virtio简介（一）--框架分析

1. 概述

     在传统的设备模拟中，虚拟机内部设备驱动完全不知道自己处在虚拟化环境中，所以I/O操作会完整的走 虚拟机内核栈->QEMU->宿主机内核栈，产生很多VM Exit和VM Entry，导致性能很差。Virtio方案旨在提高I/O性能。在改方案中虚拟机能够感知到自己处于虚拟化环境中，并且会加载相应的virtio总线驱动和virtio设备驱动，执行自己定义的 协议进行数据传输，减少VM Exit和VM Entry操作。

2. 架构

    VirtIO由 Rusty Russell 开发，对准虚拟化 hypervisor 中的一组通用模拟设备IO的抽象。Virtio是一种前后端架构，包括前端驱动（Guest内部）、后端设备（QEMU设备）、传输协议（vring）。框架如下图所示：
    前端驱动：
      虚拟机内部的 virtio模拟设备对应的驱动。作用为 接收用户态的请求，然后按照传输协议对请求进行封装，再写I/O操作，发送通知到QEMU后端设备。
    后端设备：
      在QEMU中创建，用来接收前端驱动发送的I/O请求，然后按照传输协议进行解析，在对物理设备进行操作，之后通过终端机制通知前端设备。
    传输协议：
      使用virtio队列（virtio queue，virtqueue）完成。设备有若干个队列，每个队列处理不同的数据传输（如virtio-balloon包含ivq、dvq、svq三个）。
      virtqueue通过vring实现。Vring是虚拟机和QEMU之间共享的一段环形缓冲区，QEMU和前端设备都可以从vring中读取数据和放入数据。
     

3. 原理