Xen使用Pass-through和SR-IOV

本文介绍了如何在Xen上使用Pass-through和SR-IOV，至于Pass-through和SR-IOV的原理可以查阅其他文章。所谓Pass-through技术是指可以将PCI/PCIe设备直接分配给虚拟机使用，而SR-IOV设备除了有一个物理功能 (Physical Function, PF)之外，还可以许多虚拟功能 (Virtual Function, VF)给虚拟机使用。本文使

为幸福写歌

2244人浏览 · 2017-11-24 11:16:01

为幸福写歌 · 2017-11-24 11:16:01 发布

本文介绍了如何在Xen上使用Pass-through和SR-IOV，至于Pass-through和SR-IOV的原理可以查阅其他文章。
所谓Pass-through技术是指可以将PCI/PCIe设备直接分配给虚拟机使用，而SR-IOV设备除了有一个物理功能 (Physical Function, PF)之外，还可以许多虚拟功能 (Virtual Function, VF)给虚拟机使用。
本文使用的环境是：Ubuntu14 + Xen 4.6 + Intel 82599网卡

PCI Pass-through的使用

使用PCI Pass-through需要硬件的支持：

主机需要支持Intel VT-d 或者 AMD IOMMU技术
在 Linux 内核需要启用 PCI Pass-through

可以通过Xen dmesg log来查看主机是否已获得 IOMMU支持：

root@ccrfox141:/home/ye# xl dmesg | grep -i vt-d | grep -i enable
(XEN) Intel VT-d Snoop Control enabled.
(XEN) Intel VT-d Dom0 DMA Passthrough not enabled.
(XEN) Intel VT-d Queued Invalidation enabled.
(XEN) Intel VT-d Interrupt Remapping enabled.
(XEN) Intel VT-d Shared EPT tables enabled.

也可以通过 "xl dmesg | less" 命令查看更多的信息。

要使用Pass-through，首先要找到设备的BDF (Bus, Device, Function)，BDF由三个或者四个数字组成： DDDD:bb:dd.f，其中：

DDDD is a 4-digit hex for the PCI domain. This is optional (if not included, it will be assumed to be 0000).
bb is a 2-digit hex of the PCI bus number.
dd is a 2-digit hex of the PCI device number.
f is a 1-digit decimal of the PCI function number.

使用lspci命令可以很方便的找到设备的BDF：

root@ccrfox141:/home/ye# lspci | grep 82599 
05:00.0 Ethernet controller: Intel Corporation 82599ES 10-Gigabit SFI/SFP+ Network Connection (rev 01)
05:00.1 Ethernet controller: Intel Corporation 82599ES 10-Gigabit SFI/SFP+ Network Connection (rev 01)

如果想将设备通过Pass-through的方式分DomU，可以在该DomU的配置文件上配置为：

pci = [ '05:00.0' ]

如果Linux内核开启了PCI Hot-Plug功能，可以直接分配给正在运行的VMs：

# xl pci-attach 05:00.0

但是在做这一步之前，需要先将要分配的设备绑定到pciback上，在Xen 4.2之前需要配置BootLoader等等繁琐的工作，Xen4.2和之后的版本提供了pci-assignable-*命令可以很方便的进行绑定pciback和分配Pass-through等操作。

pci-assignable-add will first attempt to un-bind the device found at from its current driver (if any), and then attempt to bind it to pciback. If the device was bound to a driver, the identity of that driver will be stored, in case the admin wants to return it later. At this point, it is ready to be passed through to a guest.
pci-assignable-list will list which devices are available to be assigned to guests. This will list all devices currently assigned to pciback, whether this was done by pci-assignable-add, or by the two methods mentioned in the previous section (linux command-line or manual sysfs commands).
pci-assignable-remove will un-bind the device from pciback. If the -r option is specified, it will also attempt to rebind the device to original driver, allowing it to be used by domain 0 again.

简答来说， pci-assignable-add命令会剥夺Dom0相应驱动对该设备的使用权，将其绑定到pciback后提供给DomU使用；pci-assignable-list可以列出所有可以被DomU使用的设备；pci-assignable-remove命令将设备归还给Dom0。这极大的简化了通过Pass-through分配设备的过程，只要知道了设备的BDF，就可以分配该设备给DomU，比如：

 # xl pci-assignable-add 05:00.0
 # xl pci-attach [domid] 05:00.0

使用完之后归还给Dom0：

 # xl pci-detach [domid] 05:00.0
 # xl pci-assignable-remove -r 05:00.0

如果想让设备开机自动绑定到pciback，可以修改/etc/default/grub文件，添加：

GRUB_CMDLINE_XEN_DEFAULT="xen-pciback.hide=(05:00.0)"

update-grub后查看/boot/grub/grub.cfg文件，可以看到xen-pciback.hide=(05:00.0)信息

使用SR-IOV

使用SR-IOV也需要硬件的支持，我使用的是Intel 82599网卡。

首先查看硬件是否被Linux检测到：

root@ccrfox141:/home/ye# lspci | grep 82599 
05:00.0 Ethernet controller: Intel Corporation 82599ES 10-Gigabit SFI/SFP+ Network Connection (rev 01)
05:00.1 Ethernet controller: Intel Corporation 82599ES 10-Gigabit SFI/SFP+ Network Connection (rev 01)

