PCIeMR-IOV技术简要导读

2023-10-20 理论教育版权反馈

【摘要】：MR-IOV技术的主要功能是将处理器系统的PCI总线域划分为多个虚拟PCI总线域，从而多个处理器系统可以共享同一个物理PCI总线域。MR-IOV技术引入了几个新的概念，MRA RP、MRA Devices和MRA Switch。MRA Devices与SR-IOV设备相比略有不同，MRA Devices略微更改了数据链路层。MR-IOV技术的实现细节较为复杂，本节对此不做深入介绍。通过以上描述，可以发现使用MR-IOV技术，通过为虚拟机提供独立的PCI总线域，较好地解决了虚拟机对外部设备的隔离访问。但是目前尚无支持MR-IOV技术的RP和Switch。

MR-IOV技术的主要功能是将处理器系统的PCI总线域划分为多个虚拟PCI总线域，从而多个处理器系统可以共享同一个物理PCI总线域。MR-IOV技术引入了几个新的概念，MRA RP、MRA Devices和MRA Switch。其中MRA Switch的结构如图13-14所示。

MRA Switch与传统的Switch相比，其结构有较大不同。

●MRA Switch由0个或者多个上游端口组成，如图13-14所示MRA Switch可以与多个RP连接，这个RP可以是MRA RP也可以是传统的RP。在某些应用中，MRA Switch可以作为中间节点与其他MRA RP相连，此时该MRA Switch不需要上游端口。

●MRA Switch由0个或者多个下游端口组成，MRA Switch可以与多个MRA设备连接，也可以连接SR-IOV设备和传统的PCIe设备。MRA Switch可以作为中间节点与其他MRA Switch相连，此时该MRA Switch可以不需要下游端口。

图13-14 MRA Switch的结构

●使用MRA Switch可以组成多个虚拟PCI总线域VHs（Virtual Hierarchies）。如图13-14所示，MRA Switch由3套P2P桥组成，每一套P2P可以组成1个PCI总线域，这3个PCI总线域的地址空间独立。

●MRA Switch可支持若干个双向端口，与其他MRA Switch和MRA RP相连。处理器系统之间可以使用这些双向端口组成复杂的服务器系统。

MRA Switch的设计与实现较为复杂，而且该类芯片的应用范围较为有限，目前仅可能应用在支持虚拟化技术的高端服务器上。更为重要的是，Intel并没有制作Switch芯片的传统，因此在短时间之内MRA Switch仅可能出现在MR-IOV规范中，而很难有实际的芯片。Intel目前还没有支持MRA RP的Chipse t，但是可以预计MRA RP一定出现在MRA Switch之前，因而目前应该关注MRA RP与MRA Devices的连接拓扑结构。

MRA Devices与SR-IOV设备相比略有不同，MRA Devices略微更改了数据链路层。此外MRA Devices还重新定义了SR-IOV设备的PF和VF，使得这些PF或者VF可以分属于不同的PCI总线域。

MRA Devices可以与MRA RP或者MRA Switch联合使用，从而组成独立的PCI总线域。这些独立的PCI总线域可以与多个独立的虚拟机组成多个虚拟处理器系统。在这种结构下，不同的存储器域可以使用独立的PCI总线域，以最大限度地实现虚拟机对外部设备的隔离访问。MRA Device的组成结构如图13-15所示。

在MRA Device中含有1个新的子设备BF（Base Function），该设备存放管理MRA De-vices的MR-IOV的Capability结构，该结构用来管理在MRA Device的PCI总线域。除此之外，在该结构中还可以存放与设备相关的寄存器，如网卡使用的MAC地址。BF使用“BF0：f”进行描述，其中“0”表示BF使用的VH号，而“f”表示BF使用的Function号，其值在0～255之间。值得注意的是BF使用的VH号只能为0。

(www.chuimin.cn)

图13-15 MRA Device的结构

在MRA Device中，如果含有多个PF设备，这种MRA Device也被称为SR-IOV/MRA Devices。这些PF设备使用“PF h：f”进行编码，其中“h”表示PF使用的VH号，而“f”表示PF使用的Function号，其值在0～255之间。

而与SR-IOV类似，在MRA Device中还存在多组VF，其中每一组VF与一个PF对应，并使用“VF h：f，s”描述，其中“h”表示VF使用的VH号，而“f”表示PF使用的Function号，“s”表示VF号。

由以上描述可见，在MRA Device中，PF和VF可以分别属于不同的虚拟PCI总线域VH，并与MRA RP或者MRA Switch连接，形成一个完整的PCI总线域。为简便起见，本节仅介绍MRA RP与SR-IOV设备、SR-IOV/MRA Devices和MRA Devices的连接关系，如图13-16所示。

图13-16 MRA RP与MRA Device的连接

该图所示的MRA RC支持三个虚拟PCI总线域，分别为VHA、VHB和VHC，并包含三个MRA RP，其中RP1与SR-IOV Device X、RP2与SR-IOV/MRA Device Y、RP3与MRA De-vice Z连接。

Device X仅含有一个PCI总线域，因此只能指派给一个虚拟PCI总线域，假设该设备使用VHA；Device Y中含有2个PCI总线域，假设该设备的VH1与VHB对应，而VH0与VHA对应；Device Z中含有3个PCI总线域，假设该设备的VH2与VHC对应，VH1与VHB对应，而VH0与VHA对应。

由此可知，在当前处理器系统中，虚拟PCI总线域VHA中包含Device X中的全部子设备、Device Y中的“PF0：1”、“VF 0：1，1”和“VF 0：1，2”和Device Z中的“F0：0”；虚拟PCI总线域VHB中包含Device Y的“PF1：0”和Device Z中的“F1：0”；而虚拟PCI总线域VHC中包含Device Z中的“F2：0”。

假设在处理器系统中含有3个虚拟机，这3个虚拟机可以分别使用VHA、B和C这3个不同的虚拟PCI总线域，从而实现对PCI设备的隔离访问。MR-IOV技术的实现细节较为复杂，本节对此不做深入介绍。

通过以上描述，可以发现使用MR-IOV技术，通过为虚拟机提供独立的PCI总线域，较好地解决了虚拟机对外部设备的隔离访问。而且处理器系统还可以使用MRA Switch组成更为复杂的网络拓扑结构，从而便于实现基于多个SMP系统的虚拟机。但是目前尚无支持MR-IOV技术的RP和Switch。

PCIeMR-IOV技术简要导读

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