I/O功能；

该主控服务器，包括多根交换机控制模块和虚拟热插拔控制器控制模块，该多根交换机控制模块用于配置该多根交换机，并将该I/O功能置入或移出该从属服务器的PCI层次结构，该虚拟热插拔控制器控制模块用于向该虚拟热插拔控制器发出进行I/O功能分配或回收的命令；

该虚拟热插拔控制器，用于接收该命令，并向该从属服务器发出I/O功能的分配或回收的通知；

该从属服务器，包括虚拟热插拔驱动模块，该虚拟热插拔驱动模块用于识别该通知，以及负责为该I/O功能在该从属服务器的操作系统中分配或回收资源。

本发明的支持I/O功能动态分配的虚拟热插拔系统，其特征在于，

该虚拟热插拔控制器由多个虚拟热插拔虚功能设备以及控制逻辑组成，其中，该虚拟热插拔虚功能设备是该虚拟热插拔控制器自身的PCI虚功能，每个该PCI虚功能可被独立分配给该主控服务器和该从属服务器，每个该虚拟热插拔虚功能设备中还包括有一个虚拟热插拔标示寄存器，该控制逻辑用于解析并执行该主控服务器发出的命令，并与该从属服务器通信，该虚拟热插拔控制器通过将该虚拟热插拔虚功能设备分配给该主控服务器和该从属服务器，使该虚拟热插拔控制器被共享。

本发明的支持I/O功能动态分配的虚拟热插拔系统，其特征在于，