一文读懂IOMMU（1）

IOMMU主要功能包括DMA Remapping和Interrupt Remapping。这里主要讲解DMA Remapping，Interrupt Remapping会独立讲解。

对于DMA Remapping，IOMMU与MMU类似。IOMMU可以将一个设备访问地址转换为存储器地址，下图针对有无IOMMU情况说明IOMMU作用。

• 无IOMMU的情况

在没有IOMMU的情况下，网卡接收数据时地址转换流程：RC会将网卡请求写入地址addr1，直接发送到DDR控制器，然后访问DRAM上的addr1地址。这里的RC对网卡请求地址不做任何转换，网卡访问的地址必须是物理地址。

• 有IOMMU的情况

对于有IOMMU的情况，网卡请求写入地址addr1会被IOMMU转换为addr2，然后发送到DDR控制器，最终访问的是DRAM上addr2地址。网卡访问的地址addr1会被IOMMU转换成真正的物理地址addr2，这里可以将addr1理解为虚机地址。

左图是没有IOMMU的情况。对于虚机无法实现设备的透传，原因主要有两个：一是因为在没有IOMMU的情况下，设备必须访问真实的物理地址HPA，而虚机可见的是GPA；二是如果让虚机填入真正的HPA，那样的话相当于虚机可以直接访问物理地址，会有安全隐患。所以针对没有IOMMU的情况，不能用透传的方式，对于设备的直接访问都会有VMM接管，这样就不会对虚机暴露HPA。

右图是有IOMMU的情况，虚机可以将GPA直接写入到设备，当设备进行DMA传输时，设备请求地址GPA由IOMMU转换为HPA（硬件自动完成），进而DMA操作真实的物理空间。IOMMU的映射关系是由VMM维护的，HPA对虚机不可见，保障了安全问题，利用IOMMU可实现设备的透传。这里先留一个问题，既然IOMMU可以将设备访问地址映射成真实的物理地址，那么对于右图中的Device A和Device B，IOMMU必须保证两个设备映射后的物理空间不能存在交集，否则两个虚机可以相互干扰，这和IOMMU的映射原理有关，后面会详细介绍。