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VIRTIO

        也无风雨也无晴。- 苏轼（宋）

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         接下来介绍VIRTIO相关内容。首先从VIRTIO-BLK开始分析，VIRTIO-BLK各部分交互图如下所示：

这里包含以下几个部分：

  1. Guest UserSpace：虚拟机用户空间，如虚拟机中运行fio等；
  2. Guest KernelSpace：虚拟机内核空间，它包含IO存储软件栈以及virtio-blk驱动；
  3. QEMU：作为Host UserSpace，负责为虚拟机模拟virtio设备；
  4. Host Kernel Space：KVM用于虚拟机中MMIO处理以及中断注入；IO栈和block驱动用于将IO下发给硬件或硬件处理完成后向上传递；
  5. Virtqueue：用于VIRTIO驱动与VIRTIO设备之间通信；

首先对图中IO请求下发过程（蓝色箭头）作介绍。

  1. 步骤1，虚拟机中用户态应用如fio进行IO下发；
  2. 步骤2，这里IO栈包含VFS，文件系统，通用block层，block调度层，它建立硬盘和内存数据的映射，存储和组织数据，作IO请求的下发，在block调度层作IO的合并和切分（详细见之前博文）；
  3. 步骤3，virtio-blk驱动，在准备好数据并加入到virtioqueue后，虚拟机中访问MMIO（类似doorbell寄存器）陷入到KVM中；
  4. 步骤4，KVM将上述异常操作分发给QEMU；
  5. 步骤5，QEMU中模拟virtio device根据支持的io类型作IO下发；
  6. 步骤6，类似于步骤2，只不过当前是host上，建立硬盘和内存数据的映射，存储和组织数据，作IO请求的下发，在block调度层作IO的合并和切分；
  7. 步骤7，BLOCK驱动将IO请求真正下发给硬件；

在硬件完成数据处理后，IO请求完成过程（红色箭头）如下：

  1. 步骤1，硬件完成数据处理后以中断或其他方式（轮询）通知BLOCK层驱动；
  2. 步骤2，IO完成信息经过IO栈各层传递；
  3. 步骤3，IO完成信息返回到QEMU进程，经过处理并传递给virtio device；
  4. 步骤4，QEMU调用virtio_notify()，当MSIX中断时写对应内存访问到KVM；
  5. 步骤5，KVM对虚拟机注入中断，通知虚拟机数据处理完成；
  6. 步骤6和7作IO完成信息在各层逐步传递，最终返回给虚拟机中fio；

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