VFIO

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

概述

参考：

Linux 内核文档，驱动 API - VFIO

许多现代系统现在都提供 DMA 与中断重映射设施，帮助确保 I/O 设备在其被分配的边界内活动。这类设施包括带 AMD-Vi 和 Intel VT-d 的 x86 硬件、带 Partitionable Endpoints（PE）的 POWER 系统，以及像 Freescale PAMU 这样的嵌入式 PowerPC 系统。

Virtual Function I/O(简称 VFIO) 驱动程序是一个与 IOMMU 设备无关的框架，用于在受 IOMMU 保护的安全环境中向用户空间提供直接访问设备的能力。换句话说，这允许安全非特权用户空间驱动程序。

人话

可以让用户空间的进程直接控制物理硬件设备，而不用经过内核。比如 DPDK 可以通过 vfio 模块，让使用 DPDK 的程序略过内核直接控制网卡，进而避免了流量过大导致的内核软中断过高的问题。

我们为什么要这样做？虚拟机在配置为追求尽可能高的 I/O 性能时，常会采用直接访问设备的方式（i.e. device assignment(设备分配)，把宿主机的硬件设备设备直接分配给虚拟机）。从设备和宿主的视角看，这相当于把该虚拟机变成了一个用户态驱动，换来延迟显著降低、带宽更高，以及可以直接复用裸机设备驱动。

某些应用，尤其是高性能计算领域的应用（e.g. DPDK），同样能受益于用户空间中低开销的直接设备访问。这类应用包括网络适配器（往往不是基于 TCP/IP 的）和计算加速器。在 VFIO 出现之前，这些驱动要么必须走完整的开发流程、变成正式的上游驱动，要么在树外维护，要么改用 UIO 框架，而 UIO 没有 IOMMU 保护的概念、中断支持有限，并且访问 PCI 配置空间这类资源需要 root 权限。

VFIO 驱动框架的意图是把这些做法统一起来：一方面取代 KVM 中专用于 PCI 的设备分配代码，另一方面提供比 UIO 更安全、功能更丰富的用户态驱动环境。

DMA

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

概述

参考：

Wiki, Direct memory access

Direct Memory Access(直接内存访问，简称 DMA) 是一种让硬件子系统直接访问内存的方式

通过 DMA 可以让应用程序直接通过内存管理硬件。没有 DMA 之前，应用程序需要通过 CPU 来读取硬件信息，但是这会占用大量 CPU 时间，导致系统整体性能无法提高。

使用 DMA 的方式，各种应用程序就可以绕过 CPU 直接访问内存中的硬件数据，e.g. DPDK、etc.

IOMMU

参考：

Wiki, Input-Output Memory Management Unit

Input-Output Memory Management Unit(输入输出内存管理单元，简称 IOMMU)

需要在 BIOS 中控制 IOMMU 的开关

Iommu on 断念梦的站点

VFIO

概述

DMA

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IOMMU