基于KVM的SRIOV直通配置及性能测试

SRIOV介绍、VF直通配置，以及包转发率性能测试

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目录

1. SRIOV介绍

▷ 传统方式的瓶颈：qemu的网卡，传统方式是使用tap网卡，桥接到宿主的bridge上，但性能很差，尤其是包转发率很低，难以满足对性能要求比较高的场景。性能差的主要原因是路径太长，经过的内核设备太多，根本原因在于linux/unix内核本身就不是为高性能而设计的，linux/unix更适合做控制平面，而不是转发平面。
▷ 解决思路：减少中间路径，最简单有效的方法就是bypass内核。SRIOV的作用就是bypass宿主内核。
▷ PF和VF：每个物理网卡（比如p1p1）就是一个PF，在开启SRIOV后，每个PF可以生成固定数量的VF，每个VF都可以在宿主上作为一张网卡直接使用，或者直通到QEMU虚拟机里作为虚拟机里的网卡使用，这就实现了bypass宿主内核。

先给出性能测试的结论，SRIOV VF直通相比传统tap+bridge方案，性能提升：

2. 环境说明

3. 开启SRIOV

1️⃣ 在BIOS里开启SRIOV，如图所示

注：即使BIOS里开启全局SRIOV，网卡也依然可以当作普通网卡使用

2️⃣ 需要在BIOS里开启VT-d

3️⃣ grub配置iommu

iommu=pt intel_iommu=on 

4. 生成VF

# 启动网卡 ip link set p1p1 up # 查看pf的pci编号 lshw -c network -businfo # 查看网卡支持的vf数量 cat /sys/bus/pci/devices/0000:41:00.0/sriov_totalvfs # 生成vf，建议加入开机启动 echo 63 > /sys/bus/pci/devices/0000:41:00.0/sriov_numvfs 

注意：若没有屏蔽宿主的VF驱动，则在生成vf后还必须等待一会时间才能在宿主上看到所有命名完成的网卡（否则会看到一堆ethX网卡），vf数量越多需要等待时间越长，63个vf，差不多需要10秒

5. VF直通

如果qemu是通过libvirt管理的，有3种配置方法：

▷ 方法1（interface）：在devices段落里加入

上面中address的地址，可以根据“lshw -c network -businfo”来配置，比如

pci@0000:41:10.0 p1p1_0 

▷ 方法2（hostdev）：在devices段落里加入

上面中address的地址，也是根据“lshw -c network -businfo”来配置

▷ 方法3（net-pool）

为每个PF网卡定义一个net-pool，即分别编辑一个xml文件。这里仅展示一个PF，编辑sriov-int.xml

 
         
         
           sriov-int 
          
          
           
          
         

加入到libvirt net-pool、激活、并设置开机启动

virsh net-define sriov-int.xml virsh net-start sriov-int virsh net-autostart sriov-int 

虽然配置了net-autostart，但并不管用，因为物理机启动时候，经常会在启动生成vf（假设在rc.local里生成vf）之前就启动libvirt，而这个net-pool（sriov-int）本应该在vf生成后才能启动，因此建议在rc.local里增加如下内容来确保启动

ip link set p1p2 up echo 63 > /sys/bus/pci/devices/0000:41:00.0/sriov_numvfs virsh net-start sriov-int 

然后，在vm的xml里增加

3种方法如何选择

综上所述：使用方法3最便捷，但是存在bug，因此需要做好逻辑来防止vm使用vf总数超过上限的情况。

6. 开启irqbalance

x520是2队列，x710是4队列，需要在vm里启动中断平衡服务（irqbalance），否则只会有一个cpu来处理数据包。

另外，这与宿主上vf的query_rss无关。

7. VM迁移

直通网卡属于PCI设备，而libvirt和qemu却不支持带有非USB的PCI设备的vm做迁移，包括冷迁移和热迁移。因此热迁移无法实现。

冷迁移，有2种方案:

注意：不能在vm关机时候用libvirt的迁移功能，有时候会导致虚拟机消失掉，包括原宿主和新宿主

8. 带宽限速

只能限制出站带宽，无法限制入站带宽

ip link set p1p1 vf 0 max_tx_rate 100 

表示出站带宽限速100Mbps，不同网卡有差别:

▷ x520网卡最小限速11Mbps，最大限速10000Mbps，设为0表示不限速。若小于11或大于10000则会报错
▷ x710网卡最小限速50Mbps，最大限速10000Mbps，设为0表示不限速。若小于50则自动设为50，若大于10000则会报错

注意：vm关机后vf的带宽限速不会复位

9. 安全

仅支持源mac过滤和网卡mac防篡改，不支持其他安全防护（防arp欺骗就无法实现）

源mac过滤

ip link set p1p1 vf 0 spoofchk on 

表示vm里发出的包，如果源mac不是指定mac，那么数据包不允许通过。注意：vm关机后vf的spoofchk不会复位

网卡mac防篡改

在宿主上手动修改mac方法（vm关机和开机情况下都可以改）:

ip link set p1p1 vf 0 mac aa:bb:cc:dd:ee:ff 

建议:

