当计算机启动时，BIOS 或操作系统会探测每个 PCI 设备，询问其需要多少地址空间。然后，它会分配适当的空间并告诉每个 PCI 设备其空间从哪里开始，以便 PCI 设备可以响应该范围内的读写请求。
我的问题是为什么所有设备都需要从相同的地址空间分配块。为什么不给每个设备一个自己的地址空间？
在印刷电路板上，已经存在一种区分 PCI 设备的“带外”方法：IDSEL 线。 这是在 PCI 枚举期间（在每个设备分配其空间之前）使用的内容。 那么为什么不将其也用于枚举后访问，并节省 PCI 设备上的一些解码逻辑呢？这样会不会更慢，还是其他什么原因？
答案1
一般来说，他们不会需要共享相同的地址空间。分离设备的地址空间正是 IOMMU 的用途，并且由于多种原因很有用：
- 它可以安全地允许虚拟机使用本机驱动程序直接访问物理硬件。
- 它将设备的寻址能力与物理地址空间分离开来。换句话说，它让你的设备可以只进行 32 位寻址，访问物理内存中的任意数据，甚至超过前 4G。
- 它可以让您更彻底地隔离设备，从而显著提高系统的安全性。
至于为什么这不是默认行为，以及为什么不为此使用 IDSEL 线，我真的说不出来，因为我对 PCI 设计的历史了解不多。我的第一个猜测是，它最初是为了更容易将 ISA 卡的驱动程序移植到 PCI（ISA 假设一个平面共享地址空间）。此外，IOMMU 并不是最容易设计的硬件，而且最近才在 x86 平台上广泛可用（并且仍然不能保证，许多英特尔芯片仍然没有它们，许多低端 AMD 芯片也没有）。
不过，值得指出的是，使用 PCI Express，跨设备共享地址空间实际上具有优势，即它允许您进行设备到设备的传输（尽管大多数平台不能正确支持这一点），这在使用 RDMA 的大型网格设置中非常有用（您可以直接从远程设备获取数据，而无需在设置传输后通过远程系统的操作系统进行调解）。
答案2
对于 x86 系统，CPU 本身只能访问两个地址空间：普通内存地址空间和 IO 地址空间。其他系统可能只有一个地址空间（例如 ARM、powerpc 等）。从 PCI 设备的角度来看，这两个地址空间是分开的 - 使用不同的命令来访问每个地址空间，并且桥接器对每个地址空间都有单独的配置寄存器。但是，由于 CPU 只能访问这两个地址空间，因此所有连接的设备都必须映射到这两个地址空间。因此，这实际上与其说是 PCI 的限制，不如说是系统其余部分架构的限制。
我还应该提到，在开发 PCI 时，没有 IOMMU 这样的东西，这是一个相对较新的附加功能。