[发明专利]计算机虚拟化系统的PCI设备INTx中断投递方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机虚拟化技术中设备中断投递机制和管理方法，具体涉及一种计算机虚拟化系统的PCI设备INTx中断投递方法。

背景技术

虚拟化技术已经在计算机领域获得了广泛应用，目前的虚拟化技术可以分为两大类，一类是对单物理机器上的冗余资源通过分区或复用等方式建立多个虚拟机环境，另一类是将多个物理机资源进行整合以建立能力更为强大的统一计算机环境。本发明所述技术内容以及涉及的“虚拟化技术”等名词一般是面向单一物理计算机系统上的虚拟化。

虚拟化技术给计算机系统引入了一个新的软件层次(也称为特权级或运行态)，传统的计算机系统软件一般由操作系统和用户软件组成，虚拟化的计算机中在操作系统下加入了虚拟机监控器(Virtual Machine Monitor,VMM)层，完成对资源隔离管理等工作。从计算机资源组成的角度出发，虚拟化技术构成可以分为三个方面：CPU资源虚拟化、内存资源虚拟化、IO(Input-Output)资源虚拟化。三种技术就是将对应的资源在VMM的管理下以某种隔离方式分配到不同的虚拟机(Virtual Machine,VM)环境中，使虚拟机中的系统软件认为它们拥有自己的相应私有资源。经过多年发展，虚拟化技术已经渗透到软硬件多个领域，在硬件技术上以Intel的VT、Oracle的sun4v、IBM PowerVM为代表，软件上有VMware ESX server、XEN、KVM、sun4v hypervisor等许多软件栈支持。

虚拟化技术实现方面，CPU和内存资源的虚拟化相对简单。对于CPU，VMM可以进行时间片分割或在CPU数量足够时将CPU直接分配到各虚拟机；对于内存，VMM可以使用分页、分段等内存映射技术隔离分配给虚拟机使用。IO资源的虚拟化有其相对特殊性。首先，IO设备数量一般有限，不易做到分时或分段由虚拟机共享使用。第二，IO设备对系统来说是不确定的，因为允许总线上热拔插事件和故障隐退。第三，标准PCI总线上设备的管理具有较强关联性，必须一次扫描完成其上所有设备的初始化，VMM难以将不同的设备直接分配到各虚拟机，更难以对设备进行分时分配。第四，IO设备种类繁多，驱动程序的可靠性差，一般交由虚拟机操作系统直接驱动。基于上述原因，VMM多采用模拟共享的方式或前后端服务方式实现IO虚拟化。也就是说，VMM以PCI总线域(或者HOST主桥)的粒度将IO设备分配到某个虚拟机，由该虚拟机对主桥下总线上挂接的各种设备进行驱动管理，再提供服务给其它虚拟机提供虚构的IO设备。计算机上PCI总线域数量有限，一般只有一个，通常的虚拟化技术是把所有IO设备交给一个特殊的虚拟机管理，这个虚拟机称为控制域或者Domain0，其它虚拟机通过虚拟信道(或模拟方式)使用控制域提供的服务完成自己的IO，这些虚拟机称为客户域或者DomainU。

参见图1所示的不同虚拟机对于磁盘设备的访问原理图可知，控制域可以对文件系统(FS)进行直接读写并访问本地磁盘驱动程序。客户域中没有真实的IO设备，但是拥有虚拟磁盘，这是虚拟磁盘客户端驱动程序vdc提供的。客户域的文件系统操作命令被vdc转换为通信协议通过域间信道LDC发送到控制域的服务程序vds，vds访问本地文件系统或磁盘驱动完成访问请求后，再将返回结果转换为协议通过域间信道发送给客户域的vdc驱动，客户域的读写请求最终完成。从图1可以看出，虚拟IO服务对设备管理的方式较为简单，设备空间访问、DMA管理、以及中断管理等都可以充分利用传统操作系统的能力完成，不需要额外的机制和代码。然而这种虚拟IO的方式不但增加IO请求的处理路径，显著降低IO性能，而且会将控制域变为IO瓶颈。

为解决上述问题，人们提出了虚拟机直接IO思想，也就是将设备地址空间访问、DMA管理和中断管理的权限都开放给客户域，由客户域独占并直接操作设备。