[发明专利]虚拟化处理系统中的物理功能和虚拟功能的灵活资源分配

说明书

本公开的实施例涉及虚拟化处理系统中的物理功能和虚拟功能的灵活资源分配。公开了一种用于在支持硬件虚拟化的处理器系统中将硬件资源灵活地分配给物理功能和虚拟功能的方法和系统。该处理器系统包括资源虚拟化单元，资源虚拟化单元被用来将硬件资源灵活地分配给物理功能，以及还将本地功能灵活地分配给与一个或多个物理功能相关联的虚拟功能。由此，标准PCI软件与物理功能以及已经被灵活地分配给虚拟功能和本地功能的任何相关联的虚拟化硬件资源兼容。

技术领域

本发明涉及用于将各种硬件资源分配给物理功能和虚拟功能的灵活机制。

背景技术

软件应用需要实际的物理硬件资源，诸如用于执行计算机代码的处理器、用于存储数据的存储器以及用于通信的网络电路。然而，软件应用没有完全地利用可用的物理硬件资源。更复杂的问题是一些软件应用可能消耗大量的一个或多个物理资源，而其他软件应用可能消耗较少的整体物理资源或较少的一种特定类型的物理资源。这种低效率造成了经济负担，因为实施和操作硬件资源都是高成本的。未充分利用可用的硬件资源是浪费的。相反，如果没有足够的专用硬件资源，则软件应用在还运行的情况下可能会运行得极其缓慢。

为了提高硬件资源利用的效率，已经开发了一种被称为“虚拟化”的技术。基本上，虚拟化指的是从单个硬件资源集合中限定多个“虚拟”机的动作，并且主机包含其上发生虚拟化的实际物理资源。多个虚拟机运行来自多个用户的多个软件应用。专门的虚拟软件包被加载到一个或多个物理主机设备上，使得(多个)主机设备的物理硬件资源能够在许多不同用户之中被共享。通过实现实际物理硬件资源的共享，虚拟机可以对昂贵的现有硬件资源进行更高效的使用。此外，由于每个用户通过他们自己的虚拟机访问(多个)主机设备，所以从用户的角度来看，显得好像他们都具有他们自己的专用硬件资源。目前，虚拟化的程度正在提高，以满足高度精细的软件应用(例如云计算、人工智能、大数据等)所带来的不断扩展的需求，以高效地指派硬件资源的底层复杂性。

图1示出了现有技术虚拟化模型的示例。传入的数据分组起初由分组输入单元(PKI)101接收。PKI负责接收来自网络的分组。它解析数据分组并且将分组分配给特定的工作流。在此基础上，PKI从分配器单元(FPA)102请求用于分组的缓冲区指针。在FPA 102内，存在物理功能103和多个虚拟功能104-106。与VF相关联的是存储器池，存储器池由指向缓冲区的指针列表所限定，数据被写入并且被存储在该缓冲区上。还存在指向工作队列条目的指针，工作队列条目存储针对特定分组的控制和元数据信息。调度/同步/排序(order)单元(SSO)107的职责是调度要由一个或多个核ARM处理器(AP)112-114执行的工作流。SSO107包括物理功能108和多个组功能109-111，以有助于将数据移向/移出ARM处理器核112-114。分组输出单元(PKO)115具有用于输出分组及其相关联的控制信息的一个PF 116和多个VF 117-119。应当注意，其他现有技术的虚拟化模型以不同的格式存在。这些其他的虚拟化模型也具有它们的用于物理和虚拟功能的特定设计。

无论实施什么类型的虚拟化模型，从软件的立场，每个物理和虚拟功能单元都显得像是分离的设备。因此，每个单元需要其自己的专用软件驱动程序。为了分配物理硬件资源的集合，每个客户端需要其自己的、针对其被分配的单元(例如PKO、SSO和FPA)的软件驱动程序。这些单元中的每一个单元都具有被加载在特定的客户端之下的分离的软件驱动程序。例如，客户端1 115具有针对其PKO、SSO和FPA被加载的分离的驱动程序。同样地，客户端2 116具有其自己的、针对其PKO、SSO和FPA被加载的分离的驱动程序。这适用于每个附加的客户端。

虽然这种在逐个客户端的基础上实现分离的驱动程序的变通的解决方案支持增强的虚拟化级别，但它不是理想的，因为它造成了过度的开销负担。需要被主动管理的软件驱动程序的绝对数目和驱动程序之间的协调带来了严重的处理挑战。某些操作系统(例如，Linux)限制这样的驱动程序之间的协调的所允许的类型和形式。这种与正常操作系统标准的偏离可能负面地影响软件应用的性能。此外，专门训练的软件程序员必须编写代码来满足多个软件驱动程序的要求所带来的独特需求。

发明内容