如何利用优化技术降低虚拟服务器成本

作者：Jerry 2011-07-11 09:39:22

云计算

虚拟化现在服务器虚拟化的部署在数据中心几乎已经普及，如何充分利用数据中心资源来提高效率并降低成本就成了人们关心的问题。随着服务器处理能力越来越强大，存储和网络带宽的显著提升，服务器的I / O优化技术也越来越受到重视。

　　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。