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概述

此页面提供有关用于vhost-net的Device IOTLB设计的信息，以为来宾中的dpdk类程序提供安全有效的环境。

设计目标

• 与体系结构无关：该实现应与当前Qemu的IOMMU体系结构兼容，然后应与体系结构无关，然后易于移植到各种平台/ IOMMU实现。
• 对于像dpdk这样的程序有效：最终用户在guest虚拟机中使用像dpdk这样的程序时，应该不会出现明显的性能下降。该设计针对类似dpdk的程序进行了优化，这些程序在guest虚拟机中使用固定映射。
• 兼容：该实现应与当前的vhost-net内存区域API兼容，以支持未启用DMAR的VM。

设计

• Vhost-net可以通过ioctl查询从来宾io虚拟地址到主机虚拟地址的地址映射。
• 可以将上述翻译结果缓存在特定于vhost设备的IOTLB中一段时间​​，以加快将来的翻译速度。
• Qemu可以使通过ioctl由vhost缓存的一个或多个映射无效。
• Qemu可以通过ioctl启动或停止DMAR。

• 上图显示了用于vhost-net的设备IOTLB的设计：
  • 启动：
    • 当访客IOMMU驱动程序启用DMAR时，qemu将通知vhost启动设备IOTLB。设备IOTLB将在不缓存任何条目的情况下启动。
  • DMA仿真：
    • 当vhost尝试模拟DMA时，它将首先尝试通过设备IOTLB将来宾iova转换为hva。
    • 如果vhost找不到这样的翻译，它将暂停并请求qemu的协助进行翻译。
    • Qemu会收到通知，并将向IOMMU查询翻译。
    • 翻译完成后，qemu会将结果发送给vhost。
    • 然后，Vhost将重新启动DMA。
  • TLB无效：
    • Vhost将监听qemu模拟的TLB无效。
    • 如果特定的TLB无效与vhost模拟其DMA的设备有关，则将通知vhost，并清除vhost缓存的TLB条目。

实施（RFC）

• 内核方面：
  • 引入了四个新的ioctl：
    • VHOST_SET_VRING_IIOTLB_REQUEST：设置每个Iotlb请求的虚拟地址。当虚拟主机中出现IOTLB丢失时，每个虚拟队列都会将翻译请求填充到该地址。
    • VHOST_SET_VRING_IOTLB_CALL：设置每个虚拟队列eventfd来通知qemu正在进行翻译请求。
    • VHOST_UPDATE_IOTLB：更新或使IOTLB映射无效。
    • VHOST_RUN_IOTLB：启动或停止IOTLB。

/* vhost kernel ioctls 摘自dpdk-20.08 */#define VHOST_VIRTIO 0xAF#define VHOST_GET_FEATURES _IOR(VHOST_VIRTIO, 0x00, __u64)#define VHOST_SET_FEATURES _IOW(VHOST_VIRTIO, 0x00, __u64)#define VHOST_SET_OWNER _IO(VHOST_VIRTIO, 0x01)#define VHOST_RESET_OWNER _IO(VHOST_VIRTIO, 0x02)#define VHOST_SET_MEM_TABLE _IOW(VHOST_VIRTIO, 0x03, struct vhost_memory_kernel)#define VHOST_SET_LOG_BASE _IOW(VHOST_VIRTIO, 0x04, __u64)#define VHOST_SET_LOG_FD _IOW(VHOST_VIRTIO, 0x07, int)#define VHOST_SET_VRING_NUM _IOW(VHOST_VIRTIO, 0x10, struct vhost_vring_state)#define VHOST_SET_VRING_ADDR _IOW(VHOST_VIRTIO, 0x11, struct vhost_vring_addr)#define VHOST_SET_VRING_BASE _IOW(VHOST_VIRTIO, 0x12, struct vhost_vring_state)#define VHOST_GET_VRING_BASE _IOWR(VHOST_VIRTIO, 0x12, struct vhost_vring_state)#define VHOST_SET_VRING_KICK _IOW(VHOST_VIRTIO, 0x20, struct vhost_vring_file)#define VHOST_SET_VRING_CALL _IOW(VHOST_VIRTIO, 0x21, struct vhost_vring_file)#define VHOST_SET_VRING_ERR _IOW(VHOST_VIRTIO, 0x22, struct vhost_vring_file)#define VHOST_NET_SET_BACKEND _IOW(VHOST_VIRTIO, 0x30, struct vhost_vring_file)

• • 将预排序数组转换为间隔树：
    • 轻松检测地图的交集
    • 缩放成千上万的地图

• Qemu端（首先选择了vtd和pci）
  • 转换virtio以使用DMA helper / DMA地址空间
  • 转换虚拟主机以使用DMA地址空间
  • 介绍TLB侦听器，该侦听器侦听TLB无效
  • 大型支持
  • 来宾感知设备IOTLB合作所需的PCI ATS支持（可能）

地位

• 进行中，大部分完成（ATS除外）。
• 基准测试显示使用时的命中率100％（intel_iommu = strict）。使用ATS，我们可能可以获得默认模式的100％命中率。

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