概述

SR-IOV（Single Root I/O Virtualization）是一种基于硬件的虚拟化解决方案，它允许多个云主机/VPC路由器/负载均衡实例高效共享PCIe设备，且同时获得与物理设备性能媲美的I/O性能，能有效提高性能和可伸缩性。

ZStack Cloud支持基于SR-IOV规范，将一张物理网卡虚拟化切割成多张VF类型网卡，直接分配给云主机/VPC路由器/负载均衡实例使用。实现弹性灵活使用资源的同时，提高资源利用率、节约成本。相比传统的vNIC虚拟化网卡，VF网卡具有以下功能优势：

VF网卡可直接分配给云主机/VPC路由器/负载均衡实例，越过虚拟化层，缩短数据传输路径，使云主机/VPC路由器/负载均衡实例获得接近物理设备的I/O性能。
明显减少对物理机CPU资源的消耗，即使物理机CPU压力较大，也能有效减少网络丢包，提高传输效率。

如图 1所示：

注意事项

ZStack Cloud云平台使用SR-IOV功能需要注意以下情况：

使用SR-IOV功能前须严格确保准备工作全部完成，否则此功能无法正常使用。详情请参考准备工作章节。
若物理网卡已加入聚合网口，当聚合网口中的网卡数量大于1，将不能SR-IOV切割此物理网卡。
若聚合网口中仅有1张物理网卡，且此物理网卡已被SR-IOV切割，则该聚合网口中无法再添加新物理网卡。
若物理网卡已被SR-IOV切割，则该物理网卡不能再被添加进聚合网口。
支持为云主机、VPC路由器、负载均衡实例加载VF网卡
Note:
- 云主机：支持为加载到云主机的三层网络开启SR-IOV，透传VF网卡
- VPC路由器：支持为VPC路由器公有网络（需和管理网分离部署）、VPC网络开启SR-IOV，透传VF网卡
- 负载均衡实例：支持为负载均衡实例前后端网卡开启SR-IOV，透传VF网卡
使用启用SR-IOV功能的公有/扁平/VPC网络创建的云主机，其VF网卡不支持使用安全组网络服务。
若VF网卡已分配给云主机/VPC路由器/负载均衡使用，请勿卸载物理网卡驱动，否则可能导致VF网卡强行回收。
VF网卡不支持QoS功能。
支持云主机/VPC路由器/负载均衡实例带VF类型网卡热迁移。
- 加载VF网卡的云主机需安装性能优化工具 (QGA)且性能优化工具处于运行状态，才能保障热迁移正常进行。
- VPC路由器/负载均衡实例自带QGA工具，无需额外安装，即可实现带VF网卡热迁移。
- 根据实际物理网络环境，带VF网卡迁移时可能发生短暂网络中断，业务敏感场景请谨慎操作。
- 若云主机/VPC路由器/负载均衡实例内部驱动版本过低，可能导致VF网卡热迁移失败，请提前检查并按需更新驱动版本。
- 公有网络、扁平网络、VPC网络下的云主机在带VF网卡热迁移后，其加载的虚拟IP、弹性IP网络服务可正常工作。
停用云主机/VPC路由器/负载均衡实例将自动释放VF网卡；启用云主机时重新获取，若无可用VF网卡，将导致启用云主机/VPC路由器/负载均衡实例失败。

准备工作

ZStack Cloud云平台使用SR-IOV功能需要准备以下工作：

确保物理网卡支持SR-IOV功能，并安装到物理机主板。例如：支持SR-IOV功能的Intel网卡列表Intel官方文档。
确保该物理机BIOS已开启Intel VT-d / AMD IOMMU配置和SR-IOV配置。
确保物理机已安装物理网卡（PF网卡）驱动；确保已获取到VF网卡对应的驱动。
Note: 相关网卡驱动以及安装方法请联系网卡提供厂商获取帮助。
- PF网卡驱动需安装到相关物理机，保证物理网卡可被物理机识别，且能正常进行SR-IOV切割。
- VF网卡驱动需安装到相关云主机/VPC路由器/负载均衡实例，保证VF网卡被识别且正常工作。

确保物理机CPU支持Interrupt Remapping。在物理机执行以下脚本，查看CPU是否支持Interrupt Remapping：

[root@localhost ~]# cat interrupt_remapping_check.sh
#!/bin/sh
if [ $(dmesg | grep ecap | wc -l) -eq 0 ]; then
  echo "No interrupt remapping support found"
  exit 1
fi

for i in $(dmesg | grep ecap | awk '{print $NF}'); do
  if [ $(( (0x$i & 0xf) >> 3 )) -ne 1 ]; then
    echo "Interrupt remapping not supported"
    exit 1
  fi
done

若物理机CPU不支持Interrupt Remapping，须执行以下命令进行配置：

[root@localhost ~]# echo "options vfio_iommu_type1 allow_unsafe_interrupts=1" > /etc/modprobe.d/iommu_unsafe_interrupts.conf

典型使用流程

背景信息

SR-IOV网卡虚拟化的典型使用流程如下：

物理机启用IOMMU设置。
SR-IOV切割物理网卡。
部署启用SR-IOV的网络环境。
创建云主机并加载VF网卡。
为云主机安装VF网卡驱动。

使用SR-IOV网卡前，请务必确保所有准备工作已完成且准确无误。以下详细介绍SR-IOV功能的操作步骤：

操作步骤

物理机启用IOMMU设置。
确保物理机BIOS已开启Intel VT-d / AMD IOMMU配置和SR-IOV配置的前提下，在ZStack Cloud云平台开启物理机IOMMU设置。
- 新添加物理机：在资源中心 > 硬件设施 > 计算设施 > 物理机界面添加物理机过程，选择扫描物理机IOMMU设置配置，添加物理机的同时开启IOMMU设置。
  如图 2所示：
  图 2. 新添加物理机并启用IOMMU设置
- 已添加物理机：在物理机详情页，启用IOMMU启用状态配置，针对已添加物理机开启IOMMU设置，重启物理机生效。
  如图 3所示：
  图 3. 已添加物理机启用IOMMU设置
Note: 物理机开启IOMMU设置后，还需在物理机详情页确保IOMMU就绪状态为可用，否则也无法正常使用SR-IOV功能。若IOMMU启用状态为启用，但IOMMU就绪状态不可用，可能存在以下原因：
- 开启IOMMU设置但未重启物理机，手动重启物理机即可。
- 物理机配置错误，请进入物理机BIOS并开启Intel VT-d / AMD IOMMU配置。
SR-IOV切割物理网卡。

