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CEE, DCB, FCoE, Virtual NICs & SR-IOV: vom Streben nach I/O-Optimierung SR-IOV: Schlüsseltechnologie zur I/O-Optimierung virtualisierter Server

| Autor / Redakteur: Perry Eekhout / Dipl.-Ing. (FH) Andreas Donner

Das Streben nach I/O-Optimierung für virtuelle Server hat zu Netzwerktechnologien wie Converged Enhanced Ethernet, Data Center Bridging, Fibre Channel over Ethernet und Virtual NICs geführt. Jetzt ergänzt die Single Root I/O-Virtualisierung (SR-IOV) die Bestrebungen.

Emulex hält SR-IOV für die Schlüsseltechnologie zur I/O-Optimierung virtualisierter Server (© Franck Boston - Fotolia.com)
Emulex hält SR-IOV für die Schlüsseltechnologie zur I/O-Optimierung virtualisierter Server (© Franck Boston - Fotolia.com)

Die Virtualisierung von Servern findet nahezu überall statt. Einerseits, um Kosten zu senken, andererseits um den Einsatz von Ressourcen in Rechenzentren zu optimieren. Eine Studie von IDC mit dem Titel „Markt Analyse Perspektive: Weltweite Enterprise Virtualisierung Software, 2010 – Server Virtualisierung“, stellt dabei folgende zwei Kernpunkte heraus:

  • 1. Die Zahl virtualisierter Server steigt: Es wird erwartet, dass bis 2014 mehr als 18,4 Millionen virtualisierte Server im Einsatz sein werden.
  • 2. Virtualisierung wirkt: Teilnehmer der Studie berichten, dass zehn bis vierzig Server weniger pro Jahr benötigt und 25 Prozent Kosten für Hardware und entsprechende Infrastruktur eingespart werden.
  • 3.

Angesichts dieser enormen Zunahme virtueller Umgebungen hat das Streben nach I/O-Optimierung für virtuelle Server zur Entwicklung neuer Netzwerktechnologien, wie Converged Enhanced Ethernet (Data Center Bridging), Fibre Channel over Ethernet und Virtual NICs geführt. Einen neuen Standard stellt die Single Root I/O-Virtualisierung (SR-IOV) dar, die von der PCI Special Interest Group entwickelt wurde.

Warum SR-IOV?

Die Hypervisoren der virtuellen Server stellen den VMs Ressourcen zur Verfügung, die die Funktion eines physischen Servers nachahmen und es jeder VM ermöglichen, unabhängig auf diesem Server zu laufen. Für das I/O-System bedeutet das, dass jede VM ein virtuelles I/O-Gerät verwendet, das vom Hypervisor bereitgestellt wird. Obwohl dies bei der Virtualisierung gut funktioniert, ist es nicht effizient. Dies gilt vor allem für das Empfangen, also den Input.

Der Hypervisor führt folgende Schritte zur Verarbeitung eines empfangenen Inputs auf Multi-Core-Servern durch, wobei jeder Schritt das I/O-System verlangsamt und wichtige CPU-Ressourcen nutzt:

  • einer der Prozessorkerne wird zur Überprüfung eines Pakets unterbrochen, um zu bestimmen, an welche VM es gesendet werden soll
  • der Kern, der die VM versorgt, wird unterbrochen und führt den I/O aus
  • der Kern, der das Paket ursprünglich empfangen hat, setzt die unterbrochene Operation fort

Multi-Core-Server verteilen die Last auf mehrere Rechenkerne und können somit auch ressourcenhungrige Anwendungen mit schnelleren Prozessen und I/Os verarbeiten. Zudem lässt sich mit Mutli-Core-Prozessoren der Virtualisierungsgrad erhöhen, das heißt, es lassen sich mehr VMs pro physischem Server betreiben, bevor der Server ausgelastet ist.

Dieser Trend entwickelt sich seit 2009 und der Einführung von Quad-Core-Prozessoren durch Intel und AMD ständig weiter. Im zweiten Halbjahr 2011 hat sich der Trend mit der neuen Servergeneration mit bis zu 8 Kernen und bis zu 16 gleichzeitig laufenden Threads weiter verstärken.

Neben einer Zunahme der Prozessorkernanzahl wird aber auch die Speicherkapazität auf den Servern ständig erhöht – ein weiterer ausschlaggebender Grund für die Virtualisierung von Servern.

Abgesehen von Kernen und Speicher muss aber auch eine dritte Komponente, die I/O Ressource, erhöht werden, um für die Zahl der VMs ausreichend Bandbreite im Netzwerk zur Verfügung zu stellen. Dazu gehören leistungsstarke 10Gbps Ethernet-Ports, effektiver Protokoll-Offload zur Einsparung von CPU-Zyklen und die Einführung neuer Technologien wie SR-IOV.

Lesen Sie auf der nächsten Seite, was SR-IOV genau ist und ab wann es einsatzbereit ist.

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