为提高服务器里虚拟机收发报文的性能和伸缩性，解决I/O虚拟化的最后一公里的问题，提出了基于硬件的SR-IOV虚拟化解决方案。SR-IOV标准允许在虚拟机之间高效共享PCIe（快速外设组件互连）设备，并且它是在硬件中实现的，可以获得能够与本机性能接近的I/O性能。

SR-IOV（Single-Root I/O Virtualization，单根 I/O 虚拟化）是 PCI-SIG 推出的一项标准，定义了一种 PCIe 设备虚拟化技术的标准机制，是 “虚拟通道” 的一种技术实现，用于将一个 PCIe 设备虚拟成多个 PCIe 设备，每个虚拟 PCIe 设备都具有自己的 PCIe 配置空间，如同物理 PCIe 设备一样为上层软件提供服务。

SR-IOV 技术是一种基于物理硬件的虚拟化解决方案，可以提高物理 I/O 设备（常见的是网络适配器）的性能与可扩展性。SR-IOV 技术允许在虚拟机之间高效共享 PCIe 设备，由于 SR-IOV 技术是基于硬件实现的，可以使虚拟机获得与宿主机媲美的 I/O 性能。

SR-IOV 虚拟出来的通道分为两个类型：

• PF（Physical Function，物理功能）：管理 PCIe 设备在物理层面的通道功能，可以看作是一个完整的 PCIe 设备，包含了 SR-IOV 的功能结构，具有管理、配置 VF 的功能。

• VF（Virtual Function，虚拟功能）：是 PCIe 设备在虚拟层面的通道功能，即仅仅包含了 I/O 功能，VF 之间共享物理资源。VF 是一种裁剪版的 PCIe 设备，仅允许配置其自身的资源，虚拟机无法通过 VF 对 SR-IOV 网卡进行管理。所有的 VF 都是通过 PF 衍生而来，有些型号的 SR-IOV 网卡最多可以生成 256 个 VF。

简而言之，每个 VF 就像是物理网卡硬件资源的一个切片，而 PF 则是对所有物理网卡硬件资源的统筹者，包括管理众多 VF 可以协同工作。

SR-IOV 的实现依赖硬件和软件两部分，首先，SR-IOV 需要专门的网卡芯片和 BIOS 版本，其次上层 Hypervisor 还需要安装相应的驱动。这是因为，只有通过 PF 才能够直接管理物理网卡的 I/O 资源和生成 VF，而 Hypervisor 要具备区分 PF 和 VF 的能力，从而正确地对网卡进行配置。

当 Hypervisor 识别出一个 VF 后，会通过 PF 来管理和配置 VF 的 I/O 资源。对于 Hypervisor 来说，VF 如同普通的 PCIe 网卡一般，安装相应驱动后就能够直接使用。假设一台服务器上安装了一个单端口 SR-IOV 网卡，这个端口生成了 4 个 VF，则 Hypervisor 就得到了四个以太网连接。

在 SR-IOV 的基础上，通过进一步利用 Intel VT-d 或 AMD IOMMU（Input/Output Memory Management Unit）技术，可以直接在虚拟机和 VF 之间做一对一的映射（PCI-Passthought）。在这个过程中，Hypervisor 的软件交换机被完全 Bypass 掉，从而实现低延时和近线速。同 VMware 的 VM DirectPath 相比，这种方式即实现了虚拟机对 VF 硬件资源的直接访问，又无需随着虚拟机数量的增加而增加物理网卡的数量。

缺省情况下，SR-IOV 网卡的 VF 处于禁用状态，此时 PF 充当传统的 PCIe 设备。一旦启用了 VF，PF 通过寄存器创建 VF，并通过 PF 的总线、设备和功能编号（路由 ID）访问各个 VF 的 PCIe 配置空间。每个 VF 都具有一个 PCIe 内存空间，用于映射其寄存器集。VF 设备驱动程序对寄存器集进行操作以启用其功能，并且显示为实际存在的 PCIe 设备。

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