确保准备工作完成以及IOMMU状态正常时，即可在物理机详情页点击关联资源 > 物理网卡，选中某个可虚拟化的物理网卡，执行SR-IOV切割操作，将物理网卡切割成指定数量的VF网卡。

如图 4所示：
图 4. SR-IOV切割

物理网卡SR-IOV切割后，可在物理机下详情页查看使用情况。

如图 5所示：
图 5. VF网卡使用情况

Note: 点击SR-IOV还原按钮，支持将VF网卡还原成物理网卡。此时，当前物理网卡切割成的VF网卡正在被云主机使用，SR-IOV还原将同时从云主机卸载相关网卡，请谨慎操作。
部署SR-IOV的网络环境。

确保二层网络使用的物理网卡支持SR-IOV且已被切割出可用的VF网卡资源，该物理网卡上的所有三层网络都可以直接使用SR-IOV功能。
创建云主机并加载VF网卡。
SR-IOV的网络环境部署完成后，即可使用此三层网络创建云主机并加载VF网卡。
如图 6所示，创建云主机选择已SR-IOV切割的网卡上的三层网络，并选择启用SR-IOV按钮。
图 6. 创建云主机
Note: 创建加载VF网卡的云主机，需要注意以下情况：
- 同一云主机支持加载多个VF网卡，且VF网卡和vNIC网卡支持互联互通。
- 若SR-IOV按钮置灰，可能因为该三层网络所在的物理网卡未进行SR-IOV切割。
- 若VF网卡数量不足，选择启用SR-IOV按钮，将导致创建云主机失败。
- 已有云主机可通过加载网卡操作追加VF网卡，在云主机详情页的配置信息页面的网卡列加载网卡即可。
- 停止状态的云主机支持将VF网卡切换为vNIC类型，在云主机详情页的配置信息页面的网卡列设置网卡类型即可。
如图 7所示，云主机详情页可查看网卡类型。
图 7. 云主机详情页
为云主机安装VF网卡驱动。

相关云主机须安装VF网卡驱动，才能保证VF网卡被云主机识别且正常工作。VF网卡驱动获取以及安装方法请联系网卡提供厂商获取帮助。

典型应用场景

ZStack Cloud云平台凭借简单、健壮、弹性、智能的优势，帮助用户快速上云。但受传统虚拟化系统技术限制，Hypervisor或VMM软件层面消耗了大量资源和时间，导致PCIe设备的性能优势无法彻底发挥。

为了消除这一软件瓶颈，ZStack Cloud支持SR-IOV功能，多个云主机可以高效共享物理网卡设备，获得与物理设备性能媲美的I/O性能，同时又能减少对物理机CPU资源的消耗。可适用于网络NFV、云游戏、视频流（UDP）等典型应用场景。

网络功能虚拟化（NFV）

随着云计算、虚拟化等技术逐渐成熟，电信行业也对传统网络领域的架构进行了虚拟化变革，采用NFV设备加速完成软件化转变，方便网络设备中的应用程序可以进行大规模虚拟化部署，以节省成本并提高灵活性，有效提升竞争力。

但这些应用程序对网络的吞吐、转发、数据包处理等能力有极高要求，需要使用高性能的虚拟网络才能发挥作用。因此，具备SR-IOV功能的网卡凭借其成熟性、可虚拟化等特点在NFV设备中得到大量应用，使得数据中心能够以较低的成本获得高性能、易伸缩的弹性网络管理能力。

云游戏

随着宽带网络的发展，以及移动终端设备的普及，将游戏计算至于云端，客户端仅仅负责显示与控制的游戏模式也悄然开始流行。对于一些实时性能要求较高的游戏来说，网络包转发、瞬间吞吐能力、延迟稳定性等网络性能能必不可少，否则可能出现画面掉帧、操作延时等情况，严重影响游戏体验。

这种云游戏模式下，可以借助物理网卡稳定的网络性能，通过SR-IOV技术将VF直接分配给云主机使用。云主机虚拟网卡的流量直接发送给VF，减去中间的桥接网卡或openswitch等软交换机，明显减少网卡包量的损耗，为用户提供更好的游戏体验。

视频流

随着Internet的发展，多媒体信息在网上的传输越来越重要，为了保证传输速度，基于UDP协议的视频流被广泛使用。对于一些需要实时传输视频的场景（直播、视频会议等），网络包转发、瞬间吞吐能力、延迟稳定性等网络性能能必不可少，否则可能出现画面卡顿、视频分辨率降低等情况，严重影响视频观感。

众所周知，UDP协议虽然能提高传输速度、极大缩短传输时间，但无法保证数据可靠性。网络波动、网络丢包等直接影响视频质量，欲速则不达。具备SR-IOV功能的网卡凭借其成熟性、可虚拟化等特点在实时视频场景能够发挥独特优势，保证网络性能的同时，还能降低CPU压力，有效减少网络丢包，提高传输效率，完美弥补UDP协议可靠性问题，可谓相当契合。