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第13章 SR-IOV

13.1. はじめに

PCI-SIG (PCI Special Interest Group) が開発した SR-IOV (Single Root I/O Virtualization) 仕様は、単一デバイスを複数の仮想マシンに共有できる PCI デバイス割り当てタイプの標準です。SR-IOV は、仮想マシンのデバイスパフォーマンスを改善します。

図13.1 SR-IOV の仕組み

SR-IOV の仕組み
SR-IOV を使用すると、単一の root 機能 (たとえば、単一のイーサネットポート) を複数の個別の物理デバイスとして表示できます。SR-IOV 機能を持つ物理デバイスは、PCI 設定領域に複数の機能として表示されるように設定できます。各デバイスには、ベースアドレスレジスタ (BAR) を含む独自の設定領域があります。
SR-IOV は、次の 2 つの PCI 機能を使用します。
  • Physical Function (PF) は、SR-IOV 機能を含む完全な PCIe デバイスです。物理機能は、検出、管理、および通常の PCI デバイスとして設定されます。物理機能は、仮想機能を割り当てることにより、SR-IOV 機能を設定および管理します。
  • 仮想機能 (VF) は、I/O のみを処理する単純な PCIe 機能です。各仮想機能は、物理機能から派生しています。デバイスに含まれる仮想機能の数は、デバイスのハードウェアにより制限されます。単一のイーサネットポートである物理デバイスは、仮想マシンで共有できる多くの仮想機能にマップできます。
ハイパーバイザーは、1 つ以上の Virtual Function を仮想マシンにマッピングできます。その後、仮想機能の設定領域は、ゲストに提示される設定領域にマッピングされます。
仮想機能には実際のハードウェアリソースが必要なため、各仮想機能は一度に 1 つのゲストにのみマッピングできます。仮想マシンには、複数の仮想機能を設定できます。仮想機能は、通常のネットワークカードがオペレーティングシステムに表示されるのと同じ方法で、ネットワークカードとして表示されます。
SR-IOV ドライバーはカーネルで実装されます。コア実装は PCI サブシステムに含まれていますが、物理機能 (PF) デバイスと仮想機能 (VF) デバイスの両方のドライバーサポートも必要です。SR-IOV 対応デバイスは、PF から VF を割り当てることができます。VF は、キューやレジスタセットなどのリソースにより、物理 PCI デバイスにバッキングされている PCI デバイスとして表示されます。

SR-IOV の利点

SR-IOV デバイスは、単一の物理ポートを複数の仮想マシンと共有できます。

仮想機能は、準仮想化ドライバーおよびエミュレートされたアクセスよりもネイティブに近いパフォーマンスを発揮し、パフォーマンスを向上させます。仮想機能は、データがハードウェアによって管理および制御されるのと同じ物理サーバー上の仮想マシン間のデータ保護を提供します。
この機能により、データセンター内のホストで仮想マシンの密度を上げることができます。
SR-IOV は、複数のゲストがあるデバイスの帯域幅をより有効に利用できます。