כמה מילים על SR-IOV

Print Friendly, PDF & Email

אם נסתכל היום כמעט בכל חברה שמשתמשת בפתרונות וירטואליזציה (לא חשוב אם זה vSphere, Hyper-V, XenServer או אחרים) – בד"כ הפתרון רץ כך:

  • יש סטורג' שמאחסן את ה-Datastore (יכול להיות סטורג' חיצוני, יכול להיות דיסקים מקומיים עם RAID-חומרה בתצורה כלשהי)
  • חיבורי רשת – או חיבור של 10 ג'יגה או חיבור של מס' פורטים 1 ג'יגה (בנפרד, ב-Teaming/Bonding)
  • מעבד יחיד או זוג Xeon פר מכונה
  • זכרון

ברוב מוחץ של אותם מקרים, כל ה"ציוד" בכל מכונה וירטואלית – הוא ציוד Paravirtualized, כלומר זהו ציוד "מדומה" חלקית, כאשר מאחורי הקלעים יש ציוד אמיתי שעושה את העבודה. כך לדוגמא אם אתם משתמשים בכרטיס רשת ב-vSphere, סביר להניח שאתם משתמשים ב-VMXNET3, זהו ציוד Paravirtualized שבעצם מתממשק לחלק ה-Network של ESXI (ה-VMKERNEL) ומשם הוא מתחבר לציוד הפיזי ופאקטים יוצאים ונכנסים. אם נשתמש לעומת זאת ב-E1000 (או e1000e שקיים בפתרונות וירטואליזציה אחרים כמו RHV/KVM) – כאן מדובר באמולציה מלאה של כרטיס הרשת של אינטל והאמולציה מדמה את הכרטיס (כמעט) אחד לאחד ובסופו של דבר מעבירה את הנתונים מ/אל ה-STACK רשת של פתרון הוירטואליזציה. אותו דבר קורה עם דיסקים, תצוגה וכו' וכו'.

כל ההגדרות לעיל הם טובות עם ביצועים לא רעים בכלל. יחד עם זאת, יש בלא מעט מקומות דרישה לקבל יותר – ביצועים גבוהים יותר של רשת, או ב-VDI כשצריכים משהו שהוא יותר מאשר אמולציה בסיסית של תצוגה, וכאן מגיע מושג שנקרא SR-IOV.

SR-IOV (ר"ת של Single Root Input Output Virtualization) היא טכנולוגיה שפותחה ע"י הקבוצה שאחראית על פיתוח PCI, PCIe ועוד (PCI-SIG) ומטרת הטכנולוגיה הזו היא לפתח כרטיסים שמיועדים לשימוש בפתרונות וירטואליזציה.

כרטיס PCIe רגיל, בדרך כלל מיועד לפעילות אחת ולמערכת אחת. קחו לדוגמא כרטיס RAID או HBA, הוא מיועד לשבת ולתת שרותים למערכת אחת שרצה בשרת. אם לדוגמא אתם משתמשים בוירטואליזציה על אותו שרת, ה-OS (ה-ESXI לדוגמא) "יחטוף" את הכרטיס לשימושו האישי, ואתם לא תוכלו להשתמש בכרטיס ה-RAID ישירות במכונה וירטואלית. אנחנו כאן יכולים "לבדל" את כרטיס ה-RAID (כלומר Exclude) מה-ESXI אם לדוגמא נבצע Boot מ-USB או כרטיס SD ונגדיר ב-ESXI לעשות "Passthrough" לכרטיס ה-RAID לפי מספר ה-PCI ID שלו (כפי שניתן לראות כאן) ולאחר ביצוע Reboot לשרת, נוכל לבצע "מיפוי" של כרטיס ה-RAID למכונה וירטואלית אחת. למיפוי הזה יש מגבלות: אנחנו חייבים לתת מראש את כל משאבי הזכרון שאנחנו מגדירים ב-VM, לא ניתן לבצע Live Migration וכמובן – יש כרטיסים שלא ממש "מחבבים" את הרעיון של PCI Passthrough כמו כרטיסי GTX של nVidia (אם כי יש גם לכך פתרון).

עם SR-IOV הדברים שונים.

בכרטיסים המכילים פונקציונאליות SR-IOV (הכרטיסים האלו יכולים לתת את הפעילות הזו רק עם מעבדי Xeon E5 v3 ומעלה ומעבדי AMD EPYC), ישנם 2 חלקים חשובים: PF ו-VF.

