[发明专利]虚拟化环境中 PCI 设备的分离访问方法及其系统

说明书

技术领域

本发明涉及Xen虚拟机，特别涉及到Xen虚拟机的前后端驱动模型和独立驱动域(Isolation Driver Domain，简称IDD)中一种虚拟化环境中PCI(Peripheral Component Interconnect，外设器件互联)设备的分离访问方法及其系统。

背景技术

近年来，随着处理器速度的不断提升和网络带宽的持续增长，虚拟化技术得到了广泛的重视。在数据中心中，虚拟化技术得到了广泛的应用。Xen是由剑桥大学计算机实验室系统研究组开发的虚拟机监视器，以其高效性和灵活性而著称。其作为一个高性能的开源的虚拟机软件，也引起了业界极大的关注，其良好的性能表现，比物理机仅低3％～5％的性能，也赢得了市场的一片好评。但是，Xen还有可以改进的地方。在本实施项目的过程中发现，特权域(Domain0，简称Dom0)因为要管理所有非特权域(DomainU，简称DomU)的请求而负担很重，这样势必会对DomU的个数和整体性能造成一定的影响。因此，有必要提出一种本发明的技术方案，通过建立独立的网卡驱动域来降低Dom0的负担，以达到更好的网络IO性能的提升。

在Xen的IO负载问题上，有很多工作都对其进行了分析，如文献1“Padma Apparao，Srihari Makineni，Don Newell Characterization of network processing overheads in Xen Second International Workshop on Virtualization Technology in Distributed Computing(VTDC 2006)”中分析了Xen中网络过载的特点。文献2“杨亚军；熊星；孙毓忠，一种在虚拟化环境中I/O设备重构的方法及系统200810239739.2”中则提出了一种避免磁盘I/O过载优化磁盘I/O性能的方式和系统，其解决问题的思路和本发明提出的独立的网卡驱动域思路有相似之处，都是通过减轻Dom0的I/O负载来达到I/O性能的提升。而其关注的部分和本发明不同，文献2中关注的是磁盘访问的I/O性能，而本发明关注的则是网络的I/O性能的提升。

在Xen中存在两种虚拟化的方式，分别为全虚拟化和半虚拟化，无论在那种虚拟化方式下，都存在网络I/O性能的问题，文献3“ZHANG Jian，LI Xiaoyong，GUAN Haibing The Optimization of Xen Network Virtualization 2008International Conference on Computer Science and Software Engineering”提出了在Xen中利用软件模拟硬件方式下的全虚拟化环境中解决网络I/O性能问题的方法，这种方式只适合全虚拟化，而本发明提出的环境是在半虚拟化环境下的。因此该方法不适合半虚拟化环境，而就全虚拟化和半虚拟化而言即使不做优化，在原始的Xen环境中半虚拟化的性能要远高于全虚拟化，这与其采用分离的设备驱动模型有很大的关系。半虚拟化中Dom0可以访问所有的硬件设备，而其他的DomU通过将读写请求转发给Dom0来进行I/O操作。在包含大量虚拟机或者需要高效I/O的虚拟机时，Dom0将会成为系统的瓶颈，因为所有的虚拟设备后端驱动都存在于Dom0中，同时还需要负责创建、管理和关闭其他的DomU，在多个DomU需要同时访问真实的硬件设备时，Dom0自然就成为了系统的瓶颈。Xen可以通过创建驱动域来减轻大量后端的负担。文献4“Hongyong Zang，Kuiyan Gu Yaqiong Li，Yuzhong Sun，Dan Meng A Highly Efficient Inter-Domain Communication Channel IEEE Ninth International Conference on Computer and Information Technology”中同样意识到了这个问题，在文献4中，它抽取了同一台物理上的DomU之间的网络I/O请求，使得DomU之间的网络通信不再经过Dom0转发而是通过建立通道的方式来完成通信，这样能提高DomU之间的网络性能，同时也减轻了Dom0的I/O负载，但是这种方式只适用于同一台物理机上的不同DomU之间的通讯，不能解决因DomU与外部通信而造成的网络负载过高影响I/O性能和Dom0可靠性的问题。而本发明提出的方式则能很好的解决这一问题。