一.Inetl VT-d 技术介绍
Intel VT-d的全称是Intel Virtualization Technology for Direct I/O，它是Intel虚拟化技术的一部分，主要针对的是I/O子系统，它的实现主要是通过在硬件上引入重定向单元，该硬件重定向单元用于对I/O子系统的DMA操作和中断传递进行重定向，从而辅助VMM（Virtual Machine Monitor）实现I/O子系统的虚拟化。
VT-d是一个位于CPU、内存和I/O设备之间的硬件设备，通常位于PCI设备树的根部，或者类似的位于I/O子系统的根部，当VT-d重定向硬件设备启用的时候，它会拦截位于它下面的所有I/O设备产生的中断请求和通过DMA方式对虚拟机内存访问的请求，然后通过查找中断重定向表或者I/O页表的方式（类似分页机制）来重新定位中断转发的目标LAPIC或者是I/O设备访问的目标主机物理内存地址。如下图所示：
二.I/O 虚拟化的实现方式
一般情况下VMM支持I/O虚拟化可以通过以下四种方式实现：
- 纯软件模拟。即VMM的软件模拟一个现有的I/O设备，这种方式具有较好的兼容性，但是纯软件模拟在性能和功能上就表现得比较差了。
- 还是纯软件模拟，但是引入新的I/O操作接口，这些接口针对I/O虚拟化进行一定的优化，这样虽然能够解决一定的性能问题，但是兼容性问题又出现了，因为需要使用新的操作接口。
- 硬件分配，直接将I/O设备分配给某个VM（Virtual Machine），这样只有指定的VM能够使用该I/O设备，并且I/O设备的驱动位于VM中，并且VM能够直接对I/O设备进行操作，这样性能和兼容性都能达到最佳，但是一个I/O设备只能给一个VM使用。
- I/O设备分享，这是硬件分配方式的一种扩展，主要还是需要I/O设备本身需要支持一定的功能，如能够同时提供多个功能接口，比如PCIe设备的SR-IOV功能，即PCIe设备本身能够将一个物理PCIe设备，变成多个逻辑设备，这多个逻辑设备共享该PCIe设备上的物理资源，并且可以独立地分配给不同的VM。
以上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。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。但是如果采用硬件分配的方式，则就需要在硬件上对I/O设备访问内存和发送中断的行为进行拦截，然后重定向到指定的VM中，这就是VT-d派上用场的时候了。
VMM软件负责I/O设备的分配，即将指定I/O设备和相应的VM对应起来，并且负责建立中断重定向关系表和I/O地址转换页表，并将这些转换关系的配置设置到VT-d硬件设备上，而I/O设备发起的中断请求或者DMA内存访问请求中带有相应设备的ID，这样VT-d硬件单元就可以通过硬件查找的方式将不同的I/O设备中断和内存访问请求重定向到相应的VM上，从而达到隔离不同VM的I/O设备的目的。
总的来说，VT-d的主要功能就是将I/O设备的 DMA 访问请求和中断请求重定向到 VMM 设定好的 VM 中。
