PCIem

Un framework del kernel de Linux que permite la emulación sintética de dispositivos PCIe en espacio de usuario. | Documentación

¿Qué es PCIem?

PCIem es un framework que crea dispositivos PCIe virtuales en el kernel de Linux aprovechando algunas técnicas novedosas para presentar tarjetas sintéticas como dispositivos PCI legítimos al sistema operativo anfitrión.

Para resumir qué es PCIem: un framework para (aunque no limitado a) desarrollar y probar controladores de dispositivos PCIe sin necesidad de hardware real en el anfitrión.

Comparación con libfvio-user

PCIem y libfvio-user son dos soluciones diferentes para necesidades distintas, puede haber confusión al compararlas, por lo que aquí están las diferencias (Véase figura 1 para más detalles).

La principal es que libvfio-user normalmente depende de un cliente (que implementa el protocolo vfio-user), generalmente QEMU (a través de KVM, usando salidas de VM) para exponer el dispositivo PCIe emulado al invitado. Escribe su servidor vfio (con un mecanismo de devolución de llamada generalmente) que luego interactúa con el cliente.

Lo que hace PCIem en cambio es exponer el dispositivo directamente en el anfitrión; sin KVM, sin invitados, sin máquinas virtuales, nada. El dispositivo aparece en el bus PCIe del anfitrión como si estuviera conectado físicamente.

Característica	PCIem	libfvio-user
Conexión	Archivo de dispositivo (`/dev/pciem`)	Sockets UNIX (protocolo `vfio-user`)
El controlador objetivo se ejecuta en	Anfitrión	OS Invitado
El dispositivo emulado se ejecuta en	Espacio de usuario	Espacio de usuario
Accesos al dispositivo	Directo (Dentro del anfitrión)	Virtualizado (Invitado a Anfitrión)

Figura 1: Comparación entre frameworks

Arquitectura

graph LR
    subgraph Kernel ["Host Linux Kernel"]
        direction TB

        RealDriver["Real PCIe Driver"]

        subgraph Framework ["PCIem Framework"]
            direction TB
            Config["PCI Config Space"]
            BARs["BARs"]
            IRQ["Interrupts"]
            DMA["DMA / IOMMU"]
        end

    end

    Interface(("/dev/pciem"))

    subgraph User ["Linux Userspace"]
        direction TB
        Shim["Device Emulation"]
    end

    Framework <==> Interface
    Interface <==> Shim

Funcionalidades Actuales

Creación de BAR: Crear y monitorear regiones BAR programáticamente.
Seguimiento MMIO de BAR: Detección y notificación de lectura/escritura MMIO para evitar sondeo de accesos.
Soporte de interrupciones: Inyección de interrupciones Legacy/MSI/MSI-X.
Framework de capacidades PCI: Sistema de capacidades PCI (lista enlazada internamente).
Sistema DMA: Accesos DMA con conocimiento de IOMMU desde/hacia el dispositivo en espacio de usuario.
- Soporte P2P (¡Preliminar!): DMA peer-to-peer entre dispositivos con control de acceso basado en listas blancas.
Espacio de usuario: Implementa tus dispositivos PCIe completamente en espacio de usuario.