[发明专利]基于高速网卡SR-IOV功能的VF资源动态调度方法

说明书

本发明公开了一种基于高速网卡SR‑IOV功能的VF资源动态调度方法。目的是解决具有SR‑IOV功能的高速网卡VF的扩展性不足，当虚拟机数量多于VF的数量时不能满足所有虚拟机的I/O需求的问题。技术方案是先构建由资源配置模块和动态调度模块组成的资源调度系统；运行资源调度系统，资源配置模块对VF硬件资源和VF软件资源进行配置，构建VF硬件资源对象和VF软件资源对象，VF软件资源对象的数量大于VF硬件资源数量；动态调度模块对VF硬件资源对象进行动态调度：采用本发明既增加了VF的数量，又解决了分配给虚拟机的VF与具有SR‑IOV功能的高速网卡的带宽需求不匹配的问题，提升高速网卡的利用率。

技术领域

本发明涉及虚拟化技术中的I/O虚拟化，特别是涉及一种基于高速网卡SR-IOV(Single Root I/O Virtualization，即单根I/O虚拟化)功能的VF(VirtualFunction)资源动态调度方法。

背景技术

虚拟化技术是一种对计算机资源进行模拟和抽象的技术，屏蔽了硬件的细节，便于硬件资源的重新划分和共享，同时也提高了资源的利用率。虚拟机管理器(VirtualMachineManager，简称为VMM)是虚拟化中非常重要的组成部分。VMM是一个系统软件，可以维护多个高效的、隔离的程序环境，该环境支持用户直接去访问真实硬件，并且可以运行不同的操作系统，这样的操作系统被称为客户机操作系统。VMM在隔离的程序环境中为客户机操作系统提供了各种虚拟的硬件资源，例如虚拟的CPU、虚拟的内存和虚拟的网卡等。通常将一个完全隔离环境中并且通过软件模拟具有完整的硬件系统功能的计算机系统称为虚拟机(VirtualMachine，简称VM)。由于虚拟硬件资源是由VMM通过软件模拟来实现的，因此虚拟机中客户机操作系统在运行时使用的是VMM提供的各种虚拟硬件，最后由VMM调用实际的硬件来完成虚拟硬件的功能。

虚拟化主要包括CPU虚拟化、内存虚拟化和I/O虚拟化。I/O虚拟化主要是指对I/O设备的虚拟化。随着硬件技术的提升，I/O虚拟化的技术也在不断地发展。目前I/O虚拟化主要有三种实现方式，即完全软件虚拟化、半虚拟化和硬件辅助虚拟化。完全软件虚拟化由VMM中的设备模拟层通过纯软件的方式来模拟真实的I/O设备。完全软件虚拟化在客户机操作系统和实际的I/O设备之间增加了VMM中的设备模拟层，所以数据传输时需要两次数据拷贝才能完成虚拟机与I/O设备的交互，降低了I/O的性能。

半虚拟化技术将设备驱动分为前端和后端两个驱动，由前后端驱动协同实现I/O虚拟化。后端驱动位于具有I/O特权的特权虚拟机中，能够直接使用I/O设备，前端驱动位于非特权的普通虚拟机。特权虚拟机中的后端驱动直接访问普通虚拟机保存数据的共享内存，然后使用设备驱动直接读写数据，不需要多次拷贝，提升了I/O性能。但是基于前后端驱动实现的I/O虚拟化方式需要修改虚拟机的系统内核，通用性较低。

硬件辅助I/O虚拟化指将部分I/O虚拟化的功能卸载到硬件，由硬件来实现。这需要硬件具有支持I/O虚拟化的能力。目前有两种常用的硬件辅助I/O虚拟化技术：透传(Passthrough I/O)和SR-IOV。透传是只将硬件设备直接分配给虚拟机使用，这样虚拟机在使用I/O设备时，就能获得最好的I/O的性能，但是如果设备被透传给了虚拟机，那么虚拟机将独占该设备，其他虚拟机无法使用该设备，该设备就失去了共享性。