PCI Express获得虚拟化能力

PCI-SIG工作组正在开发一种为PCIe（PCI Express）增加I/O虚拟化能力的规范。I/O虚拟化可被用于改进系统的使用，并且简化网络的管理。

PCI Express总线是一种用于网络应用的高效率、高性价比平台。这种为突破老的并行计算机总线架构的性能、可伸缩性和配置局限而开发的通用串行I/O互连技术，在企业、桌面、移动、通信和嵌入式应用中得到广泛的采用。

然而，尽管得到广泛的部署，但人们普遍认为，这种总线不能满足高性能存储和网络的独特的I/O需要。新的扩展PCIe标准的工作将改变这种概念。PCI-SIG工作组正在开发一种为PCIe增加I/O虚拟化能力的规范。这种功能使网络管理员可以跨不同的CPU或CPU联合体（complexes）虚拟化或共享外设和端点。

基础PCIe拓扑结构具有映射到特定的根联合体的专用端点。在这种环境中，网络中的每个物理端点都与一个系统映像相关联，不能被共享。在新规范中，根联合体拓扑结构提供两级I/O虚拟化。在第一级上，即所谓的单一根I/O虚拟化（IOV），虚拟化能力由物理端点自身提供。端点支持一个或多个虚拟端点。所使用的机制使每一个虚拟端点可以直接接收来自不同系统映像的I/O和内存操作，并可以在没有运行时干预的条件下将直接内存访问、完成和中断操作提供给系统映像。

在叫做多根（multiroot）IOV的第二级上，虚拟化能力利用多根交换机和多根端点得到扩展。这些交换机和端点具有使多个根联合体和系统映像共享公共端点的机制。

I/O虚拟化具有很多好处。首先，它可被用于改进系统的使用。虽然每个虚拟系统需要自己的专用I/O资源，但在很多物理配置中，客户机或服务器上I/O插槽的数量不足以为每个虚拟系统提供自己的专用I/O端点。即使在具有足够数量的物理I/O端点时，这种拓扑结构使虚拟系统可以共享未得到充分利用的端点。

此外，使用集中管理的I/O资源可以在改进I/O可伸缩性的同时，简化网络的管理。刀片和机架服务器可以在需要时访问它们需要的资源。由于I/O可以从一台中央交换机管理，管理员可以更方便、高效地分配资源。

以集中方式实现I/O虚拟化还为网络管理员提供了实现网络I/O负载平衡和带宽管理最大化的新机会。例如，如果虚拟系统需要额外的带宽，网络管理员可以分配更多的物理端点容量。如果虚拟系统超出需要消耗更多的I/O资源，其消耗量可以被降低到预设的水平。

最后，I/O虚拟化将带来更高网络可靠性的好处。通过消除网络基础设施上的外设与端口的冗余性，以及减少网络中组件的数量，故障率将减少。由于网络管理员可以更好地将I/O资源与性能需要相匹配，并因此使用更少的网卡、线缆和端口，I/O虚拟化还将大大减少网络费用。

服务器和存储行业中的很多人一直将PCIe视为一种过渡技术。向PCIe添加I/O虚拟化能力将改变这种看法。通过这种新的跨多个CPU配置共享外设和端点的能力，与PCIe总线庞大的安装基础和支持生态环境的固有的好处相结合，PCIe会成为一种更有吸引力的选择。（美国《Network World》供本报专稿）