一、MMU VS IOMMU
Fig1. MMU地址转换框图
Fig2. 同一虚拟机下IOMMU地址转换框图
Fig3. 不同虚拟机下IOMMU地址转换框图
二、某个IO DEVICE如何找到其对应的IOPT?
设备发起DMA请求时，会将自己的Source Identifier（包含Bus/Device/Func）包含在请求中，IO MMU根据该标识完成映射。过程如下：
Fig3. IOMMU页表查询过程
说明：1、IOMMU的页表，可以认为同属于一个虚拟机的io device共用一个页表（也即一个虚拟机使用一个IOMMU页表），这其实也和Linux中只有一个GDT，并且被所有进程共享一样，类比方便理解。
2、Fig3中红线的部分，是两个Context Entry指向了同一个页表。这种情况在虚拟化场景中的典型用法就是这两个Context Entry对应的不同PCIe设备属于同一个虚拟机，那样IOMMU再将GPAàHPA过程中要遵循同一规则（同一个页表）；
3、对于由PCIe switch扩展出的PCI桥及桥下设备，在发送DMA请求时，Source Identifier是PCIe switch的，这样的话该PCI桥及桥下所有设备都会使用PCIe switch的Source Identifier去定位Context Entry，找到的页表也是同一个，如果将这个PCI桥下的不同设备分给不同虚机，由于会使用同一份页表，这样会产生问题，针对这种情况，当前PCI桥及桥下的所有设备必须分配给同一个虚机，这就是VFIO中组的概念。详见VFIO分析。
扩展知识：
现在大部分IOMMU，都支持多进程访问。比如我有两个进程同时从用户态访问设备，他们自己管理iova，这样，他们给iommu提供的iova就可能是冲突的。所以，IOMMU硬件同时支持多张iopt，用进程的id作为下标（对于PCIE设备来说，就是pasid了）,Fig.4展示pasid在GPU和CPU地址空间share的一个应用：
Fig.4 CPU和GPU地址空间共享
三、用户态驱动之UIO
UIO框架导出sysfs和/dev/uioX 2套用户态接口，用户对设备节点/dev/uioX进行设备控制，mmap()接口用于映射设备寄存器空间，write()接口用于控制中断关闭/打开，read()接口用于等待一个设备中断。
因为对于设备中断的应答必须在内核空间进行，所以在内核空间有一小部分代码用来应答中断和禁止中断，其余的工作全部留给用户空间处理。如果用户空间要等待一个设备中断，它只需要简单的阻塞在对 /dev/uioX的read()操作上。当设备产生中断时，read()操作立即返回。UIO 也实现了poll()系统调用，你可以使用 select()来等待中断的发生。select()有一个超时参数可以用来实现有限时间内等待中断。
UIO的几个特点：
- 一个UIO设备最多支持5个mem和portio空间mmap映射
- UIO设备的中断用户态通信机制基于wait_queue实现
- 一个UIO设备只支持一个中断号注册，支持中断共享
总的来说，UIO框架适用于简单设备的驱动，因为它不支持DMA，不能支持多个中断线，缺乏逻辑设备抽象能力。
四、用户态驱动之VFIO
1、IOMMU支持DMA remaping特性（相应的，MMU支持CPU remaping），可以屏蔽物理地址对上层的可见性，以确保IO设备只在分配给它们的VM domain内（虚拟机内）访问内存，可以利用IOMMU来开发用户态驱动和设备透传。VFIO就是利用IOMMU这个特性实现的。
2、VFIO驱动程序是一个与IOMMU具体硬件无关的框架，可以支持x86架构的VT-D、AMD-Vi，POWER PE，ARM等各种IOMMU硬件架构。使用VFIO可以实现安全的，非特权的，用户空间驱动程序。
相较于VFIO，用UIO框架实现的用户空间驱动，将不受IOMMU的保护，且中断支持有限，并且需要root权限运行。并且，UIO不支持DMA，所以通过DMA传输大流量数据的IO设备，如网卡、显卡等设备，无法使用UIO框架，VFIO作为UIO的升级版，就是为了解决UIO这一系列问题而出现的。
3、VFIO如何工作？通过用户态配置IOMMU，可以将DMA地址空间映射限制在进程虚拟空间中，这对高新能驱动和虚拟化场景下的device passthrough尤其重要。
4、VFIO的group和container
(1)group: pass through给同一个虚拟机的io device集合。Group 是IO MMU能够进行DMA隔离的最小硬件单元（隔离：即使用不同的页表）。
(2)container: 对于虚拟机，container这里可以简单理解为一个VM Domain（虚拟机）的物理内存空间，对于用户态驱动，container可以是多个group的集合。从这里看出——虚拟机其实是一个特殊的用户态驱动。
参考文章：
IOMMU & iomap &VFIO & uio - yimuxi )
[Linux] VFIO - 简书 (jianshu.com)
IOMMU和VFIO概述-lvyilong316-ChinaUnix博客
