?云計算存儲虛擬化之virtio?

默認情況下使用QEMU模擬I/O的情況下，當客戶機中的設備驅動程序（device driver）發起I/O操作請求之時，KVM模塊中的I/O操作捕獲代碼會攔截這次I/O請求，然后經過處理后將本次I/O請求的信息存放到I/O共享頁，并通知用戶控件的QEMU程序。QEMU模擬程序獲得I/O操作的具體信息之后，交由硬件模擬代碼來模擬出本次的I/O操作，完成之后，將結果放回到I/O共享頁，并通知KVM模塊中的I/O操作捕獲代碼。最后，由KVM模塊中的捕獲代碼讀取I/O共享頁中的操作結果，并把結果返回到客戶機中。當然，這個操作過程中客戶機作為一個QEMU進程在等待I/O時也可能被阻塞。另外，當客戶機通過DMA（Direct Memory Access）訪問大塊I/O之時，QEMU模擬程序將不會把操作結果放到I/O共享頁中，而是通過內存映射的方式將結果直接寫到客戶機的內存中去，然后通過KVM模塊告訴客戶機DMA操作已經完成。

QEMU模擬I/O設備的方式，其優點是可以通過軟件模擬出各種各樣的硬件設備，包括一些不常用的或者很老很經典的設備（如4.5節中提到RTL8139的網卡），而且它不用修改客戶機操作系統，就可以實現模擬設備在客戶機中正常工作。在KVM客戶機中使用這種方式，對于解決手上沒有足夠設備的軟件開發及調試有非常大的好處。而它的缺點是，每次I/O操作的路徑比較長，有較多的VMEntry、VMExit發生，需要多次上下文切換（context switch），也需要多次數據復制，所以它的性能較差。

然而使用Virtio可以提高這個數據處理的速度。

中前端驅動（frondend，如virtio-blk、virtio-net等）是在客戶機中存在的驅動程序模塊，而后端處理程序（backend）是在QEMU中實現的[2]。在這前后端驅動之間，還定義了兩層來支持客戶機與QEMU之間的通信。其中，“virtio”這一層是虛擬隊列接口，它在概念上將前端驅動程序附加到后端處理程序。一個前端驅動程序可以使用0個或多個隊列，具體數量取決于需求。例如，virtio-net網絡驅動程序使用兩個虛擬隊列（一個用于接收，另一個用于發送），而virtio-blk塊驅動程序僅使用一個虛擬隊列。虛擬隊列實際上被實現為跨越客戶機操作系統和hypervisor的銜接點，但它可以通過任意方式實現，前提是客戶機操作系統和virtio后端程序都遵循一定的標準，以相互匹配的方式實現它。而virtio-ring實現了環形緩沖區（ring buffer），用于保存前端驅動和后端處理程序執行的信息，并且它可以一次性保存前端驅動的多次I/O請求，并且交由后端去動去批量處理，最后實際調用宿主機中設備驅動實現物理上的I/O操作，這樣做就可以根據約定實現批量處理而不是客戶機中每次I/O請求都需要處理一次，從而提高客戶機與hypervisor信息交換的效率。

Virtio半虛擬化驅動的方式，可以獲得很好的I/O性能，其性能幾乎可以達到和native（即：非虛擬化環境中的原生系統）差不多的I/O性能。所以，在使用KVM之時，如果宿主機內核和客戶機都支持virtio的情況下，一般推薦使用virtio達到更好的性能。當然，virtio的也是有缺點的，它必須要客戶機安裝特定的Virtio驅動使其知道是運行在虛擬化環境中，且按照Virtio的規定格式進行數據傳輸，不過客戶機中可能有一些老的Linux系統不支持virtio和主流的Windows系統需要安裝特定的驅動才支持Virtio。不過，較新的一些Linux發行版（如RHEL 6.3、Fedora 17等）默認都將virtio相關驅動編譯為模塊，可直接作為客戶機使用virtio，而且對于主流Windows系統都有對應的virtio驅動程序可供下載使用。

這樣的話。節省了VMM的開銷，提升了性能。?