[发明专利]使能单根I/O设备多根共享的适配装置、系统及方法

说明书

本发明提供一种使能单根I/O设备多根共享的适配装置，包括：主机接口，用于耦合实体单根I/O设备到一个主控制根节点PCIe域，将实体单根I/O设备逻辑虚拟化为多个虚拟I/O功能镜像；动态重映射模块，用于建立和维护虚拟I/O功能镜像和实体单根I/O设备间的映射关系；根据所述映射关系，将下行事务包和上行事务包进行重定向；以及I/O接口。本发明还提供了相应的使能单根I/O设备多根共享系统和适配方法。本发明能够使能单根I/O设备被多个根节点共享；对现有的根节点和单根I/O设备是透明的，兼容性好，易于推广；支持虚拟PCIe设备热插拔，便于在I/O设备共享系统中按需分配和回收I/O资源。

技术领域

本发明涉及I/O虚拟化技术，具体地说，本发明涉及一种单根I/O设备多根共享的方法和系统。

背景技术

在传统数据中心或云计算中心中，每个刀片服务器都拥有独立的I/O设备，如网卡、HBA适配器等。然而计算设备与I/O设备的紧密耦合，使得两类设备的扩展同时受到服务器空间的限制。另一方面，当前的网络设备带宽在快速提升：网络设备如Infiniband的HCA卡在2014年将推出最高300Gb/s带宽的产品，以太网的100Gb/s已有验证产品，400Gb/s的规范也在制定之中。如此高性能I/O设备仅依附一台服务器，无疑降低了其利用效率，提高了系统总成本。

众所周知，在传统的服务器中，各个服务器需要单独配置I/O设备。而随着虚拟机技术发展和应用，单个服务器上可以运行多个虚拟机(即VM)以及更多的应用(即APP)，随之也需要更多种类和更多数量的I/O设备。在这一背景下，行业标准组织PCI特别兴趣小组(PCI-SIG)先后制定了PCI-SIG Single Root I/O Virtualization(SR-IOV：单根I/O虚拟化)和PCI-SIG Multi-Root I/O Virtualization(MR-IOV：多根I/O虚拟化)协议。目前SR-IOV协议已得到I/O设备厂商的广泛支持，如支持SR-IOV的千兆以太网卡、10G以太网卡、HBA适配器等。但这些兼容SR-IOV协议的I/O设备仅能够被运行在同一宿主机上的不同虚拟机(VM/Guest)所共享，而无法被多个宿主机上运行的若干虚拟机(VM/Guest)所共享。而另一方面，由于MR-IOV协议对原有系统的较大改动(包括对PCIe基本协议、PCIe设备结构和PCIe交换机结构的修改)，难以被工业界接受。这就导致目前市场上的大部分I/O设备都是单根I/O设备，即不支持被多个根节点共享的设备，也就是说目前市场上的单根I/O设备无法被多个宿主机上运行的若干虚拟机(VM/Guest)所共享。

因此，当前迫切需要一种使单根I/O设备(不支持被多个根节点共享的设备)能够被多个根节点共享的解决方案。

发明内容

本发明的任务是提供一种使单根I/O设备(不支持被多个根节点共享的设备)能够被多个根节点共享的解决方案。

根据本发明的一个方面，提供了一种使能单根I/O设备多根共享的适配装置，包括：

主机接口，用于耦合实体单根I/O设备到一个主控制根节点PCIe域，将实体单根I/O设备逻辑虚拟化为多个虚拟I/O功能镜像；

动态重映射模块，用于建立和维护虚拟I/O功能镜像和实体单根I/O设备间的映射关系；根据所述映射关系，将用户根节点PCIe域的下行事务包重定向至对应的主控制根节点PCIe域，以及将实体单根I/O设备发送至用户根节点的主控制根节点PCIe域的上行事务包重定向至对应的用户根节点PCIe域；以及

I/O接口，用于与实体单根I/O设备连接。

其中，所述主机接口还用于提供主控制根节点控制接口，主控制根节点通过该接口可配置及控制所述适配装置；以及提供至少一个用于连接用户根节点的虚拟I/O功能镜像，所述虚拟I/O功能镜像是对I/O设备功能的实体抽象，并能够进行I/O设备功能的行为模拟。