KVM+显卡直通（passthrough）

Posted 2022-12-01 乌托邦2号

方法一：.

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

<os>

...

  <loader readonly='yes' type='pflash'>/usr/share/OVMF/OVMF_CODE.fd</loader>
  <nvram template='/usr/share/OVMF/OVMF_VARS-pure.efi.fd'>/var/lib/libvirt/qemu/nvram/win10-2_VARS.fd</nvram>

</os>

<features>
    ...
    <hyperv>
      <vendor_id state='on' value='0123456789ab'/>
    </hyperv>
    <kvm>
      <hidden state='on'/>
    </kvm>
    ...
</features>

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。

 

方法二：

对于显卡直通，此前我走了很多弯路，在我的博文《我的KVM显卡直通实践》中有过相关记录，在此就不赘述了，只描述一下配置成功的方法。

配置好显卡直通的方法：
1.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。 
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，不过我这台电脑中的NVIDIA Quadro M4000对此是支持的。之前我以为显卡直通需要两块独立显卡，一块主机用，另一块虚拟机用。现在看来是VMware ESXi的显卡直通需要两块显卡，我用KVM配置的则不需要，因为我的主机一直用的是Intel的集成显卡。

2.准备工作
在BIOS将VT-d设置成enable，将显卡设置成iGPU（即直接在BIOS中把独立显卡禁用）。 
安装Ubuntu系统。 
此时如果发现鼠标的显示不稳定，屏幕闪烁，就打开系统设置中的显示设置。显示设置里面会看到两块屏幕（可能是因为我把独立显卡与集成显卡都用线连接到了显示器）。把使用独立显卡的那块显示屏关闭。 
使用apt-get update、apt-get upgrade等更新系统。 
安装Bumblebee（我直接安装NVIDIA显卡驱动时无法调成集成显卡显示），参考Bumblebee的wiki。

sudo add-apt-repository ppa:bumblebee/stable
sudo apt-get update
sudo apt-get install bumblebee bumblebee-nvidia primus linux-headers-generic

再安装NVIDIA驱动。（非常重要） 
NVIDIAＸServer Settings中的PRIME profiles应该显示使用的是集成显卡。 
配置grub文件。 
sudo gedit /etc/default/grub 
在文件中的GRUB_CMDLINE_LINUX_DEFAULT参数内添加”intel_iommu=on”。 
使用sudo update-grub更新grub。 
重启电脑。 
使用dmesg | grep IOMMU检查VT-d是否工作。若没有相应输出，需要重新检查之前的步骤。

3.VIFO配置
使用lspci -nn | grep VGA找到待分配的显卡设备编号。 
0000:04:00.0VGA compatible controller [0300]: NVIDIA Corporation GM204GL [Quadro M4000] [10de:13f1] (rev a1) 
0000:04:00.1Audio device [0403]: NVIDIA Corporation GM204 High Definition Audio Controller [10de:0fbb] (rev a1) 
接着在终端输入：

    sudo modprobe vfio
    sudo modprobe vfio-pci
    sudo su
    cd /sys/bus/pci/devices/0000:04:00.0/
    echo 0000:04:00.0 > /sys/bus/pci/devices/0000:04:00.0/driver/unbind
    echo 10de 13f1 > /sys/bus/pci/drivers/vfio-pci/new_id
    cd /sys/bus/pci/devices/0000:04:00.1/
    echo 0000:04:00.1 > /sys/bus/pci/devices/0000:04:00.1/driver/unbind
    echo 10de 0fbb > /sys/bus/pci/drivers/vfio-pci/new_id

（注：要确定这两个设备在同一个iommu group，而且同一个group下没有别的硬件。一般是不会有的。可以cd进文件夹然后用readlink iommu_group和ll iommu_group/devices来确定）

4.虚拟机显卡分配
安装KVM：

    sudo apt-get install qemu-kvm qemu virt-manager virt-viewer libvirt-bin python-libvirt bridge-utils
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用KVM新建一`这里写代码片`个新的虚拟机，安装好系统。
将虚拟机关闭，打开KVM虚拟机的信息，添加新的设备。将PCI编号为0000:04:00.0和 0000:04:00.1的设备添加进去，即完成了显卡直通。
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5.仍然存在的问题
显卡直通这样就可以算成功了。 
目前存在的问题是：我在虚拟机里面把显卡的NVIDIA驱动安装好之后，重启虚拟机，就会卡在输入ubuntu账户密码的界面。这确实是一个熟悉的场景，是因为连接的虚拟集成显卡被禁用了，得使用独立显卡。但是虚拟机又没有BIOS，此处的配置还有待于研究（TBC）。