Qemu模擬IO和半虛擬化Virtio的區別以及I/O半虛擬化驅動介紹
基本原理：
使用QEMU模擬I/O的情況下，當客戶機中的設備驅動程序（device driver）發起I/O操作請求之時，KVM模塊中的I/O操作捕獲代碼會攔截這次I/O請求，然後經過處理後將本次I/O請求的信息存放到I/O共享頁，並通知用戶控件的QEMU程序。QEMU模擬程序獲得I/O操作的具體信息之後，交由硬件模擬代碼來模擬出本次的I/O操作，完成之後，將結果放回到I/O共享頁，並通知KVM模塊中的I/O操作捕獲代碼。最後，由KVM模塊中的捕獲代碼讀取I/O共享頁中的操作結果，並把結果返回到客戶機中。當然，這個操作過程中客戶機作為一個QEMU進程在等待I/O時也可能被阻塞。另外，當客戶機通過DMA（Direct Memory Access）訪問大塊I/O之時，QEMU模擬程序將不會把操作結果放到I/O共享頁中，而是通過內存映射的方式將結果直接寫到客戶機的內存中去，然後通過KVM模塊告訴客戶機DMA操作已經完成。
優缺點：
QEMU模擬I/O設備的方式，其優點是可以通過軟件模擬出各種各樣的硬件設備，包括一些不常用的或者很老很經典的設備（如4.5節中提到RTL8139的網卡），而且它不用修改客戶機操作系統，就可以實現模擬設備在客戶機中正常工作。在KVM客戶機中使用這種方式，對於解決手上沒有足夠設備的軟件開發及調試有非常大的好處。而它的缺點是，每次I/O操作的路徑比較長，有較多的VMEntry、VMExit發生，需要多次上下文切換（context switch），也需要多次數據復制，所以它的性能較差。
半虛擬化virtio的基本原理和優缺點
基本原理：
其中前端驅動(frondend，如virtio-blk、virtio-net等)是在客戶機中存在的驅動程序模塊，而後端處理程序（backend）是在QEMU中實現的。在這前後端驅動之間，還定義了兩層來支持客戶機與QEMU之間的通信。其中，“virtio”這一層是虛擬隊列接口，它在概念上將前端驅動程序附加到後端處理程序。一個前端驅動程序可以使用0個或多個隊列，具體數量取決於需求。例如，virtio-net網絡驅動程序使用兩個虛擬隊列（一個用於接收，另一個用於發送），而virtio-blk塊驅動程序僅使用一個虛擬隊列。虛擬隊列實際上被實現為跨越客戶機操作系統和hypervisor的銜接點，但它可以通過任意方式實現，前提是客戶機操作系統和virtio後端程序都遵循一定的標準，以相互匹配的方式實現它。而virtio-ring實現了環形緩沖區(ring buffer),用於保存前端驅動和後端處理程序執行的信息，並且它可以一次性保存前端驅動的多次I/O請求，並且交由後端去動去批量處理，最後實際調用宿主機中設備驅動實現物理上的I/O操作，這樣做就可以根據約定實現批量處理而不是客戶機中每次I/O請求都需要處理一次，從而提高客戶機與hypervisor信息交換的效率。
優缺點：
Virtio半虛擬化驅動的方式，可以獲得很好的I/O性能，其性能幾乎可以達到和native(即:非虛擬化環境中的原生系統)差不多的I/O性能。所以，在使用KVM之時，如果宿主機內核和客戶機都支持virtio的情況下，一般推薦使用virtio達到更好的性能。當然，virtio的也是有缺點的，它必須要客戶機安裝特定的Virtio驅動使其知道是運行在虛擬化環境中，且按照Virtio的規定格式進行數據傳輸，不過客戶機中可能有一些老的Linux系統不支持virtio和主流的Windows系統需要安裝特定的驅動才支持Virtio。不過，較新的一些Linux發行版(如RHEL 6.3、Fedora 17等)默認都將virtio相關驅動編譯為模塊，可直接作為客戶機使用virtio，而且對於主流Windows系統都有對應的virtio驅動程序可供下載使用。
I/O半虛擬化驅動
I/O半虛擬化分成兩段：
前端驅動（virtio前半段）：virtio-blk，virtio-net，virtio-pci，virtio-balloon，virtio-console
支持的系統有：
Linux：CentOS 4.8+，5.4+，6.0+，7.0+
Windows：
virtio：虛擬隊列，virt-ring
transport：後端處理程序（virt backend drivers）：在QEMU中實現
常見的I/O設備半虛擬化：
（1）virtio-balloon：
ballooning：讓VM中運行的GuestOS中運行調整其內存大小
-balloon none 禁用balloon設備
