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使用qemu模拟CXL.mem设备

winux 2024-06-30 12:01:02
简介使用qemu模拟CXL.mem设备

CXL可以说是自PCIe技术诞生几十年以来最具变革性的新技术了。可以想象有了CXL以后机箱的边界将被彻底打破，服务器互相使用对方的内存，网卡，GPU 。整个机架甚至跨机架的超级资源池化成为可能，云计算也将进入一个新的时代。

当前Intel, AMD 目前最新CPU型号也都已经支持CXL接口，三星也有支持CXL的内存模组提供，但是普及性还是非常低，可能只有极个别的研究人员才能拿到真正的物理设备。作为不那么有实力的普通IT从业者如何才能体验这一最前沿的科技成果呢？使用模拟器便是最方便的选择。

本文包括两部分内容，
1）如何使用qemu搭建CXL模拟环境，列出关键的避坑点。这部分需要一定的软件开发基础。
2）从模拟器里看到的CXL设备什么样，这部分适合大多数IT从业者，看到就是体验到

一、搭建CXL qemu模拟器

搭建模拟环境需要三个软件：1）合适版本的qemu 2）合适版本的linux内核 3）合适版本的ndctl软件。 这里说“合适” 是想说并非随便抓个版本过来就可以使用，因为CXL正在飞速演进，软件生态也在不断迭代中，合适的版本才能配合到一起。

1） 编译qemu, 我使用的qemu代码库在：https://gitlab.com/jic23/qemu/-/tree/cxl-2023-04-19, commit ID: 8eb2a03258 

具体编译过程不是本文重点，这里省略，请大家自行解决。

2）使用qemu启动一个VM，我使用的是 CentOS8.4, 可以自己安装也可以从网上下载安装好了的qcow2文件。同样这个的具体操作步骤省略。

3）编译Linux内核，步骤2把VM起来后我们需要更新其内核。本文测试使用的是6.3.0版本内核，从https://gitee.com/mirrors/linux_old1.git 这个代码库克隆，commit ID: 457391b03803

编译内核时需要使能CXL支持，在.config文件里如下配置：

# grep CXL .config
CONFIG_CXL_BUS=m
CONFIG_CXL_PCI=m
CONFIG_CXL_MEM_RAW_COMMANDS=y
CONFIG_CXL_ACPI=m
CONFIG_CXL_PMEM=m
CONFIG_CXL_MEM=m
CONFIG_CXL_PORT=m
CONFIG_CXL_SUSPEND=y
CONFIG_CXL_REGION=y
CONFIG_CXL_REGION_INVALIDATION_TEST=y
CONFIG_DEV_DAX_CXL=m

4） ndctl工具，使用  https://github.com/pmem/ndctl.git ， commit ID: 96bae09

这个工具需要在guest OS里面使用。也需要大家自行编译。

应该说上面这几个过程还是颇有些繁琐，光编译环境就要Host, guest搭两次，笔者也是折腾了好久。为了不影响本文主要目标，保持行文简洁只能忍痛省略。

二、启动qemu

启动qemu时添加CXL.mem设备，这里直接给出启动命令，大家看命令行就知道如何设置

/data/cxl/qemu/build/qemu-system-x86_64  -enable-kvm -cpu host -smp 8 
   -machine type=q35,accel=kvm,nvdimm=on,cxl=on   
   -drive if=ide,file=./centosx86.qcow2,cache=none  
   -m 32G,slots=8,maxmem=64G -vnc :3 
   -nic user,hostfwd=tcp::10023-:22 
   -net nic,macaddr=12:34:56:78:9a:bc 
   -net tap,ifname=tap3 
   -cdrom /data/CentOS-8.4.2105-x86_64-dvd1.iso 
   -object memory-backend-file,id=cxl-mem1,share=on,mem-path=/tmp/cxltest.raw,size=256M 
-object memory-backend-file,id=cxl-lsa1,share=on,mem-path=/tmp/lsa.raw,size=256M 
-device pxb-cxl,bus_nr=12,bus=pcie.0,id=cxl.1 
-device cxl-rp,port=0,bus=cxl.1,id=root_port13,chassis=0,slot=2 
-device cxl-type3,bus=root_port13,memdev=cxl-mem1,lsa=cxl-lsa1,id=cxl-pmem0 
-M cxl-fmw.0.targets.0=cxl.1,cxl-fmw.0.size=4G

