KVM+显卡直通（passthrough）

Posted 2021-05-17 乌托邦2号

.硬件条件
首先要确定主板和CPU都支持VT-d技术，即Virtualization Technology for Direct I/O（英特尔虚拟技术）。近年的产品应该都支持此技术。 在Bios里将
还要确定要直通的显卡支持PCI Pass-through。似乎A卡对于直通的支持比N卡好，但N卡性能比A卡好，这个大家都知道。目前市面上的显卡一般都支持直通。我用过的NVIDIA 的M60和GeForce系统960，970，1080系列都支持的。注意做显卡直通需要两块显卡，一块主机用，另一块虚拟机用，主板有集成显卡的可以采用将集成显卡给宿主机，PCI的独立显卡给虚拟机用。

2.准备工作
在BIOS将VT-d设置成enable（主板BIOS设置项名称不一样，类似于虚拟化技术的项目打开即可）。

3.安装Ubuntu系统。
宿主机操作系统：ubuntu 16.X和18.X都可以，18版本较新在有的机器上图形界面登录的位置卡的比较厉害，16版本比较稳定。

安装完ubuntu系统打开命令行终端，输入如下命令，将系统更新至最新：

sudo apt-get update
sudo apt-get upgrade

如果是原本就已经有了ubuntu系统，则不需要重新安装，可以通过如下命令，确认CPU是否支持硬件虚拟化，有内容输入即可
egrep -o ‘(vmx|svm)’ /proc/cpuinfo

4.安装KVM

输入如下命令安装KVM及Libvirt：

sudo apt-get install qemu-kvm libvirt-bin bridge-utils ubuntu-vm-builder virt-manager virtinst

启动libvirt服务：

/etc/init.d/libvirtd start

5.确认内核是否支持iommu
cat /proc/cmdline | grep iommu
如果没有输出结果，添加intel_iommu=on到grub的启动参数,需要重启。

加"名称=值”的键值对到GRUB_CMDLINE_LINUX_DEFAULT变量,添加多个时用空格隔开,
例如GRUB_CMDLINE_LINUX_DEFAULT="… name=value"

(注意：理论上添加到GRUB_CMDLINE_LINUX变量和GRUB_CMDLINE_LINUX_DEFAULT任意一个都可以)

使用命令：sudo view /etc/default/grub 编辑grub

找到GRUB_CMDLINE_LINUX_DEFAULT或GRUB_CMDLINE_LINUX加入iommu开关，如下：
GRUB_CMDLINE_LINUX=“intel_iommu=on”

然后使用grub-mkconfig -o /boot/grub/grub.cfg更新grub.cfg文件
或者，使用sudo update-grub来更新grub文件。

之后需要重启服务器（即便不做第五步最好也重启的一下）。

6.使用dmesg | grep IOMMU 或dmesg | grep -e DMAR -e IOMMU检查VT-d（AMD芯片时是 IOV）是否工作。若没有相应输出，需要重新检查之前的步骤。

7.查看pci设备信息
lspci -nn | grep NVIDIA

如果不是NVIDIA的显卡，可以换自己显卡的关键字查询。重查询结果上注意查看自己独立显卡（也就是要直通的显卡）的设备ID和地址，形如： [10de 1b80] 和 [10de 10f0]， 01.00.0和01.00.1。（Gefore显卡一般会集成一个声卡芯片）

查看驱动

lspci -vv -s 01:00.0 | grep driver

Kernel driver in use: nouveau （ubuntu系统为显卡绑定的默认驱动）
lspci -vv -s 01:00.1 | grep driver
Kernel driver in user: snd_hda_intel （显卡上附带的集成声卡的默认驱动）

禁用显卡的默认驱动

禁用nouveau， snd_hda_intel，将其添加到/etc/modprobe.d/blacklist.conf文件最后
blacklist nouveau
blacklist snd_hda_intel

