IO全虚拟化应用QEMU软件模仿
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下面这张图（来自收集）是软件模仿IO的流程图：
QEMU-KVM作为一个VMM供给了全虚拟化情况，guest不经由任何修改就能运行在KVM情况中。不过KVM在IO虚拟化方面，应用QEMU纯软件的方法来模仿IO设备，效力并不高。在KVM中，要想进步IO虚拟化的效力，就要应用半虚拟化的方法：virtio。
简单介绍全虚拟化和半虚拟化
在全虚拟化 中，guest操作体系运行在VMM之上，并不知道它已被虚拟化，不须要任何更改就可以工作。相反，在半虚拟化中，guest操作体系不仅知道它运行在 VMM上，还须要做修改来对接VMM的代码。
在全虚拟化中，VMM必须模仿设备硬件，尽管这种模仿很彻底很干净，但它效力低代码最复杂。在半虚拟化模式中，guest和 VMM合营合作，模仿加倍高效。
1.当虚拟机进行I/O操作时，根据《也谈Intel的cpu虚拟化》我们知道，虚拟机经由过程VM exit将cpu控制权返回给VMM，大年夜而陷入到root模式下的ring0内的VMM，进行”陷入模仿“。
2.将本次I/O请求的信息存放到IO共享页，QEMU大年夜IO共享页攫守信息后由硬件模仿代率攀来模仿出本次的IO操作，并调用内核中的硬件驱动把IO请求发送到物理硬件，完成之后将结不雅放回到IO共享页。
3.KVM模块中的捕获代码攫取IO共享页中的结不雅，把结不雅返回到guest。
4.经由过程VM entry，guest再次获得cpu控制权，根据IO返回的结不雅进行处理。
解释：VMM和guest的IO信息共享不但IO共享页一种，还可以应用DMA。QEMU不把IO结不雅放到IO共享页中，而是经由过程DMA将结不雅直接写到guest的内存中去，然后经由过程KVM模块告诉客户机DMA操作已经完成。
IO半虚拟化virtio
guest和host应用应用virtio前后端的技巧削减了guest IO时的VM Exit（guest和host的高低文切换）并且使guest和host能并行处理IO来进步throughput和削减latency。然则IO的路径并没有比全虚拟化技巧削减。下面是virtio的IO路径：
guest在IO请求时，起首guest须要切换到host kernel，然后host kernel会切换到hyperisor来处理guest的请求，hypervisor经由过程体系调用将数据包发送到外部收集后切换回host kernel，然后再切换回guest。这个长IO路径和全虚拟化时雷同的，只是削减了VM exit和VM entry。
vhost
为懂得决virio的IO路径太长的问题，vhost产生了。它是位于host kernel的一个模块，用于和guest直接通信，所以数据交换就在guest和host kernel间进行，削减了高低文的切换。vhost相对与virto架构，把virtio驱动后端驱动大年夜用户态放到了内核态中（vhost的内核模块充当virtiO后端驱动）
下面这张图（来自redhat）描述了在virtio和vhost（vhost-net时vhost架构中的网卡实现）架构下内核的不合工作流程：
下面这张图（来自intel）介绍了vhost工作道理：
vhost-user
vhost-user和vhost类似，只是应用一个用户态过程vhost-user代替了内核中的vhost模块。vhost-user过程和Guset之间时经由过程共享内存的方法进行数据操作。vhost-user相对与vhost架构，把virtio驱动后端驱动大年夜内核态又放回到了用户态中（vhost-user过程充当virtiO后端驱动）。
下面这张图（来自intel）介绍了vhost-user的工作道理：
总结
io虚拟化经历了大年夜全虚拟化io到半虚拟化virtio。半虚拟化的后端驱动又经历了大年夜VMM中到内毫闼楝大年夜内核中到用户空间中的过程。
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本文标题：说一说虚拟化绕不开的IO半虚拟化
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