高效混合输入输出虚拟化

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半虚拟化与单根输入输出虚拟化(Single-Root I/O Virtualization,SR-IOV)是目前主流的I/O虚拟化方式。SR-IOV支持对设备的原生共享,具有很好的I/O性能,但其受硬件限制仅能支持有限数目的虚拟机;另一方面,SR-IOV中虚拟机通过虚拟功能(Virtual Function,VF)访问硬件,所有VF平分带宽,当VF数目增加时,单个VF获得的资源将无法满足I/O密集型虚拟机的性能需求。最后,尽管半虚拟化无硬件限制,但软件模拟开销导致其性能远逊于原生环境。  针对SR-IOV存在的可扩展性不足与单个VF性能不足的问题,提出了一种结合半虚拟化可扩展性和SR-IOV高性能优势的高效混合I/O虚拟化方法PSCM(paravirtual and SR-IOV combined method)。PSCM给每个虚拟机分配半虚拟化网络I/O资源;除根据用户需求静态给虚拟机分配VF外,PSCM还根据虚拟机的运行信息和网络I/O信息来实时判断虚拟机的负载类型,将VF分配给网络I/O密集型虚拟机。当虚拟机网络I/O负载降低时,PSCM回收其VF并将其分配给I/O负载重的虚拟机。PSCM使用半虚拟化方式加强了规模可扩展性,通过限制VF数目提升了单个VF性能,同时通过动态分配VF给I/O密集型虚拟机提高了系统性能与资源利用率。  测试结果表明PSCM能提供灵活高效的I/O资源分配,同时在保证性能损失小于2%的情况下保留半虚拟化的扩展性和SR-IOV高性能优势。当服务器上运行63个虚拟机时, PSCM中虚拟机的聚合带宽达到9329.78Mbps,大于半虚拟化的5799.92Mbps,略小于SR-IOV方式的9452.03Mbps。当虚拟机数目为63时,PSCM能够保证8个虚拟机获得900Mbps的带宽;而SR-IOV中每个虚拟机的带宽仅为150Mbps。
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