SR-IOV

SSR-IOV是Single Root I/O Virtualization的缩写。

在虚拟机中，一切皆虚拟。比如网卡，虚拟机看来好像有一个真实网卡，但是这个网卡是宿主机虚拟出来的硬件，也就是一堆软件代码而已，没有真实硬件。

虚拟虽然万能，但是很显然，这一堆代码是需要CPU去执行的！所以，虚拟设备的性能会随着宿主机的性能而改变，另外宿主机由于需要进行数据处理，时延等也产生了。

我们之前也提到过，VT-D这个功能可以将物理的PCI-e设备直接分配给虚拟机，让虚拟机直接控制硬件，那么就可以避开上述的问题。但是，虚拟机会独占这个直通的PCI-e设备，一台宿主机可能有成百上千个虚拟机，如果每个虚拟机都给直通一个PCI-e设备，比如网卡，那么该造什么样的主机？拥有100个物理网卡的主机？想象一下也是不太可能。

为了解决这个问题，Intel提出来SR-IOV这个东西。SR-IOV最初应用在网卡上。简单的说，就是一个物理网卡可以虚拟出来多个轻量化的PCI-e物理设备，从而可以分配给虚拟机使用。大概的框图如下：

SR-IOV是虚拟化的一个重要功能。启用SR-IOV的这个功能，将大大减轻宿主机的CPU负荷，提高网络性能，降低网络时延等。

---

废话少说，下面说一下我们怎么使用SR-IOV，以及SR-IOV的性能如何？

各种主流虚拟宿主机都支持SR-IOV。下面我们用VMware的ESXi平台来讲解。

SR-IOV需要软硬都支持才行。这次我们使用的硬件如下：

• SuperMICRO X9DRL-iF主版
• XEON E5 2687W 双CPU
• DDR3 ECC REG 128GB 内存
• Intel X540-T2双口万兆网卡
• 存储若干

首先需要在BIOS打开VT-D及SRIOV支持选项，这个不细说。接下来配置ESXi。

进入ESXi硬件配置页面，找到我们需要进行配置的SR-IOV网卡。

两个网口，我们配置第一个网口为SR-IOV口。

设置虚拟VF为8个。这个网卡每个网口最大支持64个VF。

保存配置之后，重新启动ESXi，就可以看到硬件上出现了8个虚拟网卡设备。这样子我们就完成了ESXi的SR-IOV配置。

小TIPS：初次玩这些东西时，最好选用可靠的服务器平台，这些服务器平台都是经过测试支持SR-IOV的。不要选用民用主板，要不然硬件这一部分你都搞不定，可能就放弃了。

---

接下来，SR-IOV的性能如何呢？我们对比一下看看。

测试时使用的网络拓扑如下：

两台主机，FreeBSD 12.0和ESXi的10G网口0直连。新建一台虚拟机，Port0中的SR-IOV VF0分配给VM使用。另外，PF设置连接虚拟交换机，然后再给VM分配一个虚拟网卡，连接这个虚拟交换机。

我们将流量跑不同的路径，就可以对比出来两者的性能差异。

下图是Windows8.1虚拟机中的网卡配置，Ethernet1是vmxnet3虚拟网卡，pciPassthru0是SR-IOV的网卡。

下面是虚拟机中的网卡界面。

测试工具使用iperf3。我们在FreeBSD中启动服务端。

虚拟机中，我们先把虚拟机中SR-IOV的VF网卡禁用，先测试虚拟网卡。

2.21Gbit/sec，哦？好像成绩不怎么好？

接下来禁用虚拟网卡，启用VF网卡。看一下VF的网卡的表现：

3.21Gbits/sec

第一轮VF网卡就已经胜出！3.21Gbits VS 2.21Gbits。另外我们也可以看出，虚拟网卡的流量不怎么稳定，最快3.05G， 最慢1.96G/sec。而VF网卡的性能就很稳定了。

不过怎么10G网卡才只有这么点性能？一般来说，单线程流量是喂不饱10G网络的。我们接下来用5个线程来看看。iperf可以通过参数-P 5打开5个线程。

先看虚拟网卡的情况：

不错！变成了8.68Gbits/sec！VF网卡呢？

9.57Gbits/sec！快达到10G网卡的上限了！

当然，10G网络相比较对于1G网络来说，调优非常关键。我们这次限于篇幅这次只用缺省的参数进行测试，不能算是一次严谨的对比。

但是抛开CPU占用等情况，VF网卡已经比虚拟网卡在速度上胜出了。