VFIO框架源码分析（四）- VFIO-MDEV设备虚拟化的新篇章

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于 2025-11-22 10:10:00 首次发布

VFIO框架源码分析（四）- VFIO-MDEV设备虚拟化的新篇章

引言与整体框架

我们之前讨论的 vfio-pci 实现了设备的物理直通，它功能强大但存在一个核心限制：独占性。一个物理设备一旦被分配给一个虚拟机，其他虚拟机或宿主机便无法再使用它。为了解决这一问题，内核引入了MDEV（Mediated Device）框架。MDEV 是一种设备虚拟化技术，允许一个物理设备（Parent Device）被“分割”成多个独立的虚拟设备（Mediated Devices），这些虚拟设备可以被独立地分配给不同的虚拟机，从而实现单张物理卡（如GPU、FPGA）的多用户共享。

vfio-mdev 模块正是连接通用 MDEV 框架与 VFIO 体系的桥梁。本文将深入解析MDEV的核心机制以及 vfio-mdev 驱动如何将一个被虚拟出来的 mdev 设备封装成标准的 vfio_device，最终呈现给用户空间。

核心分析：MDEV框架与VFIO驱动的双层结构

vfio-mdev 的实现依赖于两个协同工作的核心组件：通用的 MDEV 框架和专用的 vfio-mdev 驱动。

在这里插入图片描述

  1. MDEV核心框架 (mdev_init):
    此框架独立于VFIO，提供了一套通用的、用于创建和管理虚拟设备的基础设施。它的初始化过程主要完成：
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虚拟网络演进之路
weixin_37515230的博客
09-16 1837
本篇文章将带领大家了解以下网络设备虚拟化的演进之路，以及网络设备虚拟化发展的原因。本文是从全虚拟化->virtio->vhost->vfio->vdpa->vduse演进详细分析一下网络虚拟化的干货。序言设备虚拟化技术，云计算领域的核心之一。虚拟机里面的形形色色的设备，比如：网卡，磁盘，键盘，鼠标等，都是利用这项技术实现的，本文将从linux网络设备虚拟化的演进角度来看看，这发展的轨迹，网络虚拟化大体上分为三类，全虚拟化，半虚拟化，IO透传。全虚拟化场景下虚拟机操作系统不感知自己是虚拟机，半虚拟化虚拟机能感
VFIO框架源码分析（二十九）- Linux IOMMUFD 时代的软件模拟设备实践：mtty
最新发布
qq_36071928的博客
12-05 1256
在 VFIO 生态中，除了vfio-pci软件模拟设备。它们不依赖具体的物理 PCI 硬件，而是完全由软件定义逻辑（如 mdev）构建。mtty(Mediated TTY) 是内核中用于演示 VFIO mdev 框架功能的示例驱动。在 Linux 6.18-rc4 中，mtty已经完成了向IOMMUFD架构的迁移。
Linux iommu和vfio概念空间解构
hknaruto的专栏
05-22 1069
dma-mapping负责提供全系统的dma-mapping函数，如果设备的iommu机制存在，就用设备的一套，如果不存在，就用总线的，如果总线也不存在，就会回到最初的全系统的基本方法）好了，现在轮到软件。设备的SMMU关联：总线扫描发现了一般的设备，总线的发现流程负责调用iommu_ops给这个设备加上iommu_group，由于iommu_ops指向SMMU驱动，该驱动可以根据设备的配置（比如DTS或者ACPI中的Topo信息），设置iommu_group的共享关系，并让其指向对应的iommu控制器。
Linux虚拟化之mdev框架
fs3296的博客
11-28 2384
然后再将该设备通过函数mdev_register_device注册到mdev框架中，其回调为struct mdev_parent_ops mdev_fops。在vfio_mdev_init函数中，直接通过mdev_register_driver注册了一个设备驱动vfio_mdev_driver；在mdev_register_driver内部，将vfio_mdev_driver.driver.bus设置为mdev_bus_type。注：mtty_*系列回调实现了pci配置空间、BAR空间的模拟。
vfio-mdev逻辑空间分析
runshui27的博客
11-24 586
