?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(qū)動程序（device driver）發(fā)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(jīng)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(jié)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(jié)果，并把結(jié)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?qū)⒉粫巡僮鹘Y(jié)果放到I/O共享頁中，而是通過內(nèi)存映射的方式將結(jié)果直接寫到客戶機的內(nèi)存中去，然后通過KVM模塊告訴客戶機DMA操作已經(jīng)完成。

QEMU模擬I/O設備的方式，其優(yōu)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(jīng)典的設備（如4.5節(jié)中提到RTL8139的網(wǎng)卡），而且它不用修改客戶機操作系統(tǒng)，就可以實現(xiàn)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(fā)及調(diào)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(fā)生，需要多次上下文切換（context switch），也需要多次數(shù)據(jù)復制，所以它的性能較差。

然而使用Virtio可以提高這個數(shù)據(jù)處理的速度。

中前端驅(qū)動（frondend，如virtio-blk、virtio-net等）是在客戶機中存在的驅(qū)動程序模塊，而后端處理程序（backend）是在QEMU中實現(xiàn)的[2]。在這前后端驅(qū)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(qū)動程序附加到后端處理程序。一個前端驅(qū)動程序可以使用0個或多個隊列，具體數(shù)量取決于需求。例如，virtio-net網(wǎng)絡驅(qū)動程序使用兩個虛擬隊列（一個用于接收，另一個用于發(fā)送），而virtio-blk塊驅(qū)動程序僅使用一個虛擬隊列。虛擬隊列實際上被實現(xiàn)為跨越客戶機操作系統(tǒng)和hypervisor的銜接點，但它可以通過任意方式實現(xiàn)，前提是客戶機操作系統(tǒng)和virtio后端程序都遵循一定的標準，以相互匹配的方式實現(xiàn)它。而virtio-ring實現(xiàn)了環(huán)形緩沖區(qū)（ring buffer），用于保存前端驅(qū)動和后端處理程序執(zhí)行的信息，并且它可以一次性保存前端驅(qū)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(diào)用宿主機中設備驅(qū)動實現(xiàn)物理上的I/O操作，這樣做就可以根據(jù)約定實現(xiàn)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(qū)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(huán)境中的原生系統(tǒng)）差不多的I/O性能。所以，在使用KVM之時，如果宿主機內(nèi)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(qū)動使其知道是運行在虛擬化環(huán)境中，且按照Virtio的規(guī)定格式進行數(shù)據(jù)傳輸，不過客戶機中可能有一些老的Linux系統(tǒng)不支持virtio和主流的Windows系統(tǒng)需要安裝特定的驅(qū)動才支持Virtio。不過，較新的一些Linux發(fā)行版（如RHEL 6.3、Fedora 17等）默認都將virtio相關(guān)驅(qū)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(tǒng)都有對應的virtio驅(qū)動程序可供下載使用。

這樣的話。節(jié)省了VMM的開銷，提升了性能。?