PCIe【6】SR-IOV

1. 概述

SR-IOV: Single Root I/O Virtualization and Sharing，其中Single Root是指单个PCIe的RC。

分类：

1. 直通（Passthrough，PT）

2. vGPU透传

下图展示了通用的虚拟化平台配置（9.2）和使用SR-IOV和I/O虚拟化支持技术（IOV Enablers）的平台配置（9.3）。

VI（Virtualization Intermediary）通常指hypervisor之类的虚拟化管理软件，数据包需要通过VI进行转发，无法直接访问物理设备，资源管理和分配主要由hypervisor完成，它负责协调不同虚拟机之间的通信和资源使用。

使用SR-IOV技术，每个虚拟机可以直接访问物理PCIe设备上的虚拟功能（VF），而不需要通过hypervisor转发数据包。数据包可以直接从虚拟机发送到对应的VF，再由VF处理后发送到物理设备，减少了I/O操作的延迟。资源分配管理上，除了hypervisor的作用外，还利用了硬件级别的地址翻译和保护机制（如ATPT）来增强资源管理和安全性。

• AT/ATPT/ATC/ACS

• PF/VF，均存在于物理机上。每个PCIe Device最多可支持256个Functions。每个Function都包含其单独的配置空间和BAR。

  • PF (Physical Function)：这是物理设备的主要功能接口，存在于物理机上，并负责整个物理设备的管理和配置。对于单功能的PCIe设备，其所有PF一般是同一类型；而对于多功能的PCIe设备来说，其PF可能是不同的类型。

  • VF (Virtual Function)：这是从PF中派生出来的轻量级PCIe功能，也存在于物理机上。每个VF可以被单独分配给一个虚拟机。从虚拟机的视角来看，VF会被识别为一个标准的PCIe设备。VF可以被不同的SI串行共享。VF从1开始编号。

Single PF with N VFs

2. SR-IOV Extended Capability

VF不支持I/O space。SR-IOV Extended Capability 只能存在于Type 0型的配置空间中。

System Page Szie字段由PF所使用，表示用什么页面大小映射VF的PCIe地址，每个VF BAR定义的内存空间孔径要和该字段对齐。因此，改变系统页大小可能会影响VF BAR内存空间孔径尺寸。

所有和给定PF关联的VF共享同样的VF BAR（虚拟功能地址总线），并在SR-IOV扩展功能中共享一个VF MSE(Memory Space Enable)位，去控制VF的内存空间的访问。

VF BAR0, VF BAR1, ... VF BAR5(24h...38h)

定义基地址寄存器BAR，读取方式是将所有位写入1并按照7.5.1.2.1节所述的方式读回BAR的内容。

VF的BAR[n]空间是通过PF的SR_IOV Capability中的每个VF_BAR[n]来分配的，和VF Configuration Space的BAR无关。

上述的VF_BAR[n]行为上是和常规的BAR是一样的，但是PF的VF_BAR的地址空间分配之后，代表的含义与PF自己的BAR不同。VF_BAR对应的是PF关联的每个VF的BAR空间。VF1的BAR空间完全与PF的VF_BAR地址空间相同，也就是PF的VF_BAR[0-5]空间刚好就是对应第一个VF的BAR[0-5]。后续的VFn空间则一次在VF1的BAR[n]后一次排列，且大小相同。如下图所示。