在mdev的模型中，通过mdev_register_device()注册到mdev中的设备称为父设备（parent_dev），但你用的时候不使用父设备，而是通过父设备提供的机制（在sysfs中，后面会详细谈这个）创建一个mdev，这个mdev自带一个iommu_group，这样，你有多个进程要访问这个父设备的功能，每个都可以有独立的设备页表，而且互相不受影响。换句话说，如果一个设备需要给多个进程提供用户态驱动的访问能力，这个设备在probe的时候可以注册到mdev框架中，成为一个mdev框架的pdev。
Linux内核：VFIO Mediated Device(vfio-mdev)内核文档(翻译)
RToax
12-07 6357
《ARM SMMU原理与IOMMU技术（“VT-d” DMA、I/O虚拟化、内存虚拟化）》 《提升KVM异构虚拟机启动效率：透传(pass-through)、DMA映射（VFIO、PCI、IOMMU）、virtio-balloon、异步DMA映射、预处理》 《内核引导参数IOMMU与INTEL_IOMMU有何不同？》 《DMAR（DMA remapping）与 IOMMU》 《Linux驱动：VFIO概述(vfio/iommu/device passthrough)》 《Linux内核：VFIO
VFIO框架源码分析（二十八）- Linux IOMMUFD VFIO 集成、物理绑定与 PASID 高级特性
qq_36071928的博客
12-04 854
在前两篇文章中，我们构建了 IOMMUFD 的对象模型并实现了内存映射。物理设备如何接入这个系统？VFIO 驱动（如vfio-pci）是连接物理硬件与 IOMMUFD 的桥梁。本文将解析物理设备绑定、IOAS 挂载以及面向未来的 PASID 支持。通过接口，Linux 内核完美地解耦了“设备控制”（VFIO 负责）与“地址管理”（IOMMUFD 负责）。无论是传统的物理功能 (PF)、虚拟功能 (VF)，还是现代的 PASID 细粒度进程，都能在这一架构下找到归宿。
VFIO-MDEV driver access virtual machine‘s memory
alex_mianmian的博客
08-04 792
As I created myself VFIO-MDEV driver/virtual device, the next steps I can think are: 1) make virtual machine can access real hardware through this VFIO-MDEV driver. 2) hardware/VFIO-MDEV driver can access the buffer in virtual machine. Because many HW wi
mdev虚拟化PCI串口设备试验
tugouxp的专栏
01-28 529
本篇参考实践Linux 内核文档 :Documentation/driver-api/vfio-mediated-device.rstDocumentation/driver-api/vfio.rstThis step creates a dummy device, /sys/devices/virtual/mtty/mtty/.打开内核CONFIG_SAMPLE_VFIO_MDEV_MTTY配置项，重新编译内核生成mtty.ko. 重启系统，加载mtty.ko, Files in this devic
基于MDEV的PCI设备虚拟化DEMO实现
tugouxp的专栏
06-29 827
mdev受控直通体现了架构设计中的控制平面和数据平面分离的思想，平面可以理解为动作发生的地方，也就是让控制信号和数据流动发生在不同的地方，通过mdev设备虚拟化，让访问配置空间，MMIO寄存器这种低带宽配置面操作走trap-and-emulation路径，这是控制路径，而让设备存储访问（比如网络内存，GPU数据存储）以IOMMU DMA MAP的方式直通进行，控制和数据两个方向正交，彼此可以独立变化互不影响，同时兼顾了划分灵活性和访问性能。
vGPU设备文件系统分析
wuyongpeng的专栏
02-18 1712
一、/sys文件系统下的目录结构 1、/sys/devices目录，包含所有设备的真实对象，是内核对系统中所有设备的分层次表达模型，也是/sys文件系统管理设备的最重要的目录结构； 2、/sys/bus目录，是内核设备按总线类型分层放置的目录结构，devices中的所有设备都是连接于某种总线之下，在这里的每一种具体总线之下，可以找到每一个具体设备的符号链接，是构成Linux统一设备模型的一部分； 3、/sys/class目录，是按照设备功能分类的设备模型，例如vGPU相关设备都在/sys/...
linux kernel sample vfio-mdev
taxiidriver的博客
04-27 579
本文以linux kernel sample 目录下的vfio-mdev为例，介绍了sample下实例的编译、运行方法，其他实例可参考上述过程。
