ubuntu18.04下pass-through直通PCIe设备到qemu-kvm虚拟机实践_kvm网卡直通

设备直通是一种虚拟化资源分配方式，通过将物理设备直通给虚拟机环境，达到使虚拟机可以直接访问物理设备的目的，直通功能对设备的要求不高，不需要设备支持SR-IOV PF/VF，目前市面上的显卡/网卡一般都支持直通。直通典型场景比如主机上有两块显卡，可以一块分配给主机用，另一块给虚拟机用，主板有集成显卡的可以采用将集成显卡给宿主机，PCIe的独立显卡给虚拟机用。

由于实验主机上没有两块GPU卡，但是有两块网卡，所以本篇的场景是将PCI以太网卡直通给QEMU虚拟机，HOST机上使用无线网卡，今天来探索一下PASS-THROUGH的玩法。

实践平台

环境安装

1.安装QEMU虚拟机环境以及虚拟机管理工具环境：

sudo apt-get install qemu-kvm qemu-system libvirt-bin  bridge-utils virt-manager ssh-askpass-gnome  gvncviewer cpu-checker qemu-utils --no-install-recommends

2.默认BIOS中已经ENABLE了CPU虚拟化和设备虚拟化能力，所以这一步操作忽略。

3.Enable PCI IOMMU，参考如下文章：

Linux ion&dma-buf&iommu的原理_papaofdoudou的博客-CSDN博客

如果不启用IOMMU，则无法为PCI设备切换VFIO驱动：

4.确认需要穿透的pci设备和设备号,我们透传的设备如下图所示，Realtek Semiconductor Co., Ltd. RTL8111/8168/8411 PCI Express Gigabit Ethernet Controller。

透传设备的地址BDF为：00000:02:00.0,设备ID为10ec:8168.

设置HOST机上的PCI设备

HOST端通过如下命令查看PCI设备信息

virsh nodedev-list --tree

首先在HOST端将PCI以太网卡设备解绑，将其驱动从默认的r8169切换为vfio-pci，这个过程中，主机的以太网络连接会中断，不过没有关系，主机上还有另外一个集成的无线网卡。

 执行如下命令查看当前设备信息：

$ virsh nodedev-dumpxml pci_0000_02_00_0

从设备信息中看到，设备驱动是r8169,设备的IOMMU分组是9。

查看IOMMU分组信息确实如此，分组为9

 下一步在HOST对设备解绑

$ virsh nodedev-detach pci_0000_02_00_0

解绑后，主机以太网卡功能已经失能，需要连接无线网卡。

此时我们需要加载内核的VFIO模块，由于默认UBUNTU18.04内核已经将vfio.ko,vfio-pci.ko两个模块builtin到内核中，所以这一步操作系统已经帮我们做了，不需要其它操作。

针对以太网卡设备使能VFIO驱动

执行如下命令，将系统的VENDOR和PRODUCT ID作为输入，写入vfio-pci/new_id节点，使能VFIO驱动，bind to vfio-pci Driver.（貌似执行前面的detach之后，这一步不是必须的）。

echo 10ec 8168 > /sys/bus/pci/drivers/vfio-pci/new_id

 执行后，再次查看设备信息，会发现其驱动已经从r8196切换为vfio-pci：

确认IOMMU分组，隶属于同一个IOMMU GROUP的设备必须整体透传给虚拟机，不允许存在部分透传的情况，在没有加载vfio-pci驱动时，/dev/vfio/9是不存在的,在加载vfio-pci后，GROUP设备节点产生，IOMMU GROUP中的所有设备均可以透传给虚拟机了。

前述操作总结起来，目的是将待透传设备的原驱动替换为vfio-pci驱动，除了前面用VIRT工具来操作，其实完全可以用PCI的sysfs文件节点即可完成，如下面的操作步骤所示：

# lspci -s 00:02.0 -k
00:02.0 VGA compatible controller: Intel Corporation AlderLake-S GT1 (rev 0c)
        Subsystem: ASUSTeK Computer Inc. Device 8694
# echo vfio-pci > /sys/bus/pci/devices/0000\:00\:02.0/driver_override
# echo "0000:00:02.0" > /sys/bus/pci/drivers/vfio-pci/bind
# lspci -s 00:02.0 -k
00:02.0 VGA compatible controller: Intel Corporation AlderLake-S GT1 (rev 0c)
        Subsystem: ASUSTeK Computer Inc. Device 8694
        Kernel driver in