10G以太网：不只是一个更大的管道(4)

　　[导读]通过多队列技术，10G以太网的速度可以达到9Gbit/s，我们拿它和用4个千兆网卡端口链路集合进行对比，从性能和经济角度来看，四端口链路聚合（IEEE 802.3ad）被认为是"最佳点"，但10G以太网比四端口链路集合解决方案消耗的CPU周期更少，并且速度也将近其2倍（9.5Gbit/s对比3.8Gbit/s），延迟也更小。

　　英特尔使用VT-d，AMD使用新的IOMMU技术解决了这个问题，I/O集线器将虚拟或客户机OS假物理地址(紫色)转换成真实的物理地址(蓝色)。新的IOMMU通过给不同的设备分配不同的物理内存子集，实现了不同I/O设备相互隔离。

　　虚拟服务器很少使用这项功能，因为它使虚拟机迁移变成不可能完成的任务，相反，它们是从底层硬件解耦虚拟机，直接将VM分配给底层硬件，因此AMD IOMMU和英特尔VT-d技术单独使用没有多大用处，这仅仅是I/O虚拟化难题的1/3。

　　第二步：多队列

　　接下来是使网卡变得更强大，而不是让Hypervisor对所有接收到的数据包进行排序，然后再发送给正确的VM，网卡变成一个完整的硬件开关，将所有数据包排序后放入多个队列，每个VM一个。

图 6 虚拟机多队列传输

　　更少的中断和CPU负载。如果让Hypervisor处理数据包交换，这意味着CPU 0要被中断，检查接收到的数据包，并确定目标VM，目标VM和相关的CPU立即中断，使用网卡中的硬件开关，数据包被立即发送到正确的队列，相关CPU立即中断，并开始接收数据包。

　　更短的延迟。单个队列负责接收和转发多个VM的数据包会受不了，因此可能会出现丢包，让每个VM拥有自己的队列，吞吐量更高，延迟更低。

　　虽然虚拟机设备队列(Virtual Machine Devices Queues)解决了许多问题，但仍然还有一些CPU开销存在，每次CPU中断时，Hypervisor必须从Hypervisor空间将数据复制到VM内存空间。

　　最后的难题：SR-IOV

　　最后一步是给你多个队列设备中的每个队列添加一些缓冲区和Rx/Tx描述符，单块网卡可以伪装成数十个"小"网卡，这也是PCI SIG做的工作，它们称每个小网卡为一个虚函数(virtual functions，VF)，根据PCI SIG SR-IOV规范，每块网卡最大可以提供256个虚函数(注意：SR-IOV规范不限于网卡，其它I/O设备也可以有SR-IOV功能)。

图 7 具有SR-IOV功能的网卡可以创建多个虚函数