我手上有一块装在 USB 硬盘盒里的 NVMe SSD，想把它整块交给虚拟机当系统盘，在 Mac 上跑一台 Ubuntu Server。要求不多：不用虚拟磁盘文件，支持 TRIM，最好以后带着这块盘换一台 Mac 也能接着用。

TL;DR

macOS 27 给 Virtualization 框架加了 USB 直通，UTM 5.0.8 已经支持。虚拟机选 Apple Virtualization 后端，在菜单栏的 Virtual Machine Accessories 里把硬盘盒分配给 UTM，就能接进虚拟机，Ubuntu 直接装到这块盘上。

装好之后还要在 Ubuntu 里加一条 udev 规则：

ACTION=="add|change", SUBSYSTEM=="scsi_disk", ATTRS{idVendor}=="xxxx", ATTRS{idProduct}=="xxxx", ATTR{provisioning_mode}="unmap", ATTR{cache_type}="temporary write back"
ACTION=="add|change", SUBSYSTEM=="block", KERNEL=="sd*[!0-9]", ATTRS{idVendor}=="xxxx", ATTRS{idProduct}=="xxxx", ATTR{queue/rotational}="0"

xxxx 换成 lsusb 里你的硬盘盒的 ID。第一行打开 TRIM 和写缓存，第二行告诉内核这是 SSD。

走过的弯路

一开始想的是直接把 /dev/diskN 挂给虚拟机，这条路走了好几个方案：

  • UTM 直接挂块设备：不行。UTM 是沙盒应用，打不开 /dev/disk*，UTM 5 的源码里也没有块设备直通。
  • 自己写 QEMU 脚本：能挂上物理盘，但 TRIM 传不过去。QEMU 只在 Linux 上对 host_device 支持 discard，macOS 上不行。
  • Virtualization 框架的块设备接口：VZDiskBlockDeviceStorageDeviceAttachment，macOS 14 就有了。我写了个小程序试了一下，用稀疏镜像模拟块设备，在虚拟机里写 2 GiB 再 fstrim，宿主上镜像的实际占用从 2.1 GiB 降到了 168 MiB，virtio-blk 和 NVMe 两种总线都可以。也就是说 TRIM 是能传过去的，这点 Apple 的文档里没写。问题是打开 /dev/diskN 需要改设备的 owner 或者用 root 跑，我不太想这么做。Lima、Tart、vfkit 也支持块设备，都卡在同一个权限问题上。

最后用了 macOS 27 新加的 USB 直通。这样虚拟机里的 Linux 直接驱动硬盘盒，TRIM 也是 Linux 自己发给硬盘的，不经过 macOS。

USB 直通

USB 直通用的是 VZUSBPassthroughDevice 和 AccessoryAccess 框架，需要 com.apple.developer.accessory-access.usb 这个 entitlement。从 GitHub 下载的 UTM 5.0.8 正式版已经带上了，自己编的版本就不一定有。

分配设备要用系统自带的一个菜单栏程序 Virtual Machine Accessories，它在 /System/Library/Frameworks/AccessoryAccess.framework/Resources/ 下面。在里面把硬盘盒分配给 UTM，UTM 就会把它接到正在运行的虚拟机上。这一步只能在菜单栏手动点，虚拟机里的系统会看到一个真实的 USB 设备。

UTM 的 utmctl usb list 和 utmctl usb connect 也能用，方便写脚本。

接上以后就和装普通电脑一样，用 Ubuntu Server 26.04.1 的 ISO 启动，把系统装到这块盘上。分区我只分了一个 1 GB 的 ESP 和一个 ext4 根分区，没用 LVM，整块盘只给一台虚拟机用，用不上 LVM 的灵活性。

TRIM 默认是关的

装好以后 lsblk -D 一看，DISC-MAX 是 0，不支持 discard。

先看驱动。内核日志里有这么一句：

USB controller 0000:00:0a.0 does not support streams, which are required by the UAS driver

Virtualization 框架模拟的 xHCI 控制器不支持 USB 3 的 bulk streams，所以硬盘盒没法走 UAS，退回了 usb-storage。这是 Apple 虚拟硬件的限制，在虚拟机里改不了。

usb-storage 为了兼容各种奇怪的硬盘盒，不会去读 SCSI 的 VPD 页，内核拿不到盘的 TRIM 能力，provisioning_mode 就默认成了 full。但其实硬盘盒是支持的，用 sg_vpd -p lbpv 能看到 LBPU=1，也就是支持 UNMAP。

手动改一下试试：

echo unmap | sudo tee /sys/block/sda/device/scsi_disk/*/provisioning_mode
sudo fstrim -v /

DISC-MAX 变成了 4G，第一次 fstrim 释放了 459.4 GiB。确认没问题后写成 udev 规则，每次开机自动设置。Ubuntu 默认开着 fstrim.timer，每周跑一次。

写缓存默认也是关的

usb-storage 下这块盘报告的是「Write cache: disabled」，内核因此认为没必要发刷盘命令。但 SSD 是有 DRAM 缓存的，也没有掉电保护，这样拔线或者断电的时候可能丢数据。

所以我把写缓存强制成了 write back。改完以后 4K 同步写的延迟从 1.1 ms 左右变成了 4.6 ms 左右，说明刷盘命令真的到了 SSD，之前那 1.1 ms 是没刷盘的假数据。

这里有个坑。一开始我写的是：

ATTR{cache_type}="write back"

结果 TRIM 又没了，rotational 也变回了 1。原因是写 write back 时，内核会给硬盘发一个 MODE SELECT 去改真实的缓存设置，然后重新探测整块盘，前面设的 provisioning_mode 和 rotational 都被重置回默认值。要写成 temporary write back，这样只改内核自己的判断，不碰硬盘，也不会触发重新探测。

性能

带 fsync 顺序写 4 GB，大概 480 到 510 MB/s，对一个 10 Gb/s 的 USB 硬盘盒来说还行。读速度没测成，dd iflag=direct 报「Invalid input」，还没查原因。

遗留问题

  • 走不了 UAS，速度和队列深度都受影响，只能等 Apple 改虚拟 xHCI。
  • 虚拟机运行时不能拔硬盘，要先关机，或者在 UTM 里停掉虚拟机。
  • 冷启动有问题：关机后再开机，虚拟机一闪就关了。原因和解决办法见 UTM 直通 USB 系统盘时，冷启动一闪就关机。

参考资料