vt-d posted interrupt

本文详细介绍了Intel的VT-d技术在I/O虚拟化中的作用,特别是中断重映射(Interrupt Remapping)和Posted Interrupt机制。通过VT-d,I/O设备的中断请求和DMA操作得以在虚拟环境中安全隔离,提高性能和可靠性。VT-d利用硬件辅助,通过中断重映射表和Posted Interrupt Descriptor实现中断请求的正确分离和路由,解决了中断隔离和DMA地址翻译问题,确保虚拟机间的隔离性。此外,VT-d还增强了系统的安全性,防止恶意设备的BDF spoofing攻击。

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I/O虚拟化的一个通用要求就是要求VMM能够将属于不同VM的I/O设备安全地隔离起来,即需要满足以下两方面的要求:

属于一个VM的vCPU无法访问到属于另外一个VM的I/O设备,这可以通过VMX(Virtual Machine Extension)中的EPT(Extended Page Table)功能来实现,即VMM可以通过软件配置,将虚拟机物理内存,即Guest Physcial Address映射到不同的主机内存区域,即Host Physical Address。

属于一个VM的I/O设备不能访问到属于其他VM的内存或者向属于其他VM的中断控制器发送中断。直通设备进行“DMA隔离”和“DMA地址翻译”,隔离将直通设备的DMA访问限制在其所在VM的物理地址空间内保证不发生访问越界,地址翻译则保证了直通设备的DMA能够被正确重定向到虚拟机的物理地址空间内。为什么直通设备会存在DMA访问的安全性问题呢?由于直通设备进行DMA操作的时候guest驱动直接使用gpa来访问内存的,这就导致如果不加以隔离和地址翻译必然会访问到其他VM的物理内存或者破坏Host内存,因此必须有一套机制能够将gpa转换为对应的hpa这样直通设备的DMA操作才能够顺利完成,vt-d DMA Remapping的引入就是为了解决直通设备DMA隔离和DMA地址翻译的问题。

如果是纯软件模拟的方式,则VMM也可以通过纯软件的方式来控制I/O设备访问内存(如DMA)和发送中断的行为。

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