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掌握I/O虚拟化 优化数据中心运营

来源:机房360 作者:杨文 更新时间:2010-7-26 17:50:43

摘要:同服务器虚拟化一样,I/O虚拟化增加了一层抽象层来简化和优化数据中心运营。就I/O虚拟化而言,访问接口卡的服务器与实际的网卡(NIC)之间存在一个抽象层。I/O虚拟化的目标是能够跨多台服务器共享这些接口卡。

  虚拟化技术---I/O虚拟化
  
  VMM通过I/O虚拟化来复用有限的外设资源,其通过截获Guest OS对I/O设备的访问请求,然后通过软件模拟真实的硬件。
  
  软件通过I/O设备的一堆的状态寄存器、控制寄存器、中断(有些设备有内部存储)与其交互。
  
  目前I/O设备的虚拟化方式主要有三种:
  
  1.设备接口完全模拟
  
  即软件精确模拟与物理设备完全一样的接口,Guest OS驱动无须修改就能驱动这个虚拟设备。
  
  优点:没有额外的硬件开销,可重用现有驱动程序
  
  缺点:为完成一次操作要涉及到多个寄存器的操作,使得VMM要截获每个寄存器访问并进行相应的模拟,这就导致多次上下文切换;由于是软件模拟,性能较低。
  
  2.前端/后端模拟
  
  VMM提供一个简化的驱动程序(后端,Back-End)
  
  Guest OS中的驱动程序为前端(Front-End,FE)
  
  前端驱动将来自其他模块的请求通过与GuestOS间的特殊通信机制直接发送给Guest OS的后端驱动,后端驱动在处理完请求后再发回通知给前端。
  
  Xen即采用该方法。
  
  优点:基于事务的通信机制,能在很大程度上减少上下文切换开销;没有额外的硬件开销
  
  缺点:需要VMM实现前端驱动;后端驱动容易成为瓶颈
  
  3.直接划分
  
  即直接将物理设备分配给某个Guest OS,由Guest OS直接访问I/O设备(不经VMM)
  
  目前与此相关的技术有IOMMU(Intel VT-d,PCI-SIG之SR-IOV等)
  
  优点:重用已有驱动;直接访问减少了虚拟化开销;
  
  缺点:需要购买较多额外硬件。
  
  这项技术依赖于这样一个假设:大多数数据中心服务器不能在每时每刻完全利用网卡的最大能力。I/O虚拟化试图通过使更多的服务器访问每块网卡来更好地利用可用带宽。需要注意的是,I/O虚拟化并不向服务器提供带宽,它只是确保更多的可用带宽得到利用。

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