浅谈Linux设备虚拟化技术的演进之路，震撼发布
2201_75863152的博客
04-11 1075
这样，由于是专用进程，线程模型不再受传统 QEMU 和 vhost 线程模型制约，可以任意优化，同时，还可以以 1：M 的方式同时处理多个虚机的 I/O 请求，而且相较于 vhost 这种内核线程方式，用户进程在运维方面更加具备灵活性，vhost-user 框架在提出之初，就受到广泛关注，并引申出了 SPDK 和 OVS-DPDK 这类以 polling + 用户态驱动为核心的新的虚机 I/O 服务模型。这样，虚拟机里面的设备驱动在操作该虚拟设备时就像在访问真实的硬件设备一样，设备驱动也不需要任何变更。
KVM虚拟机启动分析
m0_52857523的博客
09-22 1176
网卡直通时有什么区别：
Intel Scalable IOV介绍及应用实例
weixin_60043341的博客
08-22 2093
另一种是使用内存映射，即图中的fast path：把VDEV映射到user space，建立MMU或者EPT页表，实现HVA(Host Virtual Address)或者GPA(Guest Physical Address)到HPA(Host Physical Address)的转换。设备驱动通过VFIO的mdev_get_iommu_domain() 接口和IOMMU的iommu_aux_get_pasid()接口获得VDEV所在的IOMMU domain和VDEV绑定的PASID.
浅谈GPU虚拟化技术（三）GPU SRIOV及vGPU调度
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本系列文章推送门： 阿里云郑晓：浅谈GPU虚拟化技术（第一章）GPU虚拟化发展史阿里云郑晓：浅谈GPU虚拟化技术（第二章）GPU虚拟化方案之——GPU直通模式今天一个小伙伴@我说：“你浅谈一下，没点技术背景的，估计都看不懂…”，醍醐灌顶啊，面向公众的文章不是学术论文，应以普及基本概念为主。所以我决定在接下来的文章力求写的让吃瓜群众能看懂，专业人士能读完也会有很大感触和启迪。至于技术细节，大致...
解决VFIO透传问题
心梦无痕
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0. 相关配置 首先说明一下目前设备中网卡透传大概操作流程： 从主机中把网卡与驱动解绑定，比如：网卡使用的是igb驱动，首先解绑定 网卡绑定vfio-pci虚拟化驱动，通过绑定vfio驱动后，网卡才能给虚拟机使用 如果要实现以上方式，系统需要进行如下配置： BIOS中开启VT-d直通模式，建议开启SRIOV模式 内核模块中增加vfio和IOMMU相关模块 进行了如上设置以后，在设备启动以后...
GPU虚拟化哪家强
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2014年之前GPU虚拟化技术一直采用的是GPU直接passthrough技术，它分为GPU直接passthrough和使用VFIO的passthrough，后来出现了基于SRIOV的GPU虚拟化方案(AMD的GPU采用这种方案）和GPU分片虚拟化（mdev）的GPU虚拟化方案（Intel和NVDIA采用这种方案）Intel的GPU虚拟化技术叫做GVT-g，NVDIA的GPU虚拟化技术叫做GRID vGPU。现在Intel和NVIDIA的GPU虚拟化方案都是采用的VFIO mediated passthro
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文章目录1.IOMMU1.1 IOMMU功能简介1.2 IOMMU作用1.3 IOMMU工作原理1.4 Source Identifier2.VFIO2.1 概念介绍2.2 使用示例3.设备透传分析3.1 虚机地址映射3.2 设备透传实现 1.IOMMU 1.1 IOMMU功能简介 IOMMU主要功能包括DMA Remapping和Interrupt Remapping，这里主要讲解DMA Rem...
Linux设备模型深入解析：uevent与udev、mdev
作者建议在阅读本文之前，最好先了解LDD3第十四章的设备模型理论以及设备和驱动篇的相关内容。文章以device_add()和rtc_device_register()为例，展示了如何触发和处理uevent。" 在Linux操作系统中，设备模型是管理...
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