[发明专利]一种使用多队列技术的虚拟机网络性能优化的实现方法

说明书

(一)技术领域

本发明采用基于virtio的多队列虚拟化技术，涉及计算机虚拟化技术中的IO虚拟化。 尤其涉及一种使用多队列技术的虚拟机网络性能优化的实现方法，它是一种虚拟化网络中采 用多队列方法实现虚拟机和宿主机之间交互的实现方法，属于计算机技术领域。

(二)背景技术

早在上个世纪60年代末70年代初IBM公司就在大型机上实现了商用的虚拟机，诸多文 献描述了IBM在OS 360使用的虚拟机的实现以及经典的虚拟机体系结构并描述了利用虚拟机 监控器实现虚拟化的方法。研究人员总结了第三代计算机可虚拟性(Virtualizability)：指 出可虚拟性主要依赖于计算机指令集中敏感指令集的存在方式。同时总结了可虚拟性的两个 重要定理：

定理一：对于任何通常意义上的第三代计算机，如果该计算机敏感指令集是特权指令集 的子集，就可以在此计算机上创建一个虚拟机监控器。

定理二：对于任何通常意义上的第三代计算机，如果该计算机的用户敏感指令集是特权 指令集的子集，就可以在此计算机上创建一个混合式(hybrid)的虚拟机监控器。

由于大多数计算机并不满足定理一的要求，所以一些文献放松了要求：只要符合定理二 的要求就可以利用陷入-模拟的方式(trap-and-emulate)完成虚拟化。可虚拟化的关键是对 敏感的非特权指令的处理。对这种指令的不同处理方式引发了下面几种不同的虚拟化方式。

1)基于二进制翻译的全虚拟化(Full Virtualization with Binary Translation)。 这种方式动态的扫描二进制代码，将敏感指令替换为跳转到相应模拟例程。通过这种方式避 免敏感指令的产生。VMware公司已经可以提供基于这种方式的商业化解决方案。这是目前唯 一的在IA32/Intel 64体系结构下不需要特殊硬件辅助实现全虚拟化的方式。但这种方案也 存在明显的缺陷：由于要动态的监控并即时翻译二进制码，性能上会有所损失。

2)硬件辅助的虚拟化(Hardware Assisted Virtualization)。这种方式通过扩展指令 集，通过硬件完成传统虚拟机监控器(Virtual Machine Monitor，VMM)所需要的陷入以及状 态切换。通过这种方式可以极大地简化虚拟机的设计。但是由于硬件在状态切换的时候会保 存整个处理器的状态并切换地址空间，由此带来的开销不可忽略，特别是在虚拟机与虚拟机 监控器频繁切换的情况下。本发明专利采用的就是这种方式实现VMM。

3)准虚拟化(Para-virtualization)。这种方式通过静态的改写客户操作系统源代码， 通过客户操作系统与虚拟机监控器显示协作的方式完成虚拟化策略。开放源代码的虚拟机监 控器Xen就是基于这种技术。这种技术通过VM对VMM的感知，避免了传统陷入-模拟方式效 率较低的问题，但需要对客户操作系统源代码进行修改。

IO设备虚拟化：

在虚拟环境里，I/O面临的问题是：现实中外设资源是有限的，为了满足多个客户机操作 系统对外设访问的需求，VMM必须通过I/O虚拟化的方式复用有限的外设资源。现代计算机 环境中，I/O设备种类丰富，不同厂商生产的具有不同编程接口的I/O设备使I/O虚拟化的 难度相当大。

根据不同I/O设备的特点和用途，虚拟化系统中的I/O设备可以分为5类：

●专用设备(Dedicated Devices)

●可分割设备(Partitioned Devices)

●共享设备(Shared Devices)

●伪脱机设备(Spooled Devices)

●物理不存在的设备

I/O虚拟化作为系统虚拟化的重要组成部分，同样可按照实现技术分为软件I/O全虚拟化、 I/O类虚拟化和硬件辅助I/O全虚拟化。

在软件完全虚拟化、类虚拟化和硬件辅助全虚拟化等虚拟化环境中，I/O设备的虚拟化都 不尽相同，其核心在于I/O设备原生驱动(Legacy Driver)的存放位置以及VMM对I/O设备的 处理方式。