本文主要為大家簡要介紹VMware、Redhat、Citrix、Microsoft主要虛擬化廠商使用的4種主要的虛擬化IO模型(emulation、para-virtualization、pass-through、SR-IOV)。
本文主要為大家穿針引線，信息量比較大，組織排版有限，看官們將就點看著。
網絡I/O不但是物理服務器最容易出現的瓶頸，也是現在虛擬化技術最大的硬傷。隨著硬件虛擬化對網絡I/O的支持，虛擬化的網絡I/O模型也不斷的進化，虛擬化的I/O性能也不斷提升。
今天給大家分享VMware、Redhat、Citrix、Microsoft主流虛擬化解決方案采用的4種主流網絡I/O模型，主要包括模型原理、模型優點、模型缺點、模型對虛擬化遷移的支持。
這4個主流網絡I/O模型分別是：
1、Emulation
原理：仿真(emulation)是一個完全通過軟件程序來模擬硬件的技術。早期虛擬化都才采用這種方案來虛擬網絡設備。常見仿真軟件有QEMU、VMware WorkStation、VirtualBox。Emulation網絡模型圖如下：
不同虛擬化廠商的虛擬網卡產品都不盡相同。
VMware Emulation類型網卡有：E1000(仿真intel 82545M千兆網卡)、Flexible、Vlance(仿真AMC 79C970 PCnet32 LANCE 10M網卡)、VMXNET(VMXNET一共有3個版本，分別是VMXNET、VMXNET2、VMXNET3;暫時沒有找到VMware的明確資料對這三個版本進行分類。個人暫把VMXNET定為emulation、VMXNET2和VMXNET3定義為para-virtualization類型。VMXNET3也支持部分SR-IOV功能)。
Redhat的KVM和Citrix的XEN這類型網卡都是采用QEMU實現，在KVM和XEN上面可用的emulation網卡有：RTL8139(仿真RealTek Link 8139 100M網卡)、E1000(仿真intel 82545M千兆網卡)。
Microsoft Hyper-V Emulation類型網卡有：Intel/DEC 21140 100M網卡
優點：軟件模擬不需要硬件支持，通過CPU計算來模擬，跟宿主機物理網卡隔離，沒有平臺要求。
虛擬機操作系統不需要修改，模擬的都是常見網卡(比如：Intel E1000、RTL8139等)，主流操作系統都已經自帶這些驅動，因此默認情況下虛擬機不需要再安裝驅動。
缺點：CPU資源消耗大，尤其當虛擬機數量多的時候。網卡性能一般，由于是軟件模擬，只能模擬常見的、功能比較簡單的網卡。
虛擬機遷移支持：
剝離了硬件要求，使用這類型可遷移性強。由于XEN和KVM都是使用qemu仿真，所以這類型虛擬機在XEN和KVM之間混合遷移實現難度也不大。
2、para-virtualization
原理：Para-virtualization又稱半虛擬化，最早由Citrix的Xen提出使用。在半虛擬化模型中，物理硬件資源統一由Hypervisor管理，由Hypervisor提供資源調用接口。虛擬子機通過特定的調用接口與Hypervisor通信，然后完整I/O資源控制操作。Para-virtualization模型圖如下：
Para-virtualization又稱半虛擬化，最開始由XEN提出的，XEN本身就是從虛擬化起家的。Para-virtualization模型下，虛擬子機的網卡驅動只能有Hypervisor廠商來開發，Redhat、VMware、Citrix、Microsoft這幾大虛擬廠商都有各自的para-virtualization驅動。比如Redhat的KVM就叫virtio，VMware的有VMXNET2、VMXNET 3，Citrix的XEN叫xen-pv，Mircrosoft暫時沒有找到(歡迎朋友們補充)。
優點：個人認為是一種改進版的emulation模型，但是由于子機和Hypervisor之間通信，性能比emulation要很多。
缺點：需要修改虛擬子機操作系統內核，添加不同Hypervisor廠商的網絡驅動。比如Linux(Redhat和Novell)就在發行版里面添加了Mircosoft的para-virtualizaiton網絡驅動，同樣Microsoft也在自己發行版里面添加對KVM的virtio和xen-pv驅動支持。
虛擬機遷移支持：雖然不同虛擬化廠商的para-virtualization方案都不相同，由于主流操作系統都同時提供對這些方案的支持;所以這類型虛擬子機可遷移性也比較容易實現。
3、pass-through
原理：Hypervisor將一個PCI設備(可以是網卡、USB、光驅)直接分配給指定虛擬子機單獨訪問。為了安全和穩定性考慮，pass-through使用通常結合intel VT-D(AMD也有類似技術)來使用，通過iommu保證虛擬子機之間內存訪問不沖突。這種技術在VMware上叫VMDirectPath I/O，其他方案中沒有找到相關專門名詞。
優點：性能好。單獨PCI設備分配給虛擬子機，虛擬子機直接跟物理設備通信。
缺點：設備只能被一個虛擬子機使用，配置也比較復雜，首先需要在hypervisor將指定設備通過PCI id方式分配給指定虛擬子機，然后虛擬子機識別到設備再安裝驅動來使用。
遷移性：遷移性方面待研究，有興趣的朋友可以補充完善。
4、SR-IOV
背景：pass-through模型讓虛擬子機直接使用物理設備，這樣使得虛擬子機的網絡性能達到最優。SR-IOV主要用來解決pass-through只能被一臺虛擬子機訪問的問題。SR-IOV標準由PCI-SIG，這個標準實現需要CPU、芯片組和PCI設備(主要是網卡等I/O資源)協同在硬件層面實現，SR-IOV被很多人認為是解決了虛擬化最后一公里的問題。模型圖如下：
原理：SR-IOV需要網卡硬件支持，支持SR-IOV功能的網卡可以在Hypervior里面注冊成多個網卡(每個網卡都獨立的中斷ID、收發隊列、QOS管理機制)。每個設備可以通過pass-through方式分配給虛擬子機。
產品：常見就是基于intel 82599和82598芯片組的10Gb網卡。VMware、Redhat、Citrix和Microsoft都已經或者正在Hypervisor里面添加這個功能的支持。下面是一篇基于KVM的SR-IOV性能測試報告。(http://www.principledtechnologies.com/clients/reports/Red%20Hat/RHEL6_SR-IOV_DB0111.pdf)，不同廠商虛擬化方案都不盡相同，有興趣可以在google里面搜索到更多資料。
優點：優點不用說，X86虛擬化最新的IO虛擬化模型;虛擬機不但性能好，而且結合硬件功能，為虛擬機IO管理提出了一個新方案。
缺點：待定
遷移性：SR-IOV同時需要硬件和軟件兩個層面支持，虛擬子機在相同網卡主機之間遷移時理論上不會有問題。具體還要看虛擬化廠商實現。
京公網安備 11010502049343號