10. 其他使用限制

11. 性能测试

测试方法：

配置：

测试结果：

测试结论：

使用SR-IOV+VF直通方式可以明显提升包转发率，1对1的测试结果看到kernel态发包可以达到3.5Mpps，收包可以达到1.9Mpps

说明：

更多测试结果：

以下测试使用的packet大小为64B

▷ kernel态，3层转发性能:发包器使用不同的source ip

▷ kernel态，2层转发性能:发包器使用不同的source mac

▷ kernel态下vxlan封装能力

▷ dpdk用户态，2层转发性能:发包器使用不同的source ip

▷ SR-IOV模式

▪ X520总量11.2Mpps，每vm为11.2Mpps/vm总数(即VF数)

总结：

注意：

12. windows虚拟机使用VF

到网卡官网下载对应驱动并安装，经测试，win2012默认就有82599（x520）驱动，但版本旧

13. 运维命令

# 查看网卡支持的vf数量 cat /sys/bus/pci/devices/0000:41:00.0/sriov_totalvfs # 宿主屏蔽VF驱动后查看vf和pf的对应 https://github.com/intel/SDN-NFV-Hands-on-Samples/blob/master/SR-IOV_Network_Virtual_Functions_in_KVM/listvfs_by_pf.sh 载下来后执行./listvfs_by_pf.sh即可 # 宿主屏蔽VF后查看哪些VF正在被使用 yum install dpdk-tools dpdk-devbind --status # 查看网卡对应哪个socket lstopo-no-graphics # lspci查看网卡信息 lspci -Dvmm|grep -B 1 -A 4 Ethernet # 宿主上查看具体VF流量（仅支持x520，x710查不到） ethtool -S p1p1 | grep VF 

14. 宿主屏蔽VF驱动

echo "blacklist ixgbevf" >> /etc/modprobe.d/blacklist.conf 

表示当物理机启动时候，默认不加载ixgbevf驱动，但是如果手动modprobe ixgbevf，则也会加载驱动。

如果当前已经加载了ixgbevf，想卸载，则需要如下步骤

echo 0 > /sys/bus/pci/devices/0000:41:00.0/sriov_numvfs rmmod ixgbevf echo 63 > /sys/bus/pci/devices/0000:41:00.0/sriov_numvfs 

附. 包转发率测试方法

modprobe pktgen：发包通过pktgen来发，收包通过sar -n DEV来看，发的是udp包

#!/bin/bash NIC="eth1" DST_IP="192.168.1.2" DST_MAC="52:54:00:43:99:65" modprobe pktgen pg() { echo inject > $PGDEV cat $PGDEV } pgset() { local result echo $1 > $PGDEV result=`cat $PGDEV | fgrep "Result: OK:"` if [ "$result" = "" ]; then cat $PGDEV | fgrep Result: fi } # Config Start Here ----------------------------------------------------------- # thread config # Each CPU has own thread. Two CPU exammple. We add ens7, eth2 respectivly. PGDEV=/proc/net/pktgen/kpktgend_0 echo "Removing all devices" pgset "rem_device_all" echo "Adding ${NIC}" pgset "add_device ${NIC}" # device config # delay 0 means maximum speed. CLONE_SKB="clone_skb " # NIC adds 4 bytes CRC PKT_SIZE="pkt_size 64" # COUNT 0 means forever COUNT="count 0" DELAY="delay 0" PGDEV=/proc/net/pktgen/${NIC} echo "Configuring $PGDEV" pgset "$COUNT" pgset "$CLONE_SKB" pgset "$PKT_SIZE" pgset "$DELAY" pgset "dst ${DST_IP}" pgset "dst_mac ${DST_MAC}" # Time to run PGDEV=/proc/net/pktgen/pgctrl echo "Running... ctrl^C to stop" pgset "start" echo "Done" # Result can be vieved in /proc/net/pktgen/eth[3,4] 

pktgen-dpdk

# 固定ip固定mac set 0 dst ip 192.168.10.240 set 0 src ip 192.168.10.245/24 set 0 dst mac c8:1f:66:d7:58:ba set 0 src mac a0:36:9f:ec:4a:28 # 可变source ip可变source mac stop 0 range 0 src ip 192.168.0.1 192.168.0.1 192.168.200.200 0.0.0.1 range 0 dst ip 10.1.1.241 10.1.1.241 10.1.1.241 0.0.0.0 range 0 dst mac c8:1f:66:d7:58:ba c8:1f:66:d7:58:ba c8:1f:66:d7:58:ba 00:00:00:00:00:00 range 0 src mac a0:36:9f:ec:4a:28 a0:36:9f:ec:4a:28 a0:36:9f:ec:ff:ff 00:00:00:00:01:01 range 0 src port 100 100 65530 1 range 0 dst port 100 100 65530 1 range 0 size 64 64 64 0 enable 0 range enable 0 latency start 0 # 按50%的速率发包 set 0 rate 50 

附. 参考文档

# openstack关于sriov的限制
https://docs.openstack.org/mitaka/networking-guide/config-sriov.html

# 迁移
https://wenku.baidu.com/view/d949db67998fcc22bcd10dfd.html
https://www.chenyudong.com/archives/live-migrate-with-pci-pass-through-fail-with-libvirt-and-qemu.html

# sriov配置
https://access.redhat.com/documentation/en-us/red_hat_enterprise_linux/6/html/virtualization_host_configuration_and_guest_installation_guide/sect-virtualization_host_configuration_and_guest_installation_guide-sr_iov-how_sr_iov_libvirt_works

# 线速
http://netoptimizer.blogspot.tw/2014/05/the-calculations-10gbits-wirespeed.html