隨著AI時代的到來，云數據中心如何實現節能提效正成為熱門話題。其中，SR-IOV技術憑借靈活度高以及可節約虛擬化業務算力等優勢，是打造綠色低碳云數據中心的重要解決方案之一。

一、什么是SR-IOV 技術

SR-IOV 是由國際組織 PCI-SIG 組織定義的 PCIe 規范的擴展規范，旨在消除VMM 對虛擬化 I/O 操作的干預，提高數據傳輸性能，為 VM（虛擬機）提供獨立的內存空間、終端、DMA 數據流。具備 SR-IOV 功能的 I/O 設備基于 PCIe 規范可管理、創建多個 VF（virtual function）。PCIe PF（physical function）是 PCIe 總線上的主要實體，一個 PCIe 設備具有一個或多個 PF，PF 設置 VF 數量，全局啟動或停止 VF，VF 可以不通過 VMM 的干預完成數據的訪問和轉移。

圖1：傳統虛擬機與SR-IOV虛擬機對比

SR-IOV 功能下，原本是 VMM 承擔的中斷交由虛擬機直接處理，提升了設備 I/O 性能，同時虛擬機可以直接與 PCIe 設備進行交互，大大減輕了物理主機 CPU 的負擔，使其可承擔更多的虛擬機設備。另外，通過 SR-IOV 功能，可以減少 PCIe 設備的需求量，節省 PCIe 插槽，使得硬件資源可以更加充分使用。

基于以上優勢，多家 SSD 廠商開始布局 SR-IOV，目前憶聯已領先在 UH8 系 及 UH7 系產品上成功實現 SR-IOV 功能應用，并在多個云數據中心投入使用。

01 憶聯 SR-IOV 方案驗證

1 驗證環境

1.1 本次驗證硬件配置

·CPU：2* Intel(R) Xeon(R) Gold 6336Y CPU @ 2.40GHz 24cores/48threads

·內存：16*32GB 3200MT/S DDR4

·系統盤：1*960G 12Gbps ? SSD：1*UH8 系 3.84T

·HBA 卡：1*MegaRAID 9440-8i

·NIC：2* SC332

1.2 本次驗證軟件配置

·操作系統：CentOS Linux release 8.3.2011

·內核：Linux 4.18.0-240.el8.x86_64

·測試工具：2.6 及以上版本

·QEMU-KVM：2.12

·NVMe 開源驅動：1.11.1

·umtool 工具：1.0.1.5

2 驗證方法

本次驗證，在虛擬化分區方式的場景下，通過 SR-IOV 技術將一片 PCIe 4.0 3.84TB SSD(綁定 16 個 CPU 核)配置為 2 個容量為 1.92TB VF(綁定 8 個 CPU)，4 個 960G VF（綁定 4 個核），8 個 480G VF（綁定 2 個核），如下示意圖。

圖2：虛擬化分區方式場景

測試 IO 基本模型如下：

·讀寫帶寬（bs=128k, job=1, iodepth=128, read/write）

·讀 IOPS（bs=4k, job=16, iodepth=128, randread）

·寫 IOPS（bs=4k, job=8, iodepth=64, randwrite）

通過對盤進行劃分為 2/4/8 個 VF 的場景下，在常規 IO 測試模型下進行 SR-IOV 方案驗證。

3 驗證結果

3.1 SSD 性能充分使用，有效提高利用率

本次在 SR-IOV 功能下的不同 VF 場景下總性能與整盤的性能對比圖如下（以下數據為此次驗證數據，僅供參考）。

*注：總帶寬/總 IOPS=平均性能×VF 數量

圖3：使用 SR-IOV 前后盤片性能對比圖

從圖 3 可以看到，在此次 SR-IOV 方案驗證下，PF 性能、VF 性能總和與原盤的性能相比波動較低，基本在 5%以內，實現了對憶聯 UH 系列 SSD 性能充分使用。在云場景下，可以減少用戶所需PCIe設備數量，有效提升租戶利用率，實現云虛擬化業務降本增效。

3.2 各場景下 VF 性能穩定，擴展性、靈活性高

為驗證 VF 性能穩定，在劃分 2/4/8 個 VF 的場景下，分別進行了測試，結果如下圖。

注：偏差值=（VF 均值-VF 性能）/VF 均值*100%

圖4：SR-IOV 功能下各 VF 與均值偏差圖

數據顯示，各 VF 測試值與 VF 均值基本偏差小于 1%，VF間性能分配較為穩定，擴展性較高，可靈活根據用戶需求進行 VF 數量設置及管理。

3.3 SR-IOV with QoS 性能隔離明顯

將 SSD 拆分成多個虛擬盤后，為了避免出現多個虛擬機同時運行以及同個虛擬機同時對盤上下業務從而出現性能上互相干擾的情況，憶聯針對 SR-IOV 特性做了針對性能隔離的設計——SR-IOV with QoS，可通過 SSD 芯片對各 VF 進行流控，做到性能均衡，保障虛擬SSD盤的大帶寬、低時延等特性，滿足云數據中心對于高性能數據存儲的需求。

圖5：具體業務場景下 VF 的性能表現

三、憶聯 SR-IOV技術的演進方向

1、SR-IOV 的性能隔離功能進一步優化

當前憶聯 SR-IOV 使用 NS 對 VF 進行邏輯上的數據隔離，但因為所有 VF 都使用公共的Nand Flash 空間，各 VF 間不可避免會存在性能影響，雖然在 QoS 功能的調度下控制到了一定范圍內，但在部分更為復雜業務場景下仍不可避免。為解決這個問題，憶聯將繼續深耕 SR-IOV 在 SSD 上的應用，進一步優化性能隔離算法，實現更好的隔離效果。

2、SR-IOV 的數據安全

虛擬機數據安全至關重要，當前代次虛擬機數據可以通過 trim 的方式進行清除，但對于金融、政府等對數據安全要求高的客戶仍存在不足，如當 SSD 離開數據中心機柜便存在數據被盜取的可能。憶聯針對虛擬機數據安全的研究方向已初具成果，后續可以做到在虛擬機釋放時，對應到 SSD 上的物理數據同時徹底銷毀，為維護數據安全提供保障。

3、SR-IOV 的智能化

憶聯當前代次的 SR-IOV 具備各 VF 性能統計能力，新一代 SSD 中支持虛擬機性能智能分析，根據性能狀態進行性能配置反饋，支持對虛擬機狀態進行智能診斷并遠程修復等功能。

綜上所述，憶聯 UH8 系列及 UH7 系列 SSD 的 SR-IOV 技術是可真正做到降本增效、綠色低碳可持續的存儲方案。能有效提高盤片利用率，減少存儲空間的浪費，實現節能減排的同時，憶聯 SR-IOV 方案表現出效果顯著的隔離度，更能滿足用戶在云化環境下對AI、分布式數據庫、高性能企業應用等需求。

多年來，憶聯持續加大SSD產品的研發創新投入力度，結合自身在閃存領域的多重優勢，通過硬件技術與用戶應用場景結合，不斷迭代更為先進的SSD產品助力企業業務系統穩定運行 。憶聯 SR-IOV 方案是對公司研發創新能力最好的驗證，未來憶聯將進一步夯實產品創新能力，為數字經濟高質量、可持續發展添磚加瓦。