PCI Passthrough

Определение простыми словами

PCI Passthrough (проброс PCI-устройств) позволяет виртуальной машине получить эксклюзивный прямой доступ к физическому оборудованию — видеокарте, сетевой карте или NVMe-диску — так, как если бы это была bare-metal машина. Гипервизор в этом случае выступает только посредником при инициализации, а не при каждой операции ввода-вывода.

Технология опирается на IOMMU (Intel VT-d или AMD-Vi), который изолирует DMA-транзакции устройства в пределах адресного пространства конкретной ВМ, и на драйвер VFIO в ядре Linux, отвязывающий устройство от хостового драйвера и передающий его в пространство пользователя. Без IOMMU проброс небезопасен: устройство получило бы доступ ко всей физической памяти хоста.

Сравнение

Кейсы использования

• GPU-вычисления (ML/AI): передача NVIDIA A100 или RTX-серии в ВМ для обучения моделей без потерь пропускной способности PCIe.
• Игровые и рендер-серверы: Windows-гость на KVM с проброшенной GPU для стриминга или рендеринга без потери FPS.
• Высокочастотный трейдинг (HFT): проброс 25/100GbE NIC напрямую в ВМ с DPDK для обхода сетевого стека ядра Linux.
• NVMe-диски с низкой латентностью: PCIe 4.0 NVMe пробрасывается в ВМ базы данных, исключая эмуляционный оверхед virtio-blk.
• Аппаратные ускорители: FPGA, крипто-акселераторы (QAT), SmartNIC с offload-логикой.

Негативный пример: проброс единственного физического GPU на хосте с Proxmox VE одновременно нескольким ВМ невозможен — устройство занято эксклюзивно. Для многопользовательского доступа к GPU нужен SR-IOV (если карта поддерживает) или виртуализация MIG (NVIDIA A-серия).

Технические детали

Минимальные требования: CPU с поддержкой VT-d/AMD-Vi, включённый IOMMU в BIOS/UEFI и ядро Linux ≥ 4.1 с модулями vfio vfio_iommu_type1 vfio_pci vfio_virqfd. Проверка и настройка на хосте KVM/QEMU:

# Проверить активность IOMMU
dmesg | grep -e DMAR -e IOMMU

# Добавить параметры ядра (intel_iommu=on или amd_iommu=on)
grep GRUB_CMDLINE /etc/default/grub

# Загрузить модули VFIO
modprobe vfio-pci

# Узнать PCI ID устройства
lspci -nn | grep -i nvidia

# Привязать устройство к vfio-pci (пример для 10de:2204)
echo '10de 2204' > /sys/bus/pci/drivers/vfio-pci/new_id

# Запустить ВМ с проброшенным устройством через qemu
qemu-system-x86_64 -device vfio-pci,host=01:00.0,multifunction=on

В Proxmox VE проброс настраивается через GUI: Hardware → Add → PCI Device, либо вручную в конфиге /etc/pve/qemu-server/<VMID>.conf строкой hostpci0: 01:00,pcie=1,x-vga=1. Для стабильной работы рекомендуется закрепить IOMMU-группу целиком — все устройства одной группы должны быть проброшены вместе или изолированы через ACS override patch.

Частые вопросы