ubuntu VM의 passthrough 기능과 iGPU 예시

VFIO는 “Virtual Function I/O”의 약자로, 리눅스 커널에 들어있는 장치 패스스루용 프레임워크/드라이버 체계라고 보면 됩니다.

VFIO의 의미/역할

  • 의미: VFIO는 사용자 공간(userspace) 프로그램이나 VM(QEMU/KVM 같은)이 직접 PCI 장치(GPU, NIC, NVMe 등)에 접근할 수 있게 해주는 커널 서브시스템이에요.
  • 목적: 이걸 이용하면 게스트가 가상 에뮬레이션 장치 대신 호스트의 실제 하드웨어를 거의 네이티브 성능으로 쓰도록 만드는 것이 가능해집니다 (GPU passthrough 등).

Passthrough에서 VFIO가 하는 일

Ubuntu + KVM에서 GPU 같은 걸 passthrough 할 때 흔히 보이는 vfio-pci가 핵심인데, 흐름은 대략 이렇습니다.

  1. IOMMU(VT-d / AMD-Vi)를 켜서 장치의 DMA를 격리할 수 있게 함.
  2. 원래 장치를 잡고 있던 호스트 드라이버(nvidia, nouveau, ixgbe 등)에서 장치를 떼어냄(unbind).
  3. 그 장치를 vfio-pci 드라이버에 바인딩해서, 이제부터는 VFIO가 그 장치를 “잡고” 있게 함.
  4. QEMU/libvirt가 VFIO를 통해 그 장치를 특정 VM에 붙여주고, VM 안의 드라이버가 직접 그 물리 장치를 사용.

즉, VFIO = 유저/VM이 커널을 거치지 않고도 안전하게 물리 장치에 직접 접근하도록 IOMMU 기반 격리 + API를 제공하는 커널 프레임워크,
vfio-pci는 그 중에서 PCI 장치를 VM에 패스스루할 때 쓰는 드라이버라고 이해하면 됩니다.

출처
[Ubuntu 18.04/20.04] Virtual Machine with Passthrough - marco https://marcokhan.tistory.com/251
[Ubuntu 22.04.3 Server LTS] QEMU/KVM passthrough & 중첩 ... https://junyharang.tistory.com/495
[가상화] PCI Pass-through와 VFIO - Computing - 티스토리 https://computing-jhson.tistory.com/92
How to Configure PCI Passthrough for VMs on Ubuntu - OneUptime https://oneuptime.com/blog/post/2026-03-02-configure-pci-passthrough-vms-ubuntu/view
VFIO, Passthrough - 아는 개발자 https://selfish-developer.com/entry/VFIO-Passthrough
VFIO-PCI Passthrough https://itpe.jackerlab.com/entry/VFIO-PCI-Passthrough
다시 한번 시작하는 우분투 서버 깔고 그 위에서 GPU 하나로 게스트 OS에 Passthrough 하고 나서 KVM의 메모리를 조작해서 윈도우를 마음대로 주무르기 까지의 웹로깅 https://blog.naver.com/makdan/221570452022
VFIO & mdev (디바이스 패스스루) https://minzkn.com/linuxkernel/pages/vfio-mdev.html
VFIO가 뭐임? https://www.reddit.com/r/VFIO/comments/12nfck3/what_is_vfio/
GPU PCIe Passthrough 를 통해 VM에 GPU 할당하여 사용하기 (1) https://itpractice.tistory.com/7

설정예제

Ubuntu를 돌리는 NAS에서 VFIO passthrough 설정은 대략 아래 7단계로 정리할 수 있어요.
(예: GPU / NVMe / NIC 등 PCI 장치를 KVM VM에 직접 할당하는 경우)

1. 하드웨어/BIOS 설정

  • CPU: Intel이면 VT‑d, AMD이면 **AMD‑Vi(IOMMU)**를 BIOS에서 Enabled.
  • 메인보드: BIOS에서 IOMMU / “PCI‑SATA/PCI‑NVMe Passthrough” 계열 옵션 켜기.