ה-PF (כלומר Physical Function) מייצג פונקציונאליות פיזית שהכרטיס יכול לתת ואותה ניתן להגדיר. אם ניקח לדוגמא כרטיסים כמו GRID או Tesla של nVidia, אנחנו יכולים להגדיר כמה זכרון תצוגה יהיה לכל vGPU. מכיוון שיש לנו יכולת להכניס כמה כרטיסים בשרת אחד, יהיו לנו בעצם מספר PF, ואותם נוכל להגדיר כבודדים או כקבוצה עם הפרמטרים הרלוונטיים.

ה-VF הוא בעצם מעין "תת כרטיס PCIe" וירטואלי (Virtual Function) שאותו אי אפשר להגדיר (זהו בעצם "כרטיס טיפש") שאת הפונקציונאליות שלו מממש הכרטיס הפיזי. ברגע שהגדרנו את ה-PF בוירטואליזציה (לכל כרטיס יש כלים והגדרות אבל כולם משתמשים ב-PF, ו-VF), במערכת "יצוצו" כמות של כרטיסים וירטואליים חדשים שנראים כמו כרטיסי PCIe רגילים, ואותם אנחנו ממפים פר VM. ברגע שמיפינו והפעלנו את ה-VM, נצטרך להתקין את הדרייברים היעודיים לאותו כרטיס (במקרה של nVIdia ו-AMD – הדרייברים של ה-vGPU, לא לבלבל בין אלו לבין הדרייברים לוירטואליזציה) ואז נוכל להשתמש בפונקציונאליות החדשה.

בתחום ה-Network, כל יצרני כרטיסי הרשת (אינטל, Mellanox, Solarflare, ואחרים) נותנים פונקציונאליות SR-IOV בכרטיסים שלהם. אם לדוגמא אתם משתמשים בכרטיסי רשת של אינטל, אתם יכולים להסתכל ברשימה הזו ולראות אם יש תמיכת SR-IOV. חשוב לזכור: גם אם כתוב שיש תמיכת SR-IOV, במקרה של אינטל אין תמיכת SR-IOV בכרטיסים עם חיבורי 1 ג'יגהביט, או FCoE ו-SR-IOV.

עד כמה הביצועים שונים בין VNXNET3 ל-SR-IOV של כרטיס רשת? להלן גרף לדוגמא:

הגרף הוא מתוך מסמך  ש-VMWare שחררה בכתובת: http://delivery.acm.org/10.1145/2900000/2892256/p65-xu.pdf

עם כל הדברים הטובים שיש ל-SR-IOV להציע, יש גם כמה מגבלות:

  • נכון להרגע, ב-ESXI אין אפשרות לבצע Live Migration למכונה עם כרטיס וירטואלי ממופה (שזה קצת מוזר, בהתחשב בכך שבלינוקס עם KVM זה דווקא כן אפשרי).
  • אם אתם רוצים "לפוצץ" את המכונה בכרטיסים שיש להם יכולת SR-IOV, תוודאו שלמעבדים יש הרבה ליבות או שתרכשו שרתים עם EPYC, אחרת – תכירו את התקלה הזו. תזכרו שכל VF דורש Interrupt משל עצמו.
  • בחלק מהשרתים תצטרכו לעבור למצב Performance בשביל שפעילות SR-IOV תהיה פעילה (ניסיתי על Dell R740).
  • הגדרתם ל-VM כ-16 ג'יגהבייט זכרון וה-VM משתמש ב-2? הלכו ה-14 ג'יגהבייט זכרון הנוספים (יש להגדיר מראש במכונה להשתמש בכל הזכרון שמוגדר אחרת ה-VF מייצר תקלות), כך שיכול להיות ויהיה צורך לחשב מחדש את כמות מכונות ה-VM פר שרת. כמו כן, משחקי/הגדרות Balooning לא מומלצים על מכונות VM כאלו.

לסיכום: SR-IOV זו טכנולוגיה מעולה כשמעוניינים בביצועים גבוהים של פונקציונאליות מסויימת כמו רשת, GPU ועוד. אם יש לכם שרתים מה-4-5 שנים האחרונות (ויש בהם מעבדי Xeon V3 ומעלה) תצטרכו להפעיל ב-BIOS את ה-SR-IOV ותוכלו להנות מהפונקציונאליות המשופרת ומביצועים גבוהים. יחד עם זאת, ישנם מגבלות שחייבים לקחת מראש, כך שלא מומלץ מחר בבוקר להעביר את כל ל-SR-IOV.

Comments

comments

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר. שדות החובה מסומנים *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.