8.将显卡从宿主机解绑定

$ modprobe pci_stub
$ echo “10de 1b80” > /sys/bus/pci/drivers/pci-stub/new_id
$ echo 0000:01:00.0 > /sys/bus/pci/devices/0000:01:00.0/driver/unbind
$ echo 0000:01:00.0 > /sys/bus/pci/drivers/pci-stub/bind
$ echo “10de 10f0” > /sys/bus/pci/drivers/pci-stub/new_id
$ echo 0000:01:00.1 > /sys/bus/pci/devices/0000:01:00.1/driver/unbind
$ echo 0000:01:00.1 > /sys/bus/pci/drivers/pci-stub/bind

这步的前后忘记了是否需要重启，如果遇到问题，自己重启一下试试吧。

9.查看显卡设备所在组
find /sys/kernel/iommu_groups/ -type l

在做直通的时候，需要将同组内的所有设备全部直通给虚拟机（也就是一个独立完整的设备直通给虚拟机，不能一个设备一部分直通给虚拟机一部分在宿主机），比如刚才上面的显卡包括显卡和声卡，都需要一起直通给虚拟机。另外需要注意有的显卡硬件在查询所在组的时候，同组内除了显卡和声卡以外还会显示一个设备（比如00:01.0）,这个好像是CPU和PIC设备之间的桥设备（本人不从事硬件相关工作，所以具体名称我也叫不好，勿拍），这个设备在稍后做直通的时候可以忽略，不同直通给虚拟机。

10.安装OVMF

apt-get install ovmf

11.创建Windows虚拟机，通过在ubuntu图形界面上找到virt-manager工具，创建Windows10虚拟机，这个和其他创建虚拟机软件差不多（比如，Vmware，Virtualbox等），如果不了解的，可以自己百度查询。

注意创建虚拟机时选择自己配置，在最初的设定页面上选择引导方式为UFFI（这个功能也就是刚才安装的OVMF支持的）一直到把Windows系统安装完成。

安装完以后，将Windows更新至最新。然后关闭虚拟机。

在KVM管理界面（virt-manager）上，通过添加设备，将显卡（以及集成的声卡）PCI设备一并分配给虚拟机。

然后启动虚拟机，联网下载对应的显卡驱动，安装驱动，安装完驱动，在设备管理中发现显卡驱动出现43#错误，停止工作。

下载TightVNC，在虚拟机上安装并运行VNC Server（默认端口5900），允许开机自动运行。

关闭虚拟机。

12.更改Windows10虚拟机设置。

虚拟机配置文件在/etc/libvirt/qemu/目录下，打开编辑，按照红色部分修改

…

/usr/share/OVMF/OVMF_CODE.fd
/var/lib/libvirt/qemu/nvram/win10-2_VARS.fd

... ...

loader 和nvram的template值是使用的OVMF提供的，nvram标签内的值是取决于自己创建的虚拟机的名字。

注：上面这部分是为了解决Windows中安装完显卡驱动显示驱动异常43#错误的问题，也就是Nvidia的驱动中对Geforce的显卡做了检查，消费级显卡不允许在虚拟机中运行，只允许专业卡比如M60进行虚拟化。所以我们将Geforce显卡做了直通的时候，驱动就会自己检查报错停止工作。我们在hyperv中提供虚假vender_id,隐藏KVM以达到欺骗的目的，但只做这两点还不行，所以才需要安装OVMF在rom引导上做手脚，使用OVMF提供的ROM引导系统。这样就躲过了驱动的检查。不过这样做之后，在宿主机的Virt-Manager中看不见虚拟机的Windows界面了，显示黑屏，我们需要通过VNC连接虚拟机进行操作和使用。

修改完配置文件，保存退出。

13.启动Windows虚拟机，看见OVMF 的UFFI引导界面，过一会儿在另一台机器上通过VNC客户端连接虚拟机（服务端）的Ip，没有意外，就可以连接上了，查看显卡设备的驱动就应该正常了。