理解I/O虚拟化过程

I/O是什么

• I：input，输入设备
• O：output，输出设备

I/O分类

• 字符设备（character device）
  • 用户通过这些设备实现与计算机系统的通信，比如键盘鼠标，写字板，摄像头，扫描仪
• 块设备（block device）
  • 计算机外部存储设备，用于永久存储数据，比如硬盘，光盘，U盘
• 网络设备（Network driver）
  • 用户计算机可以远程通讯的设备，比如网卡、调制解调器、光口

通过I/O接口的功能负责实现CPU通过系统总线把I/O电路和 外围设备联系在一起

I/O虚拟化

虚拟化由于增加了一层VMM逻辑层来管理虚拟机的资源使用

I/O虚拟化全虚拟化

• 所有的VM虚拟机需要复用有限的外设资源，因为真实的I/O只有一个
• 所有的虚拟机I/O都是通过VMM用软件模拟实现

优点：兼容屏蔽了底层，方便移植
缺点：性能不足，虚拟机发出的 I/O 请求需要虚拟机和 VMM 之间的多次交互，产生大量的上下文切换，造成巨大的开销

I/O 半虚拟化

• 前端设备驱动将数据通过VMM提供的接口转发到后端驱动
• 后端驱动对VMM的数据进行分时分通道进行处理
  
• Domain 0
  • I/O虚拟管理端，也就是后端驱动，所以的I/O驱动都是安装到这里面
• Domain u
  • 代表所以的虚拟机，也就是前端驱动，虚拟机默认创建都是会加载前端驱动

虚拟机Tools工具

• 由于Domain 0 一般我们没有能力做修改的，那么我们只能通过 Domain u也就是自己的前端驱动来进行增强虚拟I/O性能，显卡、硬盘这些

优点：由于基于C/S架构，能在很大程度上减少上下文切换开销，没有额外的硬件开销
缺点：需要VMM实现前端驱动，后端驱动可能成为瓶颈

I/O全虚拟化

• 直接将物理设备分配给某个 Guest OS
• Guest OS直接访问I/O设备（不经 VMM），但是需要硬件的支持
  
  优点：提升了VMM处理性能
  缺点：无法实现复用技术，设备被单个虚拟机占用

SR-IOV技术
一个物理设备可以虚拟出多个设备，分配给虚拟机使用

• 物理功能（Physical Functions，PF）：这是完整的带有 SR-IOV 能力的设备。PF 能像普通设备那样被发现、管理和配置。
• 虚拟功能（Virtual Functions，VF）：简单的设备功能，它只能处理I/O。每个 VF 都是从 PF中分离出来的。每个物理硬件都有一个 VF 数目的限制。一个 PF，能被虚拟成多个 VF 用于分配给多个虚拟机。

硬件辅助I/O虚拟技术

• Intel vt-d
• amd-vi

部分参考：http://www..com/article/315496053/

总结：目前好像都是使用半虚拟化的C/S架构多，KVM的Virtio，华为的前后端驱动模型（半虚拟化）