《KVM實戰(zhàn)：原理、進階與性能調優(yōu)》一2.1.3　I/O虛擬化

2.1.3　I/O虛擬化

在虛擬化的架構下，虛擬機監(jiān)控器必須支持來自客戶機的I/O請求。通常情況下有以下4種I/O虛擬化方式。

1）設備模擬：在虛擬機監(jiān)控器中模擬一個傳統(tǒng)的I/O設備的特性，比如在QEMU中模擬一個Intel的千兆網(wǎng)卡或者一個IDE硬盤驅動器，在客戶機中就暴露為對應的硬件設備。客戶機中的I/O請求都由虛擬機監(jiān)控器捕獲并模擬執(zhí)行后返回給客戶機。

2）前后端驅動接口：在虛擬機監(jiān)控器與客戶機之間定義一種全新的適合于虛擬化環(huán)境的交互接口，比如常見的virtio協(xié)議就是在客戶機中暴露為virtio-net、virtio-blk等網(wǎng)絡和磁盤設備，在QEMU中實現(xiàn)相應的virtio后端驅動。

3）設備直接分配：將一個物理設備，如一個網(wǎng)卡或硬盤驅動器直接分配給客戶機使用，這種情況下I/O請求的鏈路中很少需要或基本不需要虛擬機監(jiān)控器的參與，所以性能很好。

4）設備共享分配：其實是設備直接分配方式的一個擴展。在這種模式下，一個（具有特定特性的）物理設備可以支持多個虛擬機功能接口，可以將虛擬功能接口獨立地分配給不同的客戶機使用。如SR-IOV就是這種方式的一個標準協(xié)議。

表2-1展示了這4種I/O虛擬化方式的優(yōu)缺點，給讀者一個概括性的認識。在這4種方式中，前兩種都是純軟件的實現(xiàn)，后兩種都需要特定硬件特性的支持。

設備直接分配在Intel平臺上就是VT-d（Virtualization Technology For Directed I/O）特性，一般在系統(tǒng)BIOS中可以看到相關的參數(shù)設置。Intel VT-d為虛擬機監(jiān)控器提供了幾個重要的能力：I/O設備分配、DMA重定向、中斷重定向、中斷投遞等。圖2-5描述了在VT-d硬件特性的幫助下實現(xiàn)的設備直接分配的架構，并與最傳統(tǒng)的、通過軟件模擬設備的I/O設備虛擬化進行了對比。

盡管VT-d特性支持的設備直接分配方式性能可以接近物理設備在非虛擬化環(huán)境中的性能極限，但是它有一個缺點：單個設備只能分配給一個客戶機，而在虛擬化環(huán)境下一個宿主機上往往運行著多個客戶機，很難保證每個客戶機都能得到一個直接分配的設備。為了克服這個缺點，設備共享分配硬件技術就應運而生，其中SR-IOV（Single Root I/O Virtualization and Sharing）就是這樣的一個標準。實現(xiàn)了SR-IOV規(guī)范的設備，有一個功能完整的PCI-e設備成為物理功能（Physical Function，PF）。在使能了SR-IOV之后，PF就會派生出若干個虛擬功能（Virtual Function，VF）。VF看起來依然是一個PCI-e設備，它擁有最小化的資源配置，有用獨立的資源，可以作為獨立的設備直接分配給客戶機使用。Intel的很多高級網(wǎng)卡如82599系列網(wǎng)卡就支持SR-IOV特性，一個85299網(wǎng)卡PF就即可配置出多達63個VF，基本可滿足單個宿主機上的客戶機分配使用。當然，SR-IOV這種特性可以看作VT-d的一個特殊例子，所以SR-IOV除了設備本身要支持該特性，同時也需要硬件平臺打開VT-d特性支持。圖2-6展示了一個Intel以太網(wǎng)卡支持SR-IOV的硬件基礎架構。

KVM 虛擬化 應用性能調優(yōu)

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