[發明專利]多主機單根輸入/輸出虛擬化虛擬功能共享的方法及系統

在審

• 申請號: 201310295647.7
• 申請日: 2013-07-15
• 公開（公告）號: CN104142849A
• 公開（公告）日: 2014-11-12
• 發明（設計）人: 李肇棠;闕志克;涂政君
• 申請（專利權）人: 財團法人工業技術研究院
• 主分類號: G06F9/455
• 分類號: G06F9/455;G06F13/28
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 史新宏

技術領域

本公開涉及一種多主機(Multi-Hosts)上單根輸入/輸出虛擬化(Single?Root?Input/Output?Virtualization，SR-IOV)虛擬功能(Virtual?Functions，VFs)共享的方法及系統。

背景技術

虛擬化涉及一種在一或多個裝置或系統上執行多個虛擬機器（Virtual?Machines，VM）的方式。當使用虛擬化時，通過多個虛擬機器之間的共享，在裝置上額外的處理功率和/或存儲器可以更有效地被使用。通常，這些系統中是以允許在VM上執行的程序無需知道此VM正與其他VMs共享資源的方式來建構。除了有此互用性(interoperability)，VMs也考慮安全性(security)問題。通常，當VM在單獨的實體機器(physical?machine)上執行且被發現安全性問題時，I/O虛擬化的解決方案是提供同樣的隔離(isolation)等級。隔離涉及存儲器空間、輸入/輸出（I/O）串流、中斷(interrupt)、以及能力(ability)的分離，以隔離控制操作(control?operations)、I/O操作、以及一些錯誤。

目前有很多可用的計算機I/O互連標準(interconnect?standard)。舉例來說，其中一I/O互連標準是外圍組件互連（Peripheral?Component?Interconnect，PCI）標準。PCI允許總線扮演如同橋接器(bridge)的角色，它可以將本地處理器總線(local?processor?bus)從外圍組件隔離，而使得此計算機的中央處理單元（Central?Processing?Unit，CPU）的執行速度更快。PCI的后繼者，稱為快速的PCI(PCI?Express)或PCIe，提供了下一代系統更高的性能、更強的靈活性(flexibility)、和延展性(scalability)，同時保有與現有的PCI應用程序軟件的相容性(compatibility)。相較于傳統的PCI，PCI?Express協議更復雜，具有三層，即交易處理層(transaction?layer)，數據鏈路層(data?link?layer)和物理層(physical?layer)。

在PCI?Express系統中，根聯合體裝置(root?complex?device)連接處理器和存儲器子系統至具有一或多個交換裝置的PCIe交換器背板(switch?fabric)。在PCI?Express中，使用一種點對點結構(point-to-point?architecture)。類似于PCI系統中的主機橋接器(host?bridge)，此根聯合體因為此處理器，而產生交易要求，而此處理器是經由本地的I/O互連而互相連接。此根聯合體功能可使用離散的裝置(discrete?device)來實現，或是被集成在此處理器中。根聯合體可包含一個以上的PCI?Express端口(port)，并且多個交換裝置可以連接至此根聯合體的端口或是被串接。圖1是一種標準的PCIe裝置100的一范例示意圖，PCIe裝置100具有例如三個不同的功能(每一功能分別具有自己的實體資源)，以及內部路由(internal?routing)103、配置資源(configuration?resource)105和PCIe端口107。由所有功能共享的PCIe功能性是由功能0管理的。PCIe裝置一般可支持多達8個功能。

單根輸入/輸出虛擬化（SR-IOV）標準將共享PCIe裝置標準化，并且其前提為仍需滿足虛擬化目標。SR-IOV提供了一種機制，單根功能（SR?function，例如單一以太網端口）經由此機制可呈現為多個獨立的實體裝置。以這種方式，一個引導至PCIe裝置的端口可以在多個VMs間被共享，從而無需任一VM知道其他VMs的存在，而有效地在多個VMs間共享此PCIe裝置。具有SR-IOV功能的裝置（例如PCIe端點）可以被配置為如同出現在PCI配置空間中的多個功能，每一功能有各自的配置空間，并且其配置空間由多個基底地址寄存器（Base?Address?Register，BAR）來完成。虛擬機器管理器（VM?Manager，VMM）通過將多個虛擬功能的實際配置空間映射至由VMM提供的VM的配置空間，來分配一或多個虛擬功能給一VM。