前面的文章以Type-1型的Acrn hypervisor为例,简要介绍了virtio的基础机制。作为para virtualization一个事实上的通用标准,其具体的应用包括块设备、网络设备,以及文件系统等的虚拟化实现。本文将结合基于x86体系的QEMU-KVM,来讲解virtio在网卡虚拟化方面的几种实现方式。
在virtio协议中,host端提供对设备的emulation,guest端负责对设备的驱动,host和guest的关系就是device和driver的关系。我们通常使用读写寄存器的方式,来实现对physical device的控制和驱动,但对于virtio中的emulated device,使用的则是以virtqueue形式组织的内存。
这是因为以寄存器形式访问物理设备是很快速的,使用内存的话还需要DMA的传输,但emulated device不同,它本身就是内存中的一块区域,一板一眼地模拟物理设备的寄存器反倒低效而麻烦。
当guest中的driver试图访问host中的device时,会通过一定的方式触发vm-exit,从non-root模式的ring 0/3切换到root模式的ring 0,即从guest kernel“陷”入host kernel。如果host kernel不能对这个设备进行emulate,就转给host上的userspace(root模式的ring 3)。