以及查看该硬件的驱动：

root@ccrfox141:/home/ye# ethtool -i p5p1
driver: ixgbe
version: 4.2.1-k
firmware-version: 0x61bd0001
bus-info: 0000:05:00.0
supports-statistics: yes
supports-test: yes
supports-eeprom-access: yes
supports-register-dump: yes
supports-priv-flags: no

可以看到我的82599网卡的驱动是ixgbe，可以使用lsmod 命令查看ixgbe驱动是否工作正常：

root@ccrfox141:/home/ye# lsmod | grep ixgbe
ixgbevf                53248  0 
ixgbe                 274432  0 
vxlan                  45056  1 ixgbe
mdio                   16384  1 ixgbe
dca                    16384  2 igb,ixgbe
ptp                    20480  3 igb,tg3,ixgbe

接下来就可以激活82599的虚拟功能(Virtual Functions)了，使用参数max_vfs 可以在加载模块的时候指定设备可以分配的最大虚拟功能(Virtual Functions)的数目。

首先移除ixgbe模块：

# modprobe -r ixgbe

重新加载ixgbe模块并使用max_vfs参数指定设备可以分配虚拟功能的最大数目：

# modprobe ixgbe max_vfs=7

注：设备能支持的最大虚拟功能数目可以到/sys/class/net/device_name/device/sriov_totalvfs文件中查看。

查看激活的虚拟功能：

root@ccrfox141:/home/ye# lspci | grep 82599 
05:00.0 Ethernet controller: Intel Corporation 82599ES 10-Gigabit SFI/SFP+ Network Connection (rev 01)
05:00.1 Ethernet controller: Intel Corporation 82599ES 10-Gigabit SFI/SFP+ Network Connection (rev 01)
05:10.0 Ethernet controller: Intel Corporation 82599 Ethernet Controller Virtual Function (rev 01)
05:10.1 Ethernet controller: Intel Corporation 82599 Ethernet Controller Virtual Function (rev 01)
05:10.2 Ethernet controller: Intel Corporation 82599 Ethernet Controller Virtual Function (rev 01)
05:10.3 Ethernet controller: Intel Corporation 82599 Ethernet Controller Virtual Function (rev 01)
05:10.4 Ethernet controller: Intel Corporation 82599 Ethernet Controller Virtual Function (rev 01)
05:10.5 Ethernet controller: Intel Corporation 82599 Ethernet Controller Virtual Function (rev 01)
05:10.6 Ethernet controller: Intel Corporation 82599 Ethernet Controller Virtual Function (rev 01)
05:10.7 Ethernet controller: Intel Corporation 82599 Ethernet Controller Virtual Function (rev 01)
05:11.0 Ethernet controller: Intel Corporation 82599 Ethernet Controller Virtual Function (rev 01)
05:11.1 Ethernet controller: Intel Corporation 82599 Ethernet Controller Virtual Function (rev 01)
05:11.2 Ethernet controller: Intel Corporation 82599 Ethernet Controller Virtual Function (rev 01)
05:11.3 Ethernet controller: Intel Corporation 82599 Ethernet Controller Virtual Function (rev 01)
05:11.4 Ethernet controller: Intel Corporation 82599 Ethernet Controller Virtual Function (rev 01)
05:11.5 Ethernet controller: Intel Corporation 82599 Ethernet Controller Virtual Function (rev 01)

激活后的虚拟功能就可以通过Pass-through方式分配给DomU使用啦！

PCIback and the permissive option for PV guests

当给DomU分配地址空间较大时（大于4G），会出现PCI地址空间与系统地址空间冲突的问题：

[  103.431754] xen:swiotlb_xen: Failed to get contiguous memory for DMA from Xen!
[  103.431754] You either: don't have the permissions, do not have enough free memory under 4GB, or the hypervisor memory is too fragmented! (rc:-12)

这是没有为PV guests配置许可选项的问题。有两种方法可以为DomU配置permissive

对该DomU开放所有设备的permissive，可以在该DomU的配置文件上添加：

#Changes the default value of 'permissive' for all PCI devices passed through to this VM
pci_permissive = 1

开放某个设备的permissive：

 pci = [ '05:00.0,permissive=1' ]

也可以在添加时手动指定：

 # xl pci-attach [domid] 05:00.0,permissive=1

参考文献：

[1]. Xen 4.2: xl and pci pass-through

[2]. redhat: USING SR-IOV
[3]. Intel: SR-IOV Configuration Guide

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