[发明专利]用于针对虚拟化输入/输出实施方式的混合层地址映射的设备和方法

说明书

描述了一种用于针对IOMMU实施方式而实施混合层地址映射的设备和方法。例如，一种图形处理设备的一个实施例包括：虚拟化电路系统，用于实施虚拟化执行环境，在所述虚拟化执行环境中多个客户机虚拟机(VM)执行并分享所述图形处理设备的执行资源；输入/输出(I/O)存储器管理单元(IOMMU)，用于将所述VM耦合到一个或多个I/O装置；混合层地址映射(HLAM)模块，用于将来自每进程图形转换表(PPGTT)的条目与来自全局图形转换表(GGTT)的条目组合成第一集成页表，所述第一集成页表将PPGTT客户机页编号(GPN)映射到主机页编号(HPN)并将GGTT虚拟GPN映射到HPN；所述HLAM用于响应于由第一客户机虚拟机(VM)生成的GGTT读取/写入操作而将GGTT GPN变换成可用于访问所述第一集成页表内的相应HPN的虚拟GPN。

技术领域

本发明总体上涉及计算机处理器领域。更具体地，本发明涉及用于针对虚拟化I/O实施方式的混合层地址映射的设备和方法。

相关领域的说明

最近在图形处理器单元(GPU)虚拟化方面取得了快速的进展。虚拟化图形处理环境被用于例如媒体云、远程工作站/桌面、可互换虚拟仪器(IVI)、富客户端虚拟化等等。某些架构通过俘获与仿真来执行完整GPU虚拟化，以对全功能虚拟GPU(vGPU)进行仿真，同时通过传递对性能关键的图形内存资源来提供接近本机的性能。

随着GPU在服务器中支持3D、媒体和GPGPU工作负载的重要性日益增加，GPU虚拟化正变得越来越普遍。如何虚拟化来自虚拟机(VM)的GPU内存访问是关键设计因素之一。GPU具有其自己的图形存储器：专用视频存储器或共享系统存储器。当系统存储器用于图形时，客户机物理地址(GPA)需要在被硬件访问之前转换为主机物理地址(HPA)。

为GPU执行转换有多种方法。一些实施方式通过硬件支持来执行转换，但是可以仅向一个VM传递GPU。另一解决方案是针对转换构建阴影结构的软件方法。例如，阴影页表采用某些架构来实施，诸如在上文提及的完整的GPU虚拟化解决方案中，所述架构可以支持多个VM共享物理GPU。

在一些实施方式中，客户机/VM存储器页由主机存储器页支持。虚拟机监视器(VMM)(有时称为“管理程序”)使用例如扩展页表(EPT)从客户机物理地址(PA)映射到主机PA。可以使用多种存储器共享技术，诸如内核同页合并(KSM)技术。

KSM将具有相同内容的多个VM的页合并到带有写入保护的单个页中。也就是说，如果VM1中的存储器页(从客户机PA1映射到主机PA1)具有与VM2中的另一个存储器页(从客户机PA2映射到主机PA2)相同的内容，则可以仅使用一个主机页(如HPA_SH)来支持客户机存储器。也就是说，VM1的客户机PA1和VM2的PA2都映射到带有写入保护的HPA_SH。这样可以节省用于系统的存储器，对于客户机的只读存储器页(诸如代码页和零页)特别有用。利用KSM，一旦VM修改了页内容，就可以使用写入时复制(COW)技术来移除共享。

中介传递用于虚拟化系统中的装置性能和共享，其中，单个物理GPU作为多个虚拟GPU呈现给具有直接DMA的多个客户机，而客户机访问的特权资源仍然是被俘获与仿真的。在某些实施方式中，每个客户机可以运行本机GPU驱动程序，并且装置DMA直接进入存储器，而无需管理程序的干预。

附图说明

可以结合以下附图根据以下详细说明获得对本发明的更好理解，在附图中：

图1是具有处理器的计算机系统的实施例的框图，所述处理器具有一个或多个处理器核以及图形处理器；

图2是处理器的一个实施例的框图，所述处理器具有一个或多个处理器核、集成存储器控制器、以及集成图形处理器；

图3是图形处理器的一个实施例的框图，所述图形处理器可以是分立的图形处理单元、或者可以是集成有多个处理核的图形处理器；