IntelVTforDirectedIO概覽

1、In telVT for Directed I/O 概覽上述所有I/O虛擬化模式都有一個共同的要求，那就是能夠?qū)⒃O(shè)備訪問隔離和限制到由分區(qū)管理設(shè)備所擁有的資源范圍內(nèi)。Intel VT for Directed I/O為虛擬機管理器軟件提供 了下面幾項功能：? I/O設(shè)備分配：用于靈活分配I/O設(shè)備到虛擬機，并針對 I/O操作擴展和隔離虛擬機的特性? DMA重映射：支持對設(shè)備 Direct Memory Accesses (DMA)的獨立地址轉(zhuǎn)譯?中斷重映射：用于將分離中斷請求并將其路由到合適的虛擬機上?可靠性：用于記錄和報告給系統(tǒng)軟件可能損壞內(nèi)存或者影響虛擬機分離的DMA和中斷錯誤。DMA重映

2、射的硬件支持為了普及I/O虛擬化，使其適用于不同處理器架構(gòu)和操作系統(tǒng)，本文將“域”定義為一個平臺中的抽象分離環(huán)境，主機物理內(nèi)存的子集分配到其中。DMA重映射提供了分離設(shè)備訪問到內(nèi)存的硬件支持，讓系統(tǒng)中的每個設(shè)備都可以通過一個獨特的I/O頁表格集分配到特定的域中。當設(shè)備要訪問系統(tǒng)內(nèi)存的時候，DMA重映射硬件會截取這個訪問請求，利用I/O頁表格來決定是否允許這次訪問；它還決定了訪問的實際位置。頻繁使用的I/O頁表格結(jié)構(gòu)被緩存在硬件中。DMA重映射可以針對每個設(shè)備獨立配置，或者在多個設(shè)備之間共同配置。操作系統(tǒng)使用 DMA重映射操作系統(tǒng)利用DMA重映射有以下幾種途徑：?操作系統(tǒng)保護：操作系統(tǒng)可以定義一

3、個包括其關(guān)鍵代碼和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的域，并將來自系統(tǒng)中所有I/O設(shè)備的訪問限制在這個域中。這讓操作系統(tǒng)可以限制錯誤或者非故意的數(shù)據(jù)代碼損壞，從而提高操作系統(tǒng)的強健性和可靠信。?功能支持：操作系統(tǒng)會利用域來更好地管理來自傳統(tǒng)設(shè)備到高內(nèi)存的DMA例如，32位PCI設(shè)備訪問內(nèi)存在4GB以上)。這是通過編程I/O頁表格來重新將來自這些設(shè)備的DMA映射到高內(nèi)存。如果沒有這一支持的話，軟件必須通過操作系統(tǒng)“回彈緩沖”進行數(shù)據(jù)拷貝。?DMA隔離：操作系統(tǒng)通過創(chuàng)建多個域、給每個域分配一個或者多個I/O設(shè)備來管理I/O。每個設(shè)備驅(qū)動程序明確地注冊操作系統(tǒng)I/O緩沖器，操作系統(tǒng)將這些I/O緩沖器分配給特定的域，利用硬件來

4、強制實施 DMA域保護。見下表。Device DMA without isolationDevk?&DMA isolated using DMA r&mapprng hardware操作系統(tǒng)使用DMA重映射實例虛擬管理器使用 DMA!映射I/O虛擬化的純軟件方法的局限性可以通過直接將I/O設(shè)備分配到分區(qū)來進一步完善。通過折衷方法，被分配 I/O設(shè)備的驅(qū)動程序只運行在它所分配到的分區(qū)內(nèi)，并且可以與設(shè)備硬件進行直接通信，只需要極少甚至不需要虛擬機管理器的參與。DMA重映射的硬件支持可以實現(xiàn)這種直接的設(shè)備分配，而無需對虛擬機管理器的專門設(shè)備知識。見下表。pirtual Machine

5、 (0)QuectOSVirtuai Machin?朗) i臓i i笹ilj river 1m気 Lrtual D 訓(xùn)uredriver »rVirtyalDewiccSVirtual Mactiine <01呻P I | App |QUMtOSDrjiur'/irtual Machine (n)|Quest OSDevice BDriverVirtya Devices EmfefUi-aLo n；rOevkCft ADover1危Dev ice 8DriverTVirtuallMachine Monitor (VMMi or Hosii-g OSDevice 0Dev

6、ic# A'恥 丫認:hifle Monitor (VMM) or He 至頂甲 btinO£1 MA-Remapping Hardware1口匚Deww：& ADeDirtcf AssigAfflemcM.'G DeicesEiaip e Sotware-toas?'?I/O ViMualizalionDMA重映射的虛擬化使用實例虛擬機管理器在這種模式下，虛擬機管理器限制本身能夠直接分配設(shè)備到他們的分區(qū)。只有當客戶軟件訪問那些影響系統(tǒng)功能和分離的被保護資源（例如配置訪問、中斷管理等） 時才被調(diào)用，而不是在接收到來自一個分區(qū)的所有I/O請求時才調(diào)用。為了支持I/O設(shè)備的直接分配，虛擬機管理器必須強制分離DMA青求。I/O設(shè)備可以被分配到域中，DMA重映射硬件可被用于將來自I/O設(shè)備的DMA限制在這個域所擁有的物理內(nèi)存。對于被重新定位在物理內(nèi)存中的域來說，DMA重映射硬件可以通過編程來執(zhí)行必要的轉(zhuǎn)譯