英特尔VMDq：提高网络I/O性能的利器

随着IT部门（从小型企业到大型企业）中服务器虚拟化的持续增长，虚拟化技术不断发展，虚拟机的系统吞吐量以及虚拟环境中的性能都有所提高。虚拟设备队列（VMDq）是来自英特尔的另一项突破性技术，它帮助将网络I/O数据处理任务从虚拟机监控软件卸载到网卡中。

hypervisor负担更重

越来越的IT部门开始在更强大的平台上部署虚拟化环境以整合服务器工作负载和减少数据中心占地空间。然而，由于工作负载更多依赖于网络I/O，因此这个策略会对系统和应用平台带来重大影响。当IT经理们提高处理能力和减少基础架构占地空间的时候，这种整合并不一定意味着虚拟环境的有效网络吞吐量就更高。这时候就需要在系统性能与网络能力之间达到一种平衡，从整合中实现最理想的应用服务。

在当前的虚拟环境中，hypervisor管理网络I/O活动。随着平台中的虚拟机和传输量增加，hypervisor要求更多的CPU周期以分类数据包，并将其路由到适合的虚拟机中（见表一），减少对应用可用的CPU空间。Intel VMDq是一项可以在减轻hypervisor负担、同时提高虚拟化平台网络I/O性能的突破性技术。

在当今的虚拟环境中，hypervisor管理着网络I/O

虚拟设备队列（VMDq）概览

Intel Virtualization Technology (Intel VT)是一组帮助hypervisor提供商开发更简单更强大的虚拟化软件、在虚拟环境中加速系统和应用解决方案的硬件升级。虚拟设备队列（VMDq）是Intel VT for Connectivity的一部分，旨在提升网络性能和降低CPU占用率。

Virtual Machine Device Queues（VMDq）是一项芯片级的技术，可以将网络I/O管理负担从hypervisor上卸载掉。多个队列和芯片中的分类智能性支持虚拟环境中增强的网络传输流，从应用任务中释放处理器周期（见表二）。这提高了向虚拟机的数据处理效率，提高了整体系统性能。

接收数据包

当数据包达到网络适配器的时候，网络控制器中的一个Layer 2分类器/分拣器会根据MAC地质和VLAN标签分类并决定每个数据包的目的地是哪个虚拟机。然后，它会将数据包放置于分配给这个虚拟机的接收队列中。hypervisor的交换机仅仅将数据包路由导各自的虚拟机中，而不是执行繁重的数据分拣工作。因此，VMDq提高了处理接收方网络I/O的平台效率以及应用处理的CPU占用率。

VMDq将网络I/O管理卸载到网卡中

传输数据包

当数据包从虚拟机发送到适配器的时候，hypervisor层会将传输数据包置于他们各自的队列中。为了防止线头阻塞并确保每个队列的正常服务，网络控制卡会将队列包以循环的方式传输到线缆中，从而通过队列确保一定的虚拟机服务质量（QoS）。

VMDq性能使用实例

Intel和VMware合作开发和加强虚拟化环境中的队列技术。Intel提供了用于在网卡中分类数据包的VMDq技术，减轻hypervisor的负担。VMware则在hypervisor交换机层进行了一些完善，不仅将数据导向到分别的目的虚拟机中，还将中断信号指向各自的CPU内核和目的虚拟机。通过在虚拟化环境中实施这种结合的队列技术，不仅吞吐量会翻一番，而且CPU利用率也有显著提升。

列举这样一个特定的使用实例：一台基于Intel四核至强处理器的服务器，运行Windows 2008和4个虚拟机，Intel 82598 10Gb以太网控制卡运行在一个ESX开发架构上。没有采用VMDq的情况下，吞吐量是4.0Gb；采用了VMDq之后，吞吐量翻了一番多，达到9.2Gb。以上这些数据都是帧大小为标准的1500字节下读取的。在巨帧的情况下，吞吐量为9.5Gb。VMware计划在未来版本ESX中支持VMDq on Intel 82598 10 Gigabit Ethernet Controller。

VMDq显著提高网络I/O吞吐量

总结

更高的处理能力为在IT数据中心内进行更好的整合提供了机会；然而，对I/O的影响也是不容忽略的。虚拟设备队列将数据包分类负载从hypervisor交换机卸载到网卡硬件中。在网络芯片中分类的数据，加上每个虚拟机的独立队列，这些为应用处理器（而不是网络I/O处理）释放了更多CPU周期。在基准测试研究中，Intel网卡中增加VMDq可以将虚拟化平台吞吐量提升一倍之多。