我可以使用虚拟机而不是物理机进行 MacOS 设备驱动程序开发吗？

Question

我想修改一个 MacOS X USB XHCI 控制器驱动程序。根据 Apple 的说法，他们强烈建议使用两台机器设置进行调试和测试。不幸的是，我的开发机器有目标硬件，我无法访问另一台合适的机器。

经过一番思考，是否有可能为此创建和运行虚拟机？具体来说，我可以让 OS X 来宾直接 IO 访问我的开发主机吗？

Answer 1

这里确实有几个问题，所以让我们解开各个部分：

1. macOS kext 在虚拟机中开发/测试/调试

这通常效果很好。如果将虚拟串行端口附加到 VM，则可以获得 kprintf 日志输出，并且根据模拟的以太网设备，您可以附加 lldb 内核调试器会话。我知道这适用于 VMWare Fusion 和 Parallels Desktop。我已经很多年没有使用 VirtualBox，但上次我尝试过你必须使用 virtio 网络设备（和驱动程序），因为它模拟默认英特尔以太网适配器的方式似乎与 OSX 驱动程序的内核调试支持不兼容。他们可能已经解决了这个问题。

如果您将主机引导到 Linux，您还可以在 Qemu/KVM 虚拟机中运行 macOS；内核调试同样在那里工作。 （你也可以在 macOS 上的 Qemu 中运行它，但它只支持仿真模式，与硬件辅助虚拟化相比，它的速度非常慢。）

2。虚拟机中的设备驱动开发/测试/调试

您正在为 VM 环境模拟的设备编写驱动程序 - 这种情况非常明显，当然您也可以这样做。许多 VM 环境可以模拟 XHCI 主机控制器。

不过，您询问的是对物理主机硬件的访问，这通常称为 pass-through。这是否可能在很大程度上取决于虚拟化环境和设备类型：

• USB 设备直通通常得到很好的支持。我已经提到的所有虚拟化环境都以某种形式支持这一点。对于某些类型的 USB 设备，它比其他设备效果更好，并且通过一个 VM 系统无法正常工作的设备可能通过另一个 VM 系统工作得更好。然而，这种类型的直通发生在 USB 总线级别 - 主机控制器比这更深一层。
• PCI(e) 设备直通原则上也可以在现代硬件上实现，前提是多个组件组合在一起。你需要：
  1. 具有活动硬件 IOMMU 的主机系统。 （I/O 内存管理单元）英特尔对此的实现称为“VT-d”。 Mac 通常从 Intel 的“Ivy Bridge”Core 系列 CPU 开始就具有此功能。 （Core i?-3??? 和更新）我相信一些较旧的 Mac Pro（Xeon）也有这个功能。与大多数 PC 不同，它在 Mac 的固件中默认启用。这是必要的，以便客户物理内存地址可以透明地传递给设备以用于 DMA 目的 - 这些地址与实际的主机物理内存页面地址不匹配，并且 IOMMU 可以在两者之间进行转换。如果没有这个，来宾虚拟机可能会向它不拥有的主机内存发出 DMA 读/写！
  2. IOMMU 的主机操作系统支持。如果可用，macOS 默认使用它，主要是为了防御恶意的 Thunderbolt 设备。它通常需要通过 Linux 上的内核命令行激活；我不知道 Windows 上的情况如何。
  3. VM 软件，可以利用 IOMMU 进行 PCI 设备直通到来宾。
     • Qemu/KVM 可以通过 vfio（主机）内核模块在 Linux 主机 上执行此操作。我对此有一些个人经验，包括macOS客人；它在许多情况下运行得非常好，即使使用一些 GPU。
     • VMWare ESXi 显然也支持 PCI 直通。 （假设 ESXi 在 Mac 硬件上运行，这包括对 macOS 来宾的支持）我对此设置没有个人经验。
     • 据我所知，macOS 主机（VMWare Fusion、Parallels Desktop、VirtualBox）上的常见桌面虚拟化环境不支持 PCI 直通。
     • 我已经 done some research into the feasibility 支持从 macOS 主机到 xhyve/hyperkit VM 来宾的 PCI 直通。我想我知道该怎么做，但我没有时间尝试实现它。 （也没有人付钱让我尝试?）即便如此，您的用例还有两个障碍是缺乏模拟帧缓冲设备和 xhyve/hyperkit 中缺乏 macOS 来宾支持。但是，如果有足够的开发人员资源，这两个问题相对容易解决。

总结：

如果您想立即执行此操作，请检查您的 Mac 是否有 IOMMU，如果有，您将有两个选择：在其上启动 Linux 并使用 Qemu/KVM，或使用 VMWare ESXi；在这两种情况下，创建一些 macOS 虚拟机（可能一个用于测试/调试，另一个用于开发/构建您的 kexts）并使用 vfio 将您要为其开发驱动程序的设备传递给测试 VM。

这是否比使用两台 Mac 更方便还有待商榷！