SR-IOV是什么

最新推荐文章于 2025-05-28 10:20:56 发布

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原文链接：https://zhuanlan.zhihu.com/p/91197211

SR-IOV（Single Root I/O Virtualization）是一种硬件虚拟化技术，允许物理网卡等PCIe设备被虚拟化成多个独立的虚拟功能（VF），分配给虚拟机使用，从而提高性能并降低CPU开销。每个VF作为轻量级的PCIe设备，拥有自己的配置空间，直接与硬件交互，实现接近本机I/O性能的效果。这种技术尤其适用于高密度虚拟化环境，解决了传统虚拟设备因软件模拟带来的性能瓶颈问题。

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SR-IOV是什么？性能能好到什么程度？ - 知乎SR-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…https://zhuanlan.zhihu.com/p/91197211

SR-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：

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SR-IOV 技术是一种基于硬件的虚拟化解决方案，可提高性能和可伸缩性。SR-IOV 标准允许在虚拟机之间高效共享 PCIe（Peripheral Component Interconnect Express，快速外设组件互连）设备，并且它是在硬件中实现的，可以获得能够与本机性能媲美的 I/O 性能。SR-IOV 规范定义了新的标准，根据该标准，创建的新设备可允许将虚拟机直接连接到 I/O 设备。

单个 I/O 资源可由许多虚拟机共享。共享的设备将提供专用的资源，并且还使用共享的通用资源。这样，每个虚拟机都可访问唯一的资源。因此，启用了 SR-IOV 并且具有适当的硬件和 OS 支持的 PCIe 设备（例如以太网端口）可以显示为多个单独的物理设备，每个都具有自己的 PCIe 配置空间。

SR-IOV 中的两种新功能类型是：

物理功能 (Physical Function, PF)

用于支持 SR-IOV 功能的 PCI 功能，如 SR-IOV 规范中定义。PF 包含 SR-IOV 功能结构，用于管理 SR-IOV 功能。PF 是全功能的 PCIe 功能，可以像其他任何 PCIe 设备一样进行发现、管理和处理。PF 拥有完全配置资源，可以用于配置或控制 PCIe 设备。

虚拟功能 (Virtual Function, VF)

与物理功能关联的一种功能。VF 是一种轻量级 PCIe 功能，可以与物理功能以及与同一物理功能关联的其他 VF 共享一个或多个物理资源。VF 仅允许拥有用于其自身行为的配置资源。

每个 SR-IOV 设备都可有一个物理功能 (Physical Function, PF)，并且每个 PF 最多可有 64,000 个与其关联的虚拟功能 (Virtual Function, VF)。PF 可以通过寄存器创建 VF，这些寄存器设计有专用于此目的的属性。

一旦在 PF 中启用了 SR-IOV，就可以通过 PF 的总线、设备和功能编号（路由 ID）访问各个 VF 的 PCI 配置空间。每个 VF 都具有一个 PCI 内存空间，用于映射其寄存器集。VF 设备驱动程序对寄存器集进行操作以启用其功能，并且显示为实际存在的 PCI 设备。创建 VF 后，可以直接将其指定给 IO 来宾域或各个应用程序（如裸机平台上的 Oracle Solaris Zones）。此功能使得虚拟功能可以共享物理设备，并在没有 CPU 和虚拟机管理程序软件开销的情况下执行 I/O。