이후 리부팅 후 아래로 IOMMU 활성 여부 확인:

dmesg | grep -i "IOMMU\|DMAR\|AMD-Vi"

IOMMU enabled / AMD-Vi enabled 같은 메시지가 나오면 준비 완료.

2. GRUB에 IOMMU + VFIO 옵션 추가

sudo nano /etc/default/grub
  • Intel: 
    GRUB_CMDLINE_LINUX_DEFAULT="quiet splash intel_iommu=on iommu=pt"
  • AMD: 
    GRUB_CMDLINE_LINUX_DEFAULT="quiet splash amd_iommu=on iommu=pt"

저장 후 업데이트:

sudo update-grub && sudo reboot

3. 장치가 속한 IOMMU group 확인

해당 GPU/NVMe/NIC가 어떤 группа에 속해 있는지 확인:

sudo lspci -nn

원하는 장치를 찾고, 예를 들어 01:00.0 VGA [10de:2206] 라면:

# 해당 장치의 IOMMU 그룹 확인
for d in /sys/kernel/iommu_groups/*/devices/*; do
  n=${d#*/iommu_groups/*}; n=${n%%/*}
  [ -e "$d" ] && echo "IOMMU Group $n:" $(ls -l "$d")
done | grep "01:00"

장치가 가능한 한 혼자 a group에 속해 있는 것이 이상적입니다 (ACS 문제가 적음).

4. VFIO 드라이버 설치 및 모듈 로드

필요한 모듈들을 /etc/modules에 등록:

sudo nano /etc/modules

아래 줄을 추가:

vfio
vfio_iommu_type1
vfio_pci
vfio_virqfd

데비안/우분투 계열은 initramfs에 모듈 정보도 포함하도록:

sudo nano /etc/initramfs-tools/modules

같은 모듈들을 한 줄씩 추가한 뒤:

sudo update-initramfs -u

5. passthrough 장치를 vfio‑pci로 고정 바인딩

lspci -nn으로 나온 PCI ID를 이용해 vfio-pci에 강제 바인딩시킵니다.

예: GPU VGA 10de:2206 + HDMI Audio 10de:1aef

sudo nano /etc/modprobe.d/vfio.conf

내용:

options vfio-pci ids=10de:2206,10de:1aef
  • NVIDIA 등 기존 GPU 드라이버를 먼저 vfio보다 늦게(또는 아예) 로드하지 않게 하려면:
softdep nvidia pre: vfio-pci

또는

blacklist nouveau
blacklist nvidia

이후 initramfs 재생성:

sudo update-initramfs -u
sudo reboot

6. 부팅 후 vfio‑pci 바인딩 확인

재부팅 후:

lspci -k -s 01:00.0   # VGA
lspci -k -s 01:00.1   # HDMI Audio

Output 예:

Kernel driver in use: vfio-pci

이렇게 되어 있으면 해당 장치가 vfio-pci에게 잡혀서 VM에 pass-through 가능 상태입니다.

7. KVM / libvirt에서 VM에 장치 할당

virt-manager 또는 virsh edit로 VM 구성 파일을 열고, 예를 들어:

<hostdev mode='subsystem' type='pci' managed='yes'>
  <source>
    <address domain='0x0000' bus='0x01' slot='0x00' function='0x0'/>
  </source>
</hostdev>

또는 virt-manager GUI에서
Add Hardware → PCI Host Device → 앞에서 확인한 GPU 장치를 선택.

  • 고급: OVMF 이미지를 사용해 UEFI로 VM 부팅 (Windows 게스트용).

정리 (NAS용 요약)

  • NAS Ubuntu + KVM이면:
    • BIOS에서 IOMMU/VT‑d/AMD‑Vi 켜기 →
    • GRUB에 iommu=on 계열 부팅 파라미터 추가 →
    • vfio/vfio-pci 모듈 initramfs에 포함 →
    • passthrough 장치를 vfio-pci가 항상 잡도록 ids= + blacklist 설정 →
    • KVM VM에 그 PCI 장치를 hostdev로 붙이면 끝.

