https://blog.csdn.net/shengxia1999/article/details/52244119

KVM：Kernel-Based Virtual Machine 基于內核的虛擬機，是Linux內核的一個可加載模塊，通過調用Linux本身內核功能，實現對CPU的底層虛擬化和內存的虛擬化，使Linux內核成為虛擬化層，需要x86架構的，支持虛擬化功能的硬件支持(比如Intel VT，AMD-V)，是一種全虛擬化架構。KVM在2007年年2月被導入Linux 2.6.20內核中。從存在形式來看，它包括兩個內核模塊：kvm.ko ?和? kvm_intel.ko(或kvm_amd.ko)，本質上，KVM是管理虛擬硬件設備的驅動，該驅動使用字符設備/dev/kvm(由KVM本身創建)作為管理接口，主要負責vCPU的創建，虛擬內存的分配，vCPU寄存器的讀寫以及vCPU的運行。

QEMU：是一套由Fabrice Bellard編寫的模擬處理器的自由軟件，它是一個完整的可以單獨運行的軟件，可以獨立模擬出整臺計算機，包括CPU，內存，IO設備，通過一個特殊的“重編譯器”對特定的處理器的二進制代碼進行翻譯，從而具有了跨平臺的通用性。QEMU有兩種工作模式：系統模式，可以模擬出整個電腦系統，另一種是用戶模式，可以運行不同與當前硬件平臺的其他平臺上的程序(比如在x86平臺上運行跑在ARM平臺上的程序)

在QEMU-KVM中，KVM運行在內核空間，QEMU運行在用戶空間，實際模擬創建，管理各種虛擬硬件，QEMU將KVM整合了進來，通過/ioctl 調用 /dev/kvm，從而將CPU指令的部分交給內核模塊來做，KVM實現了CPU和內存的虛擬化，但kvm不能虛擬其他硬件設備，因此qemu還有模擬IO設備(磁盤，網卡，顯卡等)的作用，KVM加上QEMU后就是完整意義上的服務器虛擬化。

當然，由于qemu模擬io設備效率不高的原因，現在常常采用半虛擬化的virtio方式來虛擬IO設備。

綜上所述，QEMU-KVM具有兩大作用：

1.提供對cpu，內存(KVM負責)，IO設備(QEMU負責)的虛擬

2.對各種虛擬設備的創建，調用進行管理(QEMU負責)

libvirt

順帶提一提libvirt，這是RedHat開始支持KVM后，大概是覺得QEMU+KVM方案中的用戶空間虛擬機管理工具不太好用或者通用性不強，所以干脆搞了個libvirt出來，一個針對各種虛擬化平臺的虛擬機管理的API庫，一些常用的虛擬機管理工具如virsh(類似vim編輯器)，virt-install，virt-manager等和云計算框架平臺(如OpenStack，OpenNebula，Eucalyptus等)都在底層使用libvirt提供的應用程序接口。

libvirt主要由三個部分組成：API庫，一個守護進程 libvirtd 和一個默認命令行管理工具 virsh。

總結：

目前來說，QEMU是一個獨立的虛擬化解決方案，并不依賴KVM(它本身自己可以做CPU和內存的模擬，只不過效率較低)，而KVM是另一套虛擬化解決方案，對CPU進行虛擬效率較高(采用了硬件輔助虛擬化)，但本身不提供其他設備的虛擬化，借用了QEMU的代碼進行了定制，所以KVM方案一定要依賴QEMU。

即使后來RedHat后來開發了libvirt，也只能簡單的認為是個虛擬機管理工具，仍然需要通過用戶空間QEMU來與KVM進行交互。

http://lihanlu.cn/virtio-introduction/

實現IO虛擬化主要有三種方式：全虛擬化、半虛擬化和透傳。全虛擬化Guest OS不會感知到自己是虛擬機，也無需修改Guest OS，但是它的效率比較低。半虛擬化Guest OS知道自己是虛擬機，通過Frontend/Backend驅動模擬實現IO虛擬化。透傳就是直接分配物理設備給VM用。Virtio是一種半虛擬化的設備抽象接口規范，在Qemu和KVM中得到了廣泛使用，本文將簡單介紹Virtio的基本原理。

Virtio SPEC

* Virtual I/O Device (VIRTIO) Version 1.0

* http://docs.oasis-open.org/virtio/virtio/v1.0/cs04/virtio-v1.0-cs04.html

* Virtio PCI Card Specification Version 0.9.5

* http://ozlabs.org/~rusty/virtio-spec/virtio-0.9.5.pdf

每個Virtio設備包括以下部分

* Device status field　　設備狀態字段

* Feature bits　　特征位

* Device Configuration space　　設備配置空間

* One or more virtqueues　　一個或多個virtqueues

每個virtqueue由三部分組成：

* Descriptor Table

* Available Ring

* Used Ring

如圖所示，virtnet_info作為virtio網絡設備的私有數據將virtio_device和net_device鏈接在一起。對于virtio網絡設備來說，它至少有兩個virtqueue(如果協商了VIRTIO_NET_F_MQ則可以創建多個隊列,詳見VirtIO SPEC中5.1.2 )，一個用于TX(send_queue)，另一個用于RX(receive_queue)，TX和RX隊列中都包含了virtqueue和scatterlist[]。virtio_device、virtnet_info、receive_queue、send_queue、virtqueue給定任一結構體均可得到其它結構體信息。

可以把virtqueue理解為一個接口類，而vring_virtqueue作為這個接口的一個實現，vring_virtqueue通過成員vq可以與上述其它struct建立聯系。virtio的環形緩沖區機制是由vring來承載的，vring由三部分組成：Descriptor表(vring_desc)，Available ring(vring_avail)和Used ring(vring_used)。

https://www.jianshu.com/p/9be4969e0bb1

virtio作為一種設備，同樣也處在Linux kernel對設備模型的管理之下，virtio使用了virtio pcibus類型的虛擬總線，當命令行傳入virtio時，Qemu會根據注冊的virtio_net_pci_info進行virtio net設備的初始化，并在Qemu自身模擬的pci bus層加入了virtio net設備的初始化信息。

當Qemu加載Guest OS后，Guest OS的Bios和Kernel的啟動過程中會對Pci設備進行枚舉和資源的分配。

當總線類型注冊后，/sys/bus/目錄下，創建了一個新的目錄virtio，在該目錄下同時創建了兩個文件夾為devices和drivers。表示創建virtio總線，總線支持設備與驅動devices和drivers目錄。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的计算机io工作方式,QEMU/KVM和VirtIO工作模式的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。