-balloon virtio[,addr=str] 啟用半虛擬化balloon設備（默認項）
手動查看GuestOS的內存用量：
info balloon
balloon N
氣球技術可以在客戶機運行狀態動態調整它所占的宿主內存資源，而不需要關閉客戶機；
故名思議，把內存當成氣球一樣來使用，氣球中的內存可以被宿主機使用，但是不能被客戶機直接使用和訪問，所以當宿主機缺少內存是，balloon釋放掉一部分內存，給宿主機使用；相反當客戶機內存不夠時，客戶機吹從宿主機獲取內存；
優點：1）因為balloon可以被監控，和控制；2）而且balloon對內存的調度很靈活。
缺點：1）客戶機需要加載該驅動，而且不是每個系統都有該驅動，（virtio_balloon） ；2）如果有大量的內存從客戶系統回收，會降低系統的運行； 3）目前沒有比價方便，自動化管理balloon的機制，一般都采用qemu來管理。（2）virtio-net：半虛擬化網卡
其依賴於GuestOS中的驅動，及Qemu中的後端驅動
GuestOS：virtio_net.ko
通過如下命令可以查看kvm宿主機支持的virtio模式:
Qemu：qemu-kvm -net nic,model=?
[root@kvm-node1 ~]# qemu-kvm -net nic,model=?
qemu: Supported NIC models: ne2k_pci,i82551,i82557b,i82559er,rtl8139,e1000,pcnet,virtio
其返回值即為支持的virtio網卡模式，常見的有e1000, rtl8139, virtio等
啟動一個使用virtio_blk作為磁盤驅動的客戶機，其qemu-kvm命令行如下。
[root@jay-linux kvm_demo]# qemu-system-x86_64 -smp 2 -m 1024 -net nic -net tap –drive file=rhel6u3.img,if=virtio
在客戶機中，查看virtio_blk生效的情況如下所示。
[root@kvm-guest ~]# grep VIRTIO_BLK \ /boot/config-2.6.32-279.el6.x86_64
CONFIG_VIRTIO_BLK=m
[root@kvm-guest ~]# lsmod | grep virtio
virtio_blk 7292 3
virtio_pci 7113 0
virtio_ring 7729 2 virtio_blk,virtio_pci
virtio 4890 2 virtio_blk,virtio_pci
性能優化：
1)Host中的GSO,TSO：（詳見：https://blog.csdn.net/quqi99/article/details/51066800）
關掉可能會提升性能
ethtool -K $IF gso off
ethtool -K $IF tso off
ethtool -K $IF
2)vhost-net：用於取代工作於用戶空間的qemu中為virtio-net實現的後端驅動以實現性能提升的驅動 （詳見：https://blog.csdn.net/ponymwt/article/details/8895243）
-net tap[,vnet_hdr=on|off][,vhost=on|off]
qemu-kvm -net tap,vnet_hdr=on,vhost=on（3）virtio-blk：半虛擬化磁盤
其依賴於GuestOS中的驅動，及Qemu中的後端驅動
-drive file=/path/to/some_image_file,if=virtio
kvm_clock：半虛擬化的時鐘
#grep -i "paravirt" /boot/config-2.6.32-504.el6.x86_64
CONFIG_PARAVIRT_GUEST=y
CONFIG_PARAVIRT=y
CONFIG_PARAVIRT_CLOCK=yKVM虛擬機的實時遷移
支持的GuestOS: Linux, Windows, OpenBSD, FreeBSD, OpenSolaris;
在待遷入主機使用：
qemu-kvm -vnc :N -incoming tcp:0:7777
vncviewer :590N
在源主機使用：
monitor接口：
migrate tcp:DEST_IP:DEST:PORT
遷移需要考慮的影響：
整體遷移時間
服務器停機時間
對服務的性能的影響
Qemu模擬IO和半虛擬化Virtio的區別以及I/O半虛擬化驅動介紹