I/O 虚拟化重新定义PCI Express功能

过去PCI Express汇流排还是无法因应高效能储存与网路设备的特殊I/O需求，不过PCI-SIG 工作小组正在研议的新规格将加入I/O虚拟化功能，使得多重CPU的系统组态可共享周边及端点装置，让PCI Express更具竞争优势。PCIe加入I/O虚拟化功能
过去几年，PCI Express（以下简写为PCIe）汇流排逐渐成为一种具高效率、高成本效益、适用于网路应用设计的平台。PCIe的发展是为了克服以往并列式（Parallel）电脑汇流排架构在效能、扩充性以及组态等各方面所受的限制，新的这种通用型序列I/O的连结技术，已被广泛受到企业型、桌上型、行动、通讯及嵌入式等各项应用领域的设计采用。仅管普及度已相当广泛，业界却普遍认为：PCIe汇流排的效能还是无法因应高效能储存与网路设备所需特殊I/O的需求。

不过，PCIe标准的延伸规格正努力改变这种想法。PCI-SIG 工作小组正在研议新的规格，即将为PCIe加入I/O虚拟化功能，这项新功能可让网路管理者在不同CPU间或CPU群组对周边元件的资源及端点（End Points）进行虚拟化或分享。  I/O虚拟层级
基本PCIe拓扑有专属的端点对应至特定的Root Complexes。在这样的环境中，网路架构中的每个实体端点都对应连到一个系统映像（System Image），且无法被分享。而以新的规格定义，Root Complex拓扑规格则提供两个层级的I/O虚拟。第一个层级称为 Single-Root I/O 虚拟（IOV），由实体端点本身提供虚拟的功能。这个端点可以支援一个或多个虚拟端点（VE；Virtual Endpoints），并利用各种机制让每个虚拟端点（VE）从不同的系统映像（System Images）与直接存储器存取（DMA；Direct Memory Access）的来源直接进行I/O与存储器的作业，在不会干预执行过程的情况下，完成与中断系统映像的作业。

第二个层级称为 Multi-Root（多根） IOV，运用Multi-Root（MR）交换器与MR端点来延伸虚拟化功能。MR交换器与MR端点都有相关机制，让多个Root Complex与系统映像能分享共同的端点。
　

多根（multi-root）I/O虚拟的系统模式
　  I/O 虚拟化的优势
I/O 带来许多相当具有吸引力的好处。第一，也是最重要的一点，它能用来改善系统的使用效率。每个虚拟系统都需要自己专属的I/O资源，在许多实体组态中，客户端或伺服器上I/O插槽的数量，可能不敷每个虚拟系统及需要专属I/O端点的需求。有了足够的实体I/O端点，这种拓扑架构便可以让虚拟系统能分享使用率偏低的端点。

此外，将I/O资源集中管理，不但能增加I/O的扩充性，同时还能简化网路的管理作业。伺服器能适时控制对资源的存取。而且由于I/O透过集中式交换器管理，网路管理员能更轻易且有效率地配置各项资源。

I/O虚拟化的集中管理模式，让网路管理员可以对网路I/O的流量平衡及频宽管理进行最佳化管理。若虚拟系统需要更多的频宽，网路管理员可配置较多的实体端点容量给该虚拟系统。若虚拟系统比正常使用情形，消耗了更多的I/O资源，管理员也可以将其使用设定降低至预设值。

最后一项好处，I/O虚拟化亦有助于增进网路的可靠度。藉由消弭网路基础架构中多余的周边与连结埠，并减少网路中元件的使用数量，便能大幅降低失败率。由于网路管理员能根据效能需求，妥善配置I/O资源，故能减少介面卡、线路、以及连结埠的使用数量，因此I/O虚拟化可大幅降低网路成本。

伺服器与储存产业的大多数厂商将PCIe视为一种桥接或过渡的技术。他们相信未来的系统将採用能提供非常专业化功能的一种新汇流排架构，以支援高效能网路环境对特殊I/O的需求。而PCIe加入I/O虚拟化功能必将改变这种看法。藉由这项新功能的加入，使得多重CPU的系统组态可共享周边及端点装置，且随着PCIe汇流排已大量被采用，以及愈来愈多相关共生系统厂商的支持所带来的成本效益，PCIe将具备无与伦比的竞争优势。