[发明专利]为联网设备虚拟化卸载分组处理

说明书

背景

1.背景和相关技术

计算机系统及相关技术影响社会的许多方面。的确，计算机系统处理信息的能力已转变了人们生活和工作的方式。现在，计算机系统通常执行在计算机系统出现以前手动执行的许多任务(例如，文字处理、日程安排、帐目管理等)。最近，计算机系统彼此耦合并耦合到其他电子设备以形成计算机系统及其他电子设备可在其上传输电子数据的有线和无线计算机网络。因此，许多计算任务的执行分布在多个不同的计算机系统和/或多个不同的计算环境中。

一些计算机系统被配置成提供用于托管(host)一个或多个虚拟机的虚拟化环境。例如，并行虚拟化执行环境包括管理程序(hypervisor)。管理程序提供父分区和一个或多个子分区(即虚拟机)。父分区被配置成运行主操作系统并管理虚拟栈。每个子分区被配置成运行相应的客操作系统。管理程序还提供使子分区能够通过客操作系统内运行的虚拟设备(驱动器)访问物理设备的软件接口。

虚拟化中的一个常见场景是管理虚拟化主机计算机系统处执行的虚拟机间的网络分组，以及管理这些虚拟机以及在主机计算机系统远程的计算机系统之间流动的网络分组。如此，主操作系统处的虚拟化栈可包括联网虚拟栈或虚拟交换机。虚拟交换机被配置成截取、检查以及操纵在各虚拟机间的连接中通信的网络分组。然而，这样做可能是低效的，因为这导致主操作系统和客操作系统之间的频繁而昂贵(例如，在CPU使用方面)的上下文切换。

虚拟化的最近的发展已经是单根(single-root)I/O虚拟化(SRIOV)。SRIOV是外围组件互连快速(PCIe)总线体系结构的扩展，其使PCIe设备能够直接与父分区和子分区通信。如此，SRIOV使得PCIe设备能够将其自身直接暴露于虚拟机(通过管理程序)。例如，遵循SRIOV的物理网络接口卡(NIC)可向主分区呈现一物理功能并向相应的子分区呈现一个或多个虚拟功能。主操作系统随后可包括与物理功能通信的物理功能驱动器，且每个客操作系统可执行与相应的虚拟功能通信的虚拟功能驱动器。物理NIC随后可直接与客操作系统传递网络分组(绕过主操作系统)，这可以大大改善网络性能。

尽管SRIOV带来了优点，然而在虚拟化环境中的网络分组处理领域中仍存在某些低效。

简要概述

本发明涉及用于为网络设备虚拟化卸载分组处理的方法、系统和计算机程序产品。例如，本发明的实施例提供一种通用网络分组规则和流模型，其使在虚拟机主机处的网络分组处理的一部分能够从主机卸载到物理NIC。具体而言，本发明的实施例使得父分区(即，主操作系统)处的一个或多个流表中的所有或部分能够被卸载到物理NIC。这样做使得物理NIC能够根据定义的规则执行分组处理，同时提高虚拟机环境中的网络分组处理的性能。

在一些实施例中，一种用于在计算机系统处执行的虚拟机处理网络分组的方法包括主分区维护用于虚拟机的一个或多个规则集。该方法还包括物理NIC维护用于该虚拟机的一个或多个流表。物理NIC接收与该虚拟机相关联的网络分组，并且为该虚拟机处理该网络分组。处理该网络分组包括该物理NIC将该网络分组与该一个或多个流表相比较。当该网络分组与该一个或多个流表中的流相匹配时，该物理NIC基于匹配流对该网络分组执行动作。替代地，当该网络分组不与该一个或多个流表中的流相匹配时，该物理NIC将该网络分组传递到主分区以对照该一个或多个规则集进行处理。

在其他实施例，一种用于为在该计算机系统处执行的虚拟机处理网络分组的方法包括虚拟交换机维护用于虚拟机的一个或多个规则集并且还维护用于该虚拟机的一个或多个流表。该虚拟交换机将该一个或多个流表的至少一部分卸载到该物理NIC。该虚拟交换机为该虚拟机处理网络分组。处理网络分组包括该虚拟交换机从该虚拟机或该物理NIC之一接收该网络分组，且该虚拟机将该网络分组与该一个或多个规则集中的规则相匹配。基于将该网络分组与该规则相匹配，该虚拟交换机在该一个或多个流表中创建流并且将该流卸载到该物理NIC。

提供本概述是为了以简化的形式介绍将在以下详细描述中进一步描述的一些概念。本概述不旨在标识出所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。

本发明的附加特征和优点将在以下描述中叙述，并且其一部分根据本描述将是显而易见的，或者可通过对本发明的实践来获知。本发明的特征和优点可通过在所附权利要求书中特别指出的工具和组合来实现和获得。本发明的这些以及其它特征、优点和特征将根据以下描述和所附权利要求而变得更显而易见，或者可通过如此后阐述的对本发明的实践而获知。