以计算为中心 虚拟化时代的交换网络 (4)

增强虚拟化软件交换机性能

因为虚拟化软件交换机基于服务器内部处理，消耗大量CPU资源和IO资源，为了提高转发性能，各个组织如CPU厂家Intel、AMD和PCI工业协会一直积极推进提高虚拟化性能。第一种性能提高方式是虚拟主机IO页面地址直接访问功能，Intel VT-x功能是允许虚拟机直接访问由VMM（Virtual Machine Monitor）配置的物理内存空间，直接路径I/O存取，加速DMA数据存取。Intel VT-d与VT-d功能类似，使用DMA描述符号标识虚拟机I/O地址空间，它们共同点是都需要做虚拟机I/O地址转换到物理I/O地址工作，与物理I/O资源需要一一对应关系，无法做到一对多，只能实现虚拟化对应物理资源性能提高，无法I/O资源共享；第二种性能提高方式是卸载软件网络功能到物理网卡，VMDq (Virtual Machine Direct Queue) 就是基于网卡硬件加速的技术，提高虚拟化环境下网络I/O性能。VMDq网卡实现了二层交换机部分功能，分拣和分类数据包，轮询传输，传统模式下由软件交换机实现，据说可以提高2倍性能，但是还需要VMM复制网络数据包；第三种性能提高方式是SR-IOV实现IO设备资源共享，SR-IOV网卡内嵌具有完整功能、支持广播的二层交换机，是基本网络转发平面，由CPU的VMM管理，可实现更加数据分拣、分类与安全等控制平面，还有一些简单QoS控制平面功能。资源共享方式是PCI Mgr (SR PCIM)给每个虚拟机分配一个单独虚拟功能号VF（Virtual Function），最大支持256个子设备号256个虚拟机。性能提高方式是虚拟化软件交换机完成初始资源（CPU、内存和IO虚拟）分配管理，保留基本网络控制平面。建立数据转发连接后，虚拟机虚拟网卡之间通过VF直接转发数据，无需经过主机虚拟化软件交换机，从而加速了虚拟化交换性能。其他性能提高方式还有Intel VT-c/VMDc功能（Virtual Machine Direct Connectivity）实现同一物理口不同虚拟机和虚拟功能之间直接通信模式，可以动态指定不同虚拟机虚拟网卡专用带宽，限于篇幅，这里就不多述了。

SR-IOV系统结构图