1 概述

virtio framework是一种适用于pv hypervisor的设备抽象框架，最初Rusty Russell开发virtio是为了给lguest虚拟化平台用的，后面kvm也是使用virtio作为其主要的pv设备模型，virtio跟xen上的pv drivers是类似的，都属于para-virtualized设备模型。para-virtualized设备模型是相对Full-virtualized设备模型而讲的，比如QEMU模拟的E1000网卡，IDE磁盘就属于full-virtualization，full-virtualized设备的坏处就是性能差，通信效率低，原因在于full-virtualizad device的datapath上经常会访问设备register，导致过多的vmexit，双向通知没有利用生产者-消费者模型中常用的按需通知导致太多VMEXIT和中断注入，另外就是一些高级特性支持上可能比较弱。

Para-virtualized设备是专门为虚拟化而生的，在提高数据传输效率，降低per-I/O开销，以及新特性（比如网卡的某些高级offloading特性，也有些新特性可能是物理世界没有的）支持，稳定性方面都做了增强。

virtio涉及前端部分（guest driver）和后端部分（qemu&vhost），大致示意图如下所示

virtio framework分析 - 图1

在上图中主要包括两部分的内容，一是virtio设备模型，一个是前后端通信机制（包括数据传递和通知），后面会分别介绍这部分内容。

2 设备模型

virtio设备模型又分为两部分，一部分是qemu侧的设备模拟，一部分是guest侧的设备驱动。

2.1 设备模拟

2.2 设备驱动

guest os中virtio的bus-device-driver之间的关系如下图所示

virtio framework分析 - 图2

上图中，virtio-pci-device起到桥梁的作用，连接了virtio pci设备和virtio设备。

virtio设备驱动整个初始化流程大概包括以下几个步骤

virtio-bus注册
virtio pci设备发现与probe
virtio设备的生成与注册
virtio设备驱动（virtio-net/virtio-blk/virtio-serial/…）probe相应的virtio设备

接下来分别介绍以上几个步骤。

2.2.1 virtio-bus注册

virtio-bus是在guestos启动时作为一个core_initcall注册的，代码如下所示

static int virtio_init(void)
{
    if (bus_register(&virtio_bus) != 0)
        panic("virtio bus registration failed");
    return 0;
}
static void __exit virtio_exit(void)
{
    bus_unregister(&virtio_bus);
    ida_destroy(&virtio_index_ida);
}
core_initcall(virtio_init);
module_exit(virtio_exit);