[發明專利]輸入輸出設備的內存訪問管理單元、系統及地址轉換方法

有效

• 申請號: 202011513824.0
• 申請日: 2020-12-18
• 公開（公告）號: CN112612574B
• 公開（公告）日: 2023-09-26
• 發明（設計）人: 崔明志
• 申請（專利權）人: 海光信息技術股份有限公司
• 主分類號: G06F9/455
• 分類號: G06F9/455;G06F12/1009;G06F12/1045
• 代理公司: 北京超凡宏宇知識產權代理有限公司 11463
• 代理人: 鐘揚飛

本申請實施例提供一種輸入輸出設備的內存訪問管理單元、系統及地址轉換方法，所述輸入輸出設備的內存訪問管理單元運行于虛機的操作系統中，包括：虛擬功能執行單元，被配置為執行輸入輸出設備的內存訪問請求對應的虛擬地址向物理地址的轉換，其中，所述輸入輸出設備為實現所述虛機上運行的應用程序的功能所需的設備，所述訪問請求攜帶所述虛擬地址；虛擬功能操控單元，被配置為控制所述虛擬功能執行單元完成地址轉換。與相關技術中多個虛機通過Hypervisor協調使用一個輸入輸出設備的內存訪問管理單元相比，本申請的實施例提升了運行于各虛機的虛擬操作系統上的應用程序的安全性。

技術領域

本申請涉及虛擬機領域，具體而言本申請實施例涉及輸入輸設備的內存訪問管理單元、系統及地址轉換方法。

背景技術

輸入輸出設備(即IO設備)在多虛機應用場景中通常采用輸入輸出存儲器管理單元IOMMU實現虛擬地址到系統物理地址轉換，其中，虛擬地址可以理解為輸入輸出設備發起的DMA請求地址，物理地址可以理解為系統內存地址(即System?Memory)，通常指DDR控制器連接的內存條地址。

虛機VM是存在于服務器虛擬化應用環境中的虛擬機，可以采用VM-0,VM-1,VM-2等表示多個虛機，它們各自都有客戶端操作系統和客戶端應用軟件運行其中。輸出輸入存儲器管理單元IOMMU用于將輸入輸出設備發起的DMA請求中的虛擬地址轉換成物理地址，它由物理功能模塊和內存映射輸入輸出單元MMIO控制寄存器組成。輸出輸入存儲器管理單元在地址轉換過程中需要對系統內存做訪問，且受到運行在主機操作系統中的虛擬機管理軟件Hypervisor軟件的控制。虛擬機管理軟件介于IOMMU和VM之間，它會協調處理多個VM對輸入輸出設備的虛擬地址轉換為物理地址的需求。

多個虛擬機通過虛擬機管理軟件Hypervisor協調使用輸入輸出存儲器管理單元IOMMU，勢必造成虛擬機和虛擬機之間的交叉安全隱患。因此如何提升安全性成了亟待解決的技術問題。

發明內容

本申請實施例的目的在于提供一種輸入輸出設備的內存訪問管理單元、系統及地址轉換方法，本申請的一些實施例為各個虛機提供安全獨立的客戶機地址轉換頁表的使用環境，有效解決虛機之間因為共享輸入輸出設備的內存訪問管理單元的硬件帶來的交叉安全隱患，同時降低各虛機對運行于主機操作系統中的虛擬機管理軟件的依賴。

第一方面，本申請的一些實施例提供一種輸入輸出設備的內存訪問管理單元，所述輸入輸出設備的內存訪問管理單元運行于虛機的操作系統中，包括：虛擬功能執行單元，被配置為執行輸入輸出設備的內存訪問請求對應的虛擬地址向物理地址的轉換，其中，所述輸入輸出設備為實現所述虛機上運行的應用程序的功能所需的設備，所述訪問請求攜帶所述虛擬地址；虛擬功能操控單元，被配置為控制所述虛擬功能執行單元完成地址轉換。

本申請的一些實施例通過運行于各虛機操作系統中的輸入輸出設備的內存訪問理單元，實現了相應虛機對應的輸入輸出設備的訪問內存的虛擬地址向物理地址的轉換操作，與相關技術中多個虛機通過Hypervisor協調使用一個輸入輸出設備的內存訪問管理單元相比，本申請的實施例提升了運行于各虛機的虛擬操作系統上的應用程序的安全性。

在一些實施例中，所述虛擬功能執行單元包括：頁表查詢模塊，被配置為依據客戶機地址轉換頁表完成所述虛擬地址向所述物理地址的轉換；地址轉換快速緩存模塊，被配置為依據映射關系表獲取所述虛擬地址對應的所述物理地址，其中，所述映射關系表用于存儲多個虛擬地址與物理地址的對應關系；身份識別模塊，被配置為依據所述虛機的身份標識過濾來自于其余虛機對應的輸入輸出設備的訪問請求。

本申請的一些實施例通過直接緩存轉換關系表和借助于內存的頁表查詢至少兩種方式來實現虛擬地址向物理地址的轉換，保證了虛擬地址向物理地址的轉換的成功率，同時由于優先使用在虛擬功能執行單元直接緩存的轉換關系表來實現虛擬地址轉換因此還提升了地址轉換的速度。