三、 CXL之初体验

1） 首先我们看系统里cxl设备出现在哪里：

# ls /dev/cxl/
mem0

没错，就是多出了这么个小小的设备文件。

2）再具体一点，使用刚才编译的ndctl工具，最新的版本里面带了一个叫cxl的工具，

​

还可以再具体一些，# cxl list -v 

# cxl list -v
[
  {
    "bus":"root0",
    "provider":"ACPI.CXL",
    "nr_dports":1,
    "dports":[
      {
        "dport":"pci0000:0c",
        "alias":"ACPI0016:00",
        "id":12
      }
    ],
    "ports:root0":[
      {
        "port":"port1",
        "host":"pci0000:0c",
        "depth":1,
        "nr_dports":1,
        "dports":[
          {
            "dport":"0000:0c:00.0",
            "id":0
          }
        ],
        "endpoints:port1":[
          {
            "endpoint":"endpoint2",
            "host":"mem0",
            "depth":2,
            "memdev":{
              "memdev":"mem0",
              "pmem_size":268435456,
              "serial":0,
              "host":"0000:0d:00.0",
              "partition_info":{
                "total_size":268435456,
                "volatile_only_size":0,
                "persistent_only_size":268435456,
                "partition_alignment_size":0
              }
},
            "decoders:endpoint2":[
              {
                "decoder":"decoder2.0",
                "interleave_ways":1,
                "state":"disabled"
              },
              {
                "decoder":"decoder2.1",
                "interleave_ways":1,
                "state":"disabled"
              },
              {
                "decoder":"decoder2.2",
                "interleave_ways":1,
                "state":"disabled"
              },
              {
                "decoder":"decoder2.3",
                "interleave_ways":1,
                "state":"disabled"
              }
            ]
          }
        ],
        "decoders:port1":[
          {
            "decoder":"decoder1.0",
            "interleave_ways":1,
            "state":"disabled",
            "nr_targets":1,
            "targets":[
              {
                "target":"0000:0c:00.0",
                "position":0,
                "id":0
              }
            ]
          }
        ]
      }
    ],
    "decoders:root0":[
      {
        "decoder":"decoder0.0",
        "resource":79725330432,
        "size":4294967296,
        "interleave_ways":1,
        "max_available_extent":4294967296,
        "pmem_capable":true,
        "volatile_capable":true,
        "accelmem_capable":true,
        "nr_targets":1,
        "targets":[
          {
            "target":"pci0000:0c",
            "alias":"ACPI0016:00",
            "position":0,
            "id":12
          }
        ]
      }
    ]
  }
]

​

3) 使用这个设备

当前我们模拟出来的是一个CXL接口的pmem设备，像AEP。

# cxl create-region -d decoder0.0 -t pmem -m mem0
{
  "region":"region0",
  "resource":"0x1290000000",
  "size":"256.00 MiB (268.44 MB)",
  "interleave_ways":1,
  "interleave_granularity":256,
  "decode_state":"commit",
  "mappings":[
    {
      "position":0,
      "memdev":"mem0",
      "decoder":"decoder2.0"
    }
  ]
}
cxl region: cmd_create_region: created 1 region

# cxl list
[
  {
    "memdevs":[
      {
        "memdev":"mem0",
        "pmem_size":268435456,
        "serial":0,
        "host":"0000:0d:00.0"
      }
    ]
  },
  {
    "regions":[
      {
        "region":"region0",
        "resource":79725330432,
        "size":268435456,
        "interleave_ways":1,
        "interleave_granularity":256,
        "decode_state":"commit"
      }
    ]
  }
]


[root@vm3 ~]# ndctl create-namespace
{
  "dev":"namespace0.0",
  "mode":"fsdax",
  "map":"dev",
  "size":"250.00 MiB (262.14 MB)",
  "uuid":"25fab29a-f4ce-483e-94b4-176c40111f6c",
  "sector_size":512,
  "align":2097152,
  "blockdev":"pmem0"
}
[root@vm3 ~]# lsblk
NAME   MAJ:MIN RM  SIZE RO TYPE MOUNTPOINT
sda      8:0    0   50G  0 disk
└─sda1   8:1    0   50G  0 part /
sr0     11:0    1  9.3G  0 rom
pmem0  259:0    0  250M  0 disk

 经过上面这一系列的cxl命令，ndctl命令，lsblk终于看到pmem0设备了，使用过AEP的的朋友对这个设备肯定不陌生，之后就跟AEP的使用方法一样了，格式化文件系统，映射到内存空间 ...，本文不再赘述。

风语者！平时喜欢研究各种技术，目前在从事后端开发工作，热爱生活、热爱工作。

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