출처
[Ubuntu 18.04/20.04] Virtual Machine with Passthrough - marco https://marcokhan.tistory.com/251
How to Configure GPU Passthrough in KVM on Ubuntu https://oneuptime.com/blog/post/2026-03-02-how-to-configure-gpu-passthrough-in-kvm-on-ubuntu/view
[Ubuntu 22.04.3 Server LTS] QEMU/KVM passthrough & 중첩 ... https://junyharang.tistory.com/495
GPU PCIe Passthrough 를 통해 VM에 GPU 할당하여 사용하기 (1) https://itpractice.tistory.com/7
Host Setup for Qemu KVM GPU Passthrough with VFIO on ... https://www.cloudrift.ai/blog/host-setup-for-qemu-kvm-gpu-passthrough-with-vfio-on-linux
다시 한번 시작하는 우분투 서버 깔고 그 위에서 GPU 하나로 게스트 OS에 Passthrough 하고 나서 KVM의 메모리를 조작해서 윈도우를 마음대로 주무르기 까지의 웹로깅 https://blog.naver.com/makdan/221570452022
GPU-Passthrough-On-Ubuntu-22.04.2-for-Beginners https://github.com/Andrew-Willms/GPU-Passthrough-On-Ubuntu-22.04.2-for-Beginners
Virtual gaming machine with PCI passthrough on Ubuntu 20.04 https://mathiashueber.com/pci-passthrough-ubuntu-2004-virtual-machine/
NVIDIA GPU Passthrough with Ubuntu Server 24.4 on new ... https://www.reddit.com/r/VFIO/comments/1kwztit/nvidia_gpu_passthrough_with_ubuntu_server_244_on/
Up to Date Guide on enabling setting up VFIO on Ubuntu host (22.04) https://www.reddit.com/r/VFIO/comments/186quw4/up_to_date_guide_on_enabling_setting_up_vfio_on/

iGPU passthrough 상세예시

iGPU passthrough는 **CPU에 내장된 GPU(인텔 iGPU, AMD APU iGPU 등)**를 VM에 직접 할당해서,

  • 호스트는 디스플레이 없이 headless로 쓰고,
  • VM에서만 화면/그래픽을 사용하는 방식이다.

Ubuntu + KVM 기준으로 정리하면 아래 단계를 참고

1. 지원 여부 먼저 확인

  • Intel iGPU:

    • Broadwell(5세대) 이후 일부 칩셋은 dmesg에서 Disabling IOMMU for graphics 때문에 VFIO passthrough이 안 되는 버전도 있어서,
      i915 + VFIO 전체 장치 통째 passthrough은 세대/커널에 따라 불가능한 경우가 많음.
    • 그 대신 GVT‑g(또는 GVT‑d) 같은 가상화 기술로 “iGPU 일부를 VM에 나눠 쓰는” 방식이 더 현실적인 경우가 많음.

  • AMD iGPU(AMD APU):

    • APU 내 그래픽을 vfio‑pci로 통째 passthrough해서 Windows VM에 쓰는 케이스가 존재하고,
      vfio-pci.ids=로 iGPU PCI ID를 잡아서 VM에 hostdev로 붙이는 방식으로 구현 가능.

2. 기본 VFIO + IOMMU 설정 (Ubuntu NAS 기준)

  1. BIOS에서 VT‑d(=Intel IOMMU) 또는 AMD‑Vi와 IOMMU를 활성화.

  2. GRUB에 옵션 추가:

    • Intel APU:
      GRUB_CMDLINE_LINUX_DEFAULT="quiet splash intel_iommu=on iommu=pt"
    • AMD APU:
      GRUB_CMDLINE_LINUX_DEFAULT="quiet splash amd_iommu=on iommu=pt"
    • 적용:
      sudo update-grub && sudo reboot

  3. vfio 모듈 initramfs에 포함:

    sudo nano /etc/modules

    아래를 추가:

    vfio
vfio_iommu_type1
vfio_pci
vfio_virqfd

    그 다음:

    sudo update-initramfs -u

3. iGPU 장치 vfio‑pci로 고정 바인딩

  1. iGPU PCI ID 찾기:

    lspci -nn | grep -i "VGA\|Display"

    예: Intel iGPU가 00:02.0 VGA [8086:5912] 이면 ID는 8086:5912.

