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從VT-x到VT-d Intel虛擬化技術(shù)發(fā)展藍圖

　更新時間：2007-12-26 9:53:26 �。� 編輯：映君）

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從VT-x到VT-d Intel虛擬化技術(shù)發(fā)展藍圖

　　I/O虛擬化的關(guān)鍵在于解決I/O設(shè)備與虛擬機數(shù)據(jù)交換的問題，而這部分主要相關(guān)的是DMA直接內(nèi)存存取，以及IRQ中斷請求，只要解決好這兩個方面的隔離、保護以及性能問題，就是成功的I/O虛擬化。
　　

　　和處理器上的Intel VT-i和VT-x一樣，Intel VT-d技術(shù)是一種基于North Bridge北橋芯片(或者按照較新的說法：MCH)的硬件輔助虛擬化技術(shù)，通過在北橋中內(nèi)置提供DMA虛擬化和IRQ虛擬化硬件，實現(xiàn)了新型的I/O虛擬化方式，Intel VT-d能夠在虛擬環(huán)境中大大地提升 I/O 的可靠性、靈活性與性能。

　　傳統(tǒng)的IOMMUs(I/O memory management units，I/O內(nèi)存管理單元)提供了一種集中的方式管理所有的DMA——除了傳統(tǒng)的內(nèi)部DMA，還包括如AGP GART、TPT、RDMA over TCP/IP等這些特別的DMA，它通過在內(nèi)存地址范圍來區(qū)別設(shè)備，因此容易實現(xiàn)，卻不容易實現(xiàn)DMA隔離，因此VT-d通過更新設(shè)計的IOMMU架構(gòu)，實現(xiàn)了多個DMA保護區(qū)域的存在，最終實現(xiàn)了DMA虛擬化。這個技術(shù)也叫做DMA Remapping。

　　I/O設(shè)備會產(chǎn)生非常多的中斷請求，I/O虛擬化必須正確地分離這些請求，并路由到不同的虛擬機上。傳統(tǒng)設(shè)備的中斷請求可以具有兩種方式：一種將通過I/O中斷控制器路由，一種是通過DMA寫請求直接發(fā)送出去的MSI(message signaled interrupts，消息中斷)，由于需要在DMA請求內(nèi)嵌入目標(biāo)內(nèi)存地址，因此這個架構(gòu)須要完全訪問所有的內(nèi)存地址，并不能實現(xiàn)中斷隔離。
　　
　　VT-d實現(xiàn)的中斷重映射(interrupt-remapping)架構(gòu)通過重新定義MSI的格式來解決這個問題，新的MSI仍然是一個DMA寫請求的形式，不過并不嵌入目標(biāo)內(nèi)存地址，取而代之的是一個消息ID，通過維護一個表結(jié)構(gòu)，硬件可以通過不同的消息ID辨認不同的虛擬機區(qū)域。VT-d實現(xiàn)的中斷重映射可以支持所有的I/O源，包括IOAPICs，以及所有的中斷類型，如通常的MSI以及擴展的MSI-X。

　　VT-d進行的改動還有很多，如硬件緩沖、地址翻譯等，通過這些種種措施，VT-d實現(xiàn)了北橋芯片級別的I/O設(shè)備虛擬化。VT-d最終體現(xiàn)到虛擬化模型上的就是新增加了兩種設(shè)備虛擬化方式：
　　

　　左邊是傳統(tǒng)的I/O模擬虛擬化，右邊是直接I/O設(shè)備分配

　　直接I/O設(shè)備分配：虛擬機直接分配物理I/O設(shè)備給虛擬機，這個模型下，虛擬機內(nèi)部的驅(qū)動程序直接和硬件設(shè)備直接通信，只需要經(jīng)過少量，或者不經(jīng)過VMM的管理。為了系統(tǒng)的健壯性，需要硬件的虛擬化支持，以隔離和保護硬件資源只給指定的虛擬機使用，硬件同時還需要具備多個I/O容器分區(qū)來同時為多個虛擬機服務(wù)，這個模型幾乎完全消除了在VMM中運行驅(qū)動程序的需求。例如CPU，雖然CPU不算是通常意義的I/O設(shè)備——不過它確實就是通過這種方式分配給虛擬機，當(dāng)然CPU的資源還處在VMM的管理之下。

　　I/O設(shè)備共享：這個模型是I/O分配模型的一個擴展，對硬件具有很高的要求，需要設(shè)備支持多個功能接口，每個接口可以單獨分配給一個虛擬機，這個模型無疑可以提供非常高的虛擬化性能表現(xiàn)。

　　運用VT-d技術(shù)，虛擬機得以使用直接I/O設(shè)備分配方式或者I/O設(shè)備共享方式來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的設(shè)備模擬/額外設(shè)備接口方式，從而大大提升了虛擬化的I/O性能。

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