虚拟机设备直通的两种方式(Working in Progress)

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内容系本人学习、研究和总结，如有雷同，实属荣幸！

pci passthrough

• 概念
  
  • 允许guest排他使用host上的某个PCI设备，就像将该设备物理连接到guest上一样。
    
• 使用场景
  • 提升性能（如直通网卡和显卡）
    
  • 降低延迟（避免数据丢失或丢祯）
    
  • 直接利用bare-metal上设备的驱动
• 用法1
  需要CPU支持VT-d。主板也支持该技术。
  
  • 预先配置：
    
    • 打开bios中的VT-d设置。
    • 激活kernel中参数配置kernel /vmlinuz-2.6.18-190.el5 ro root=/dev/VolGroup00/LogVol00 rhgb quiet intel_iommu=on
  • 直通配置方法
    • libvirt

    1. 识别设备  
    # virsh nodedev-list --tree |grep pci
    2. 获取设备xml   
    ```# virsh nodedev-dumpxml pci_8086_3a6c```
    3. detach设备  
    ```# virsh nodedev-dettach pci_8086_3a6c```
    4. 修改虚拟机xml文件(将dumpxml查询到的bus,slot,function填入） 
    <devices>
    ......
    <hostdev mode='subsystem' type='pci' managed='yes'>
     <source>
       <address domain='0x0000' bus='0x03' slot='0x00' function='0x0'/>
     </source>
    </hostdev>
    ......
    </devices>
    5. 启动虚拟机  
    

    • qemu

    1. unbind pci设备  
      modprobe pci_stub
      lspci -D -nn查询pci设备(domain,slot,bus,function)和(vendor id, device id )
      以设备(01:00.0, vendor & device ID 8086:10b9)为例：
      echo "8086 10b9" > /sys/bus/pci/drivers/pci-stub/new_id
      echo 0000:01:00.0 > /sys/bus/pci/devices/0000:01:00.0/driver/unbind
      echo 0000:01:00.0 > /sys/bus/pci/drivers/pci-stub/bind
    2. 启动虚拟机
      -device pci-assign,host=01:00.0
    

• 如何将直通设备对应
  host上直通设备与虚拟机中设备对应关系确定方法。
  可以通过hostdev中增加address(不是source中的address)确定设备在虚拟机中的挂载路径。
  虚拟机种通过lspci查看即可对应起来。
  

http://www.linux-kvm.org/page/How_to_assign_devices_with_VT-d_in_KVM

pci passthrough(VFIO)2

VFIO在kernel3.6/qemu1.4以后支持,目前只支持PCI设备。
VFIO是一套用户态驱动框架，提供两种基本服务：

• 向用户态提供设备访问接口
  
• 向用户态提供配置IOMMU接口
  

VFIO可以用于实现高效的用户态驱动。在虚拟化场景可以用于device passthrough。
通过用户态配置IOMMU接口，可以将DMA地址空间映射限制在进程虚拟空间中。
这对高性能驱动和虚拟化场景device passthrough尤其重要。

相对于传统方式，VFIO对UEFI支持更好。
VFIO技术实现了用户空间直接访问设备。无须root特权，更安全，功能更多。
http://lwn.net/Articles/509153/http://lwn.net/Articles/474088/https://www.ibm.com/developerworks/community/blogs/5144904d-5d75-45ed-9d2b-cf1754ee936a/entry/vfio?lang=en

• 操作方法
  • 安装kernel module
    sudo modprobe vfio
    sudo modprobe vfio-pci
    
  • 设备unbind

    1. 查看iommu_group及其下所有设备
    cd /sys/bus/pci/devices/0000:0d:00.0/
    readlink iommu_group    #查看iommu_group名字
    ll iommu_group/devices  #查看iommu_group下设备
    2. 需要将iommu_group下所有设备unbind并添加到iommu_group中  
    echo 0000:0d:00.0 > /sys/bus/pci/devices/0000:0d:00.0/driver/unbind   
    echo 1180 e823 > /sys/bus/pci/drivers/vfio-pci/new_id   
  

  • 启动虚拟机

    -device vfio-pci,host=0000:03:00.0
  

  参考http://blog.csdn.net/richardysteven/article/details/9008971

IOMMU

IOMMU：input/output memory management unit。
连接DMA io bus和主存，完成从设备虚拟地址到物理地址的映射。以及提供对故障设备的内存保护的功能。

• 优点
  • 由于IOMMU的映射，可以将多个不连续的物理地址映射为大块连续的地址供设备使用，便于简化驱动设计
    
  • 使旧设备（32bit设备）可以使用高位地址。（可以改善内存使用，提高性能）
    
  • 内存保护，避免设备使用不属于它的地址
    
  • 提供硬件中断remapping功能
    
• 缺点
  • 地址转换和管理开销带来的性能降级
    
  • 消耗物理内存
    
• 虚拟化中的应用
  一般来说，由于内存地址不同，虚拟机中的操作系统无法直接访问host上的设备。
  通过IOMMU，可以将设备地址在虚拟机中和host中映射为相同的支持，供虚拟机使用。这种做法也可以缓解IO delay。