  2. vfio‑pci ids에 iGPU 등록:

    sudo nano /etc/modprobe.d/vfio.conf
    # Intel iGPU 예시
options vfio-pci ids=8086:5912

# AMD APU iGPU 예시(실제 ID로 교체)
# options vfio-pci ids=1002:7340

  3. 기존 그래픽 드라이버를 vfio보다 못 쓰게 하기 (Intel):

    echo "softdep i915 pre: vfio-pci" | sudo tee -a /etc/modprobe.d/vfio.conf

    또는

    echo "blacklist i915" | sudo tee -a /etc/modprobe.d/blacklist.conf

  4. initramfs 재생성 후 재부팅:

    sudo update-initramfs -u
sudo reboot

  5. 부팅 후 확인:

    lspci -k -s 00:02.0

    아래처럼 나오면 성공:

    Kernel driver in use: vfio-pci

4. KVM VM에 iGPU 할당

  1. virt-manager 또는 virsh edit에서 VM 열고:

    <hostdev mode='subsystem' type='pci' managed='yes'>
  <source>
    <address domain='0x0000' bus='0x00' slot='0x02' function='0x0'/>
  </source>
</hostdev>

  2. VM는 **OVMF(UEFI)**로 부팅하는 것이 좋다.

    • Windows 게스트의 경우, iGPU/AMD APU iGPU는 UEFI에서 드라이버를 더 잘 인식.

5. Intel iGPU 주의사항 (특별히)

  • 5세대(Broadwell) 이후 iGPU:
    • 최신 커널에서 Disabling IOMMU for graphics on this chipset 때문에 전체 iGPU를 vfio로 빼는 통째 passthrough이 안 되는 경우가 많음.
    • 이런 경우는
      • GVT‑g로 iGPU를 “가상 GPU”로 쪼개서 여러 VM에 나눠 쓰거나,
      • 또는 별도 dGPU를 VM에 passthrough하고 iGPU는 호스트 GUI용으로 쓰는 구조를 권장.

정리 (Ubuntu NAS에서 iGPU passthrough 체크포인트)

  • Intel iGPU:
    • VFIO 통째 passthrough은 세대/커널에 따라 막힘 → GVT‑g 또는 dGPU passthrough + iGPU 호스트용을 고려.
  • AMD APU iGPU:
    • vfio-pci.ids=로 iGPU PCI ID를 vfio‑pci에 고정 → KVM VM에 PCI hostdev로 붙이면 비교적 직관적.

출처
Use GPU passthrough with Intel integrated graphics to ... https://worthdoingbadly.com/gpupassthrough/
What's the best way to passthrough an Intel integrated GPU? https://www.reddit.com/r/VFIO/comments/y6blh8/whats_the_best_way_to_passthrough_an_intel/
Intel iGPU passthrough with GVT-d on Ubuntu, Manjaro, ... https://www.youtube.com/watch?v=Tt4kHYO1S8U
clunkiersalt817/amdGPU-Passthrough: iGPU for ubuntu ... https://github.com/clunkiersalt817/amdGPU-Passthrough
Single GPU Passthrough in Ubuntu AMD CPU/GPU https://www.youtube.com/watch?v=eTX10QlFJ6c
QEMU GPU Passthrough - Tutorials https://discourse.ubuntu.com/t/qemu-gpu-passthrough/54509
[Ubuntu 18.04/20.04] Virtual Machine with Passthrough - marco https://marcokhan.tistory.com/251
AMD GPU Passthrough Windows VM passes through but ... https://www.reddit.com/r/VFIO/comments/1amegvz/amd_gpu_passthrough_windows_vm_passes_through_but/
How to Configure GPU Passthrough in KVM on Ubuntu https://oneuptime.com/blog/post/2026-03-02-how-to-configure-gpu-passthrough-in-kvm-on-ubuntu/view
stop intel igpu from using VFIO and make it use original ... https://forum.proxmox.com/threads/stop-intel-igpu-from-using-vfio-and-make-it-use-original-host-i915-driver-i-e-revert-passthrough.126692/

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