intel虛擬設(shè)備隊列VMDq技術(shù)解析
現(xiàn)在人們已經(jīng)接受并開始逐步實施虛擬化技術(shù)，為提供理想的性能和可靠的安全性，硬件虛擬化技術(shù)必不可少。它的發(fā)展是循序漸進(jìn)的，在我們最熟悉的世界，硬件虛擬化是先從處理器開始，再到芯片組，再到IO設(shè)備，因為每一個階段都以上一個階段作為基礎(chǔ)，如下圖所示：
其中VT-x和VT-d技術(shù)已經(jīng)被人熟悉（競爭對手也有類似的技術(shù)）
現(xiàn)在的階段就處在IO虛擬化階段，一個老生常談的問題是：外部IO已經(jīng)逐漸跟不上處理器等的發(fā)展。無論你需不需要虛擬化，你都需要解決IO的問題。何況，隨著處理器的架構(gòu)越來越先進(jìn)，核心數(shù)越來越多，提高資源利用率的需求使這些機器越來越傾向于虛擬化。
現(xiàn)在IO虛擬化的問題和處理器虛擬化等的問題差不多，就是人們希望硬件輔助方案能解決軟件方案的性能損耗問題。在IO設(shè)備上，頻繁的VMM切換以及對中斷的處理是導(dǎo)致虛擬化效率低下的兩個重點因素，如下圖所示：
軟件實現(xiàn)的IO虛擬化網(wǎng)絡(luò)吞吐量低下
硬件的IO虛擬化就是為了解決這個問題，對應(yīng)的解決方案相關(guān)的很多，我們這次介紹的是Intel的VMDq：Virtual Machine Device Queue，虛擬機設(shè)備隊列。這是一個專門用于提升網(wǎng)卡的虛擬化IO性能的技術(shù)，對于服務(wù)器來說，最關(guān)鍵的IO組成部分就是網(wǎng)絡(luò)和存儲了，甚至網(wǎng)絡(luò)更為重要一些。
虛擬化的精髓就是多個虛擬機共享一定的硬件資源，特別地：網(wǎng)卡。盡管VT-d技術(shù)提供了不同的虛擬機直接使用不同的網(wǎng)卡的可能性，不過多個虛擬機共用一塊或者數(shù)塊網(wǎng)卡仍然是絕大多數(shù)情況。對于VT-d技術(shù)，一些人可能會很高興地看到，不同的顯卡也可以通過它在不同的虛擬機之間直接分配，如Paralles Workstation Extreme軟件可以主機和虛擬機直接使用不同的Quadro顯卡進(jìn)行渲染工作（是的，它和前面說的還有些距離，不過原理相同）。
因為這樣的緣故，實際上所有的提供上網(wǎng)能力的虛擬機軟件都內(nèi)置了一個虛擬交換機，大部分還在這個基礎(chǔ)上提供了路由器的功能，作用就是和真實的交換機/路由器一樣，將多臺虛擬機連成一個或者多個網(wǎng)絡(luò)：
VMDq實際上將這個虛擬交換機的一部分功能用硬件進(jìn)行加速
VMDq實際上實現(xiàn)了一個半軟半硬的虛擬交換機，和原有的純軟件方案相比，新的方案提供了更高的性能、更低的資源占用率，它怎么實現(xiàn)的呢？
VMDq技術(shù)提供了一個屬于ISO OSI 9層網(wǎng)絡(luò)模型中的第二層的分類/排序引擎實現(xiàn)了交換機的部分功能，為了提供合適的性能，它必須使用到一堆緩存隊列，因此支持VMDq的網(wǎng)卡通常也支持RSS接收方擴展功能
在支持VMDq的網(wǎng)卡上，用硬件實現(xiàn)了一個Layer 2分類/排序器，通過MAC地址或者VLAN來講數(shù)據(jù)包發(fā)送到指定的虛擬機隊列中去（這堆隊列叫做pool），最后的VMM軟件只需要非常簡單的數(shù)據(jù)復(fù)制工作就可以完成虛擬交換機的任務(wù)。從而極大地提升了虛擬化網(wǎng)絡(luò)效率。
支持VMDq隊列的網(wǎng)卡通常也支持RSS隊列，例如Intel 82576EB網(wǎng)卡支持8個虛擬機隊列，支持16個RSS隊列，它們實質(zhì)上都是16個發(fā)送/接收隊列對的劃分，另外意味著，每個虛擬機可以分配到兩個發(fā)送/接收隊列對。
Hyper-V 1.0，也就是Windows Server 2008攜帶的版本，所有的網(wǎng)絡(luò)IO都需要經(jīng)過經(jīng)過純軟件實現(xiàn)的虛擬交換機
Hyper-V 2.0，也就是Windows Server 2008 R2攜帶的版本，提供了一個新的VMQ特性，它利用硬件的VMDq將虛擬交換機的大部分工作放到了網(wǎng)卡上，并通過內(nèi)存映射設(shè)計避免了數(shù)據(jù)需要在多個空間來來回復(fù)制移動
VMware的NetQueue同樣也利用了VMDq技術(shù)，實現(xiàn)了兩倍以上的吞吐量提升
