一.Inetl VT-d 技術介紹

? ? ? Intel VT-d的全稱是Intel Virtualization Technology for Direct I/O，它是Intel虛擬化技術的一部分，主要針對的是I/O子系統，它的實現主要是通過在硬件上引入重定向單元，該硬件重定向單元用于對I/O子系統的DMA操作和中斷傳遞進行重定向，從而輔助VMM（Virtual Machine Monitor）實現I/O子系統的虛擬化。

? ? ? VT-d是一個位于CPU、內存和I/O設備之間的硬件設備，通常位于PCI設備樹的根部，或者類似的位于I/O子系統的根部，當VT-d重定向硬件設備啟用的時候，它會攔截位于它下面的所有I/O設備產生的中斷請求和通過DMA方式對虛擬機內存訪問的請求，然后通過查找中斷重定向表或者I/O頁表的方式（類似分頁機制）來重新定位中斷轉發的目標LAPIC或者是I/O設備訪問的目標主機物理內存地址。如下圖所示：

二.I/O 虛擬化的實現方式

? ? ? 一般情況下VMM支持I/O虛擬化可以通過以下四種方式實現：

純軟件模擬。即VMM的軟件模擬一個現有的I/O設備，這種方式具有較好的兼容性，但是純軟件模擬在性能和功能上就表現得比較差了。

還是純軟件模擬，但是引入新的I/O操作接口，這些接口針對I/O虛擬化進行一定的優化，這樣雖然能夠解決一定的性能問題，但是兼容性問題又出現了，因為需要使用新的操作接口。

硬件分配，直接將I/O設備分配給某個VM（Virtual Machine），這樣只有指定的VM能夠使用該I/O設備，并且I/O設備的驅動位于VM中，并且VM能夠直接對I/O設備進行操作，這樣性能和兼容性都能達到最佳，但是一個I/O設備只能給一個VM使用。

I/O設備分享，這是硬件分配方式的一種擴展，主要還是需要I/O設備本身需要支持一定的功能，如能夠同時提供多個功能接口，比如PCIe設備的SR-IOV功能，即PCIe設備本身能夠將一個物理PCIe設備，變成多個邏輯設備，這多個邏輯設備共享該PCIe設備上的物理資源，并且可以獨立地分配給不同的VM。

? ? ? 以上I/O虛擬化的一個通用要求就是要求VMM能夠將屬于不同VM的I/O設備安全地隔離起來，即需要滿足以下兩方面的要求：

屬于一個VM的vCPU無法訪問到屬于另外一個VM的I/O設備，這可以通過VMX（Virtual Machine Extension）中的EPT（Extended Page Table）功能來實現，即VMM可以通過軟件配置，將虛擬機物理內存，即Guest Physcial Address映射到不同的主機內存區域，即Host Physical Address。

屬于一個VM的I/O設備不能訪問到屬于其他VM的內存或者向屬于其他VM的中斷控制器發送中斷。如果是純軟件模擬的方式，則VMM也可以通過純軟件的方式來控制I/O設備訪問內存（如DMA）和發送中斷的行為。但是如果采用硬件分配的方式，則就需要在硬件上對I/O設備訪問內存和發送中斷的行為進行攔截，然后重定向到指定的VM中，這就是VT-d派上用場的時候了。

? ? ? VMM軟件負責I/O設備的分配，即將指定I/O設備和相應的VM對應起來，并且負責建立中斷重定向關系表和I/O地址轉換頁表，并將這些轉換關系的配置設置到VT-d硬件設備上，而I/O設備發起的中斷請求或者DMA內存訪問請求中帶有相應設備的ID，這樣VT-d硬件單元就可以通過硬件查找的方式將不同的I/O設備中斷和內存訪問請求重定向到相應的VM上，從而達到隔離不同VM的I/O設備的目的。

總的來說，VT-d的主要功能就是將I/O設備的 DMA 訪問請求和中斷請求重定向到 VMM 設定好的 VM 中。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的IO虚拟化——Intel VT-d原理的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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