在AMD平台上实现KVM虚拟化技术 (27)

yesxx

IOMMU

采用 virtIO 设备比仿真物理设备的方式会急剧的减小因 MMIO 和 PIO 截取而导致的 VMEXIT 数量，因此客操作系统性能会有明显的提升。但 virtIO 方式仍然没有摆脱这种由 VMM 层来实现 IO 设备行为的架构，客操作系统和 VMM 之间仍然存在必不可少的交互操作，让 virtIO 的性能难以提升到真实物理设备所能提供的能力。让客操作系统直接使用 PCI设备 ( 或称 PCI-passthrough) 是最大化其 IO 性能的方式linux。

然而，如果没有特殊的硬件支持，让客操作系统直接使用 PCI 设备会带来问题。 第一个问题是，PCI 设备通过 DMA 方式访问内存，最终需要向 DRAM 控制器发出一个有效的物理地址，即 hpa， 但是运行在客操作系统上的设备驱动，其向设备的 DMA 控制寄存器写人的必然是一个 gpa， 这种地址的差别如何解决？第二个问题是对 DMA 的地址和设备的中断控制的问题，如何防止客操作系统恶意地设置用于 DMA 的地址和或通过 PCI 配置空间发起恶意的中断linux。

在 AMD 平台上，IOMMU 就是解决虚拟机直接使用物理设备问题的技术。在物理上，IOMMU 就是一个针对于外围设备的内存管理单元，相似于 CPU 上的 MMU。 AMD IOMMU 提供如下功能linux：

• 地址翻译。

• 隔离和访问控制。

在 IOMMU 出现之前，x86 上的 GART 硬件实际上已经提供了一定的地址翻译功能。GART 和 IOMMU 相比，在地址翻译上局限性比较大，第一个局限是 GART 只能将其 Aperture 空间的地址翻译成随意的物理地址， 每个使用 GART 的设备必须从 Aperture 申请空间，由于 Aperture 空间的局限性，GART 一般只是用于由 AGP 卡linux独立使用，进行数据拷贝的情形； 第二个局限就是 GART 不具备地址空间隔离能力，所有的设备只能通过一个翻译表将 Aperture 地址空间翻译成其他物理地址区域，无法阻止一个设备的驱动使用另外一个设备的 Aperture 范围。详细：http://www.51rhca.com/archives/580

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