如何利用优化技术降低虚拟服务器成本

单根I/O虚拟化（SingleRootI/OVirtualizationSR-IOV）就是其中的一项优化技术。SR-IOV是PCI-SIG推出的一项标准，是“虚拟通道”的一个技术实现，用于将一个PCIe设备虚拟成多个PCIe设备，每个虚拟PCIe设备如同物理PCIe设备一样向上层软件提供服务。

传统的虚拟服务器虚拟机管理程序提供虚拟机（VM）的资源，模拟每一台物理服务器的功能，使每个虚拟机独立的运行。对于I/O，即意味着每个虚拟机使用虚拟的I/O设备是由虚拟机管理程序提供的。虽然这非常适用于虚拟化，但这样通常情况下效率是不高的。

SR-IOV是一种不需要软件模拟就可以共享I/O设备I/O端口的物理功能的方法。这个过程创造了一系列I/O设备物理端口的虚拟功能。每个虚拟功能都被直接分配到一个虚拟机，因此实现了接近本机的性能。

传统的多核虚拟服务器管理程序执行以下步骤来处理收到的I/O：

一个CPU核心对数据包进行中断和检查，并确定由哪些VM来接受它。

服务于虚拟机的CPU核心进行中断和处理I/O。

最初的CPU核心将收到的数据包返回到正常的工作路径中。

而SR-IOV规范的目标是在绕过虚拟机参与数据迁移过程中实施标准化，为每个虚拟机提供独立内存空间、中断和DirectMemoryAccess（DMA）流。SR-IOV架构的设计允许一个I/O设备支持多个虚拟功能，同时将每个功能的硬件成本降至最低。SRIOV引入了两个新的功能类型：

物理功能（PhysicalFunctions，PFs）：这是一些支持SR-IOV扩展功能的PCIe功能，被用于配置和管理SR-IOV功能特性。

虚拟功能（VirtualFunctions，VFs）：这是一些“精简”的PCIe功能，包括数据迁移必需的资源，以及经过谨慎精简的配置资源集。他们不支持物理设备的管理。

虽然SR-IOV标准可以适用于网络和存储的I/O，在现在和将来对它的期望也仅仅在网络方面。虚拟服务器的性能问题主要集中在以太网流量上，通常虚拟服务器会产生大量的网络流量，而流量的增长就意味着成本的支出。相对于网络来讲，存储的I/O成本则可以忽略不计，不需要特别进行优化。

先进的管理解决方案

在改善虚拟机的性能上，传统的管理解决方案是直接管理I/O（或传递引导），这就要求为每个虚拟机分配一个唯一的物理端口，然后进行管理。这种方法的确可以提高性能，但却受到可以连接到物理服务器的端口数量的限制。

这样的后果之一就是网络适配器，交换机端口和电缆会变得很复杂，而且直接管理I/O也不能和虚拟机的迁移相互兼容。在虚拟机迁移的时候，需要手动的关闭和重启，显然这并不是最佳的优化方案。

SR-IOV提供了一项功能以多个独立物理设备呈现的机制。支持SR-IOV的设备可以配置成以多个虚拟功能形式呈现在PCI配置空间中，每个都有它们自己的PCI配置空间。然后VMM可以通过模拟配置空间来分配一个或者多个虚拟功能给虚拟机。

每个虚拟功能可以支持针对PCIe层中I/O相关功能的一个特有且单独的数据路径。在网络设备中使用SR-IOV可使一个端口（功能）的带宽分成更小的块，然后通过一个标准接口分配到特定虚拟机或者客户端中。为了进一步加强PCIe层中不同设备的可操作性，还创建了一个配置和管理的通用方法体系。这种资源的共享提高了在一个支持SR-IOV的PCIe设备上任何特定资源的总利用率，从而降低了虚拟系统的成本。最后，SR-IOV的是和虚拟机的迁移相互兼容的。

SR-IOV的系统建立在自身发展的过程。它不仅需要适配器，交换机和管理程序供应商的支持，同时也需要通过服务器厂商的支持。服务器厂商可以通过增加管理工具，来实现完全可靠的解决方案。目前，SR-IOV得到了RedHat的Linux6系统和SUSE的Linux11（以及后续版本）系统的支持，其他管理程序的供应商也被期望能够支持SR-IOV.

总的来说，SR-IOV实现了将PCI功能分配到多个虚拟接口以在虚拟化环境中共享一个PCI设备的资源。SR-IOV能够让网络传输绕过软件模拟层，直接分配到虚拟机。这样就降低了软加模拟层中的I/O开销。SR–IOV将会成为一个优化虚拟服务器的I/O的关键性技术，在最大程度上节约虚拟机的运行成本。SR-IOV将提供一个比多物理端口方案更具成本效益的解决方案。