PCIe SR-IOV：爲什麼需要SR-IOV
1. SR-IOV的最終目標
終極目標：提高硬件資源利用率。
2 發展歷程
2.1 原始狀態v1.0
上圖展示了在沒有引入任何虛擬化技術時，一個PCIe系統的狀態。它主要有以下組件構成：
- 處理器：可以是通用處理器、嵌入式處理器、專用處理器等等。
- 內存
- PCIe Root Complex（RC）：一個平臺系統下，可以包含一個或多個RC。
- PCIe Root Port（RP）：每個RC可以支持一個或多個RP。每個RP代表了一個獨立的層次結構。SR-IOV中的SR（single root）就是指只有一個RP的場景。
- PCIe Switch：用於PCIe擴展，即允許連接更多的PCIe設備或PCIe Switch。
- PCIe Device：PCIe設備終端，可以是網卡、存儲等等。
- System Image：操作系統。
既然是原始狀態，那麼也就意味着當前系統狀態的硬件資源利用率存在可優化的空間，因此衍生出了進化版v2.0。
2.2 進化版v2.0
爲了在不改變硬件的情況下提升資源利用率，在硬件資源和System Image之間增加一個虛擬化中間層（Virtualization Intermediary，簡稱VI）。與此同時，System Image的數量也增加了（此時的SI可以看做是運行在服務器上的多個虛擬機）。
這種系統架構下，VI負責管理所有硬件並將硬件虛擬化之後提供給SI。每個SI可以使用的硬件資源可以根據負載或者用戶需求進行調整。這種架構可以應對許多使用場景，但是由於每一筆I/O操作都需要VI層的參與，導致性能明顯下降，因此在I/O性能要求較高的場景下很難滿足需求。
基於當前架構的侷限性，PCI-SIG開發出了SR-IOV技術。
2.3 進化版v3.0 —— SR-IOV
SR-IOV的優點：
- 主要數據傳輸階段（DMA、內存空間訪問、中斷處理等）不再需要VI的參與，明顯提升了性能。
- 通過SR-PCIM（Single Root PCI Manager）對SR-IOV資源進行標準化配置和管理。
- 只需要比較少的硬件投入，就可以在一個設備中添加大量的I/O Function支持。
- 能夠將SR-IOV與其他I/O虛擬化技術集成在一起，從而創建健壯、完整的I/O虛擬化解決方案。相關的虛擬化技術包括：Address Translation Services (ATS)、Address Translation and Protection Table (ATPT)技術、interrupt remapping technologies。
SR-IOV架構中新增的組件：
- Single Root PCI Manager（SR-PCIM）
軟件實現。負責SR-IOV capability的配置、PF和VF的管理、錯誤事件的處理、設備的統籌管理（例如電源管理、熱插拔等）。
- Optional Translation Agent（TA）
硬件實現或者軟硬件聯合實現。負責將PCIe事務中的地址轉化成實際的物理地址。TA中可能包含Address Translation Cache，用於加速地址轉換表的訪問。TA可能支持Address Translation Services（ATS），ATS能夠使PCIe Function在開啓DMA之前預先獲取目標內存的地址轉換關係。如果PCIe事務表明他們包含了轉換之後的地址，那麼就可以省略address translation的查表過程，所以，ATS能提升性能。
- Optional Address Translation and Protection Table（ATPT）
ATPT就是存放地址轉換關係的表，供TA訪問。
- Optional Address Translation Cache（ATC）
本質就是Cache，能夠加速Address Translation的查表效率。
- Optional Access Control Services（ACS）
ACS能夠決定一個TLP能夠routed normally，blocked或者redirected。在SR-IOV系統中，還能防止屬於VI或者不同SI的設備Function之間直接通信。（這個不太理解，以後再細研究）
- Physical Function（PF）
PF就是支持SR-IOV capability，並且能被SR-PCIM、VI或者SI訪問的PCIe Function。
- Virtual Function（VF）
VF是一個輕量級的PCIe Function，能夠被SI直接訪問。
VF中與主要數據傳輸有關的資源可以被VI直接訪問。配置資源（Configuration resources）應該只允許被受信任的軟件訪問，例如VI，SR-PCIM。
參考資料：《Single Root I/O Virtualization and Sharing Specification Revision 1.1》