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  • qemu-kvm中的virtio浅析

    一.  了解Virtio

    virtio是通用虚拟化框架,在Qemu-kvm中的I/O是用qemu 来模拟的,性能比较差,用virtio来模拟I/O可以进一步提升I/O虚拟化的性能

    传统的qemu-kvm 工作模式:

     

    1.Guest产生I/O请求,被KVM 截获

    2.Kvm 经过处理后将I/O请求存放在I/O共享页

    3.通知Qemu,I/O已经存入I/O共享页

    4.Qemu从I/O共享页拿到I/O请求

    5.Qemu模拟代码来模拟本次的I/O,并发送给相应的设备驱动

    6、7、8.   硬件去完成I/O操作并返回结果Qemu

    9.    Qemu将结果放回I/O共享页

    10.   Qemu通知Kvm去I/O共享页拿结果

    11.   Kvm去I/O共享页拿到结果

    12 .  Kvm将结果返回给Guest

    **注意:

    a)      在这个操作中,客户机作为一个qemu进程在等待I/O时有可能被阻塞

    b)     当客户机通过DMA访问大块内存时候,Qemu不会把结果放回I/O共享页,而是直接通过内存映射的方式将结果直接写到客户机的内存中去,然后通过KVM模块告诉客户机DMA操作已经完成

    Virtio 基本架构:

     

    前端:是存在于客户机中的驱动模块。

    后端:是存在于Qemu中的处理程序。

    中间层:在前端和后端之间,还定义了一层来支持客户机与Qemu之间的通信。Virtio和virtio-ring可以看成是一层,Virtio是虚拟队列接口,就是将前端驱动程序附加到后端处理程序,算是前后端通信的桥梁,主要实现控制面,virtio-ring实现了两个环形缓冲,分别保存前后端的信息,实现具体的通讯机制和通讯流是偏向数据面,是桥梁的具体实现。

    **注意:virtio设备都是pci设备

    二.安装和使用virtio

    现在linux里面一般会自带virtio的相关模块,当我们去使用的时候会自动加载相对应的模块。

     

    例如在一个正在使用virtio-net的guest中,可以看到自动加载的模块:

     

    对于客户机时windows的,因为windows默认没有提供virtio相关的驱动,所以可以去网上下载Windows virtio驱动到guest里去安装,也可以通过host来安装,方法:

    1.host中安装virtio-win

     

    2.启动win7客户机,将virttio-win.iso作为客户机的光驱

     

    这里用了三个virtio驱动,-net,nic,model=virtio;-balloon virtio;-device virtio-serial-pci,启动后在win7的光驱里面可以看到

     

    然后去设备管理器里安装对应设备的驱动即可。

    *注意:安装virtio-scsi安装略有不同,因为当采用virtio-scsi设备的时候,然后去起guest的时候,这个时候guest是没有安装virtio_scsi驱动的,因此guest系统不能启动。解决办法:

                  a). 创建一个10M的img文件,当做guest的非启动盘

                  b). 先将guest的启动盘不要指定为virtio-scsi设备,将10M的img指定为virtio-scsi设备

                  c).quest起来后,由于存在一个virtio-scsi设备,所以在设备管理器里可以看到该设备驱动,并且没安装,然后安装一下即可

                  d).将guest重新启动,并指定启动盘为virtio-scsi,这时候由于guest已经安装了virtio-scsi驱动,可以正常启动了。那个10M的硬盘可以不需要了。

    Virtio设备的使用

    1.使用virtio_balloon

    方式一:-balloon virtio[,addr=addr] #使用virtio balloon设备,addr可配置客户机中该设备的PCI地址

    方式二:用较新的‘-device’的统一参数分配balloon设备,”-device virtio-ballon-pci,id=balloon0,bus=pci.o,addr=0x4”

    在qemu monitor中查看和设置客户机内存的大小

     

    2.使用virtio_net

    1)检查Qemu是否支持virtio类型的网卡

     

    2)启动客户机时候的命令

    -net nic,model=virtio,macaddr=xx:xx:xx:xx:xx:xx         –net tap

                                  前端                                                   后端

    *注意:若果在使用virtio_net的时候依然得到较低的性能,可以检查并关闭Host的GSO,TSO可以提升性能

    检查GSO,TSO:

     

    关闭GSO,TSO:

    vhost_net与virtio_net:

    virtio_net驱动的后端处理是在用户空间的qemu中完成的

    vhost_net驱动的后端处理是在内核中完成的

    因此使用vhost_net的性能比virtio_net的性能更好

    vhost_net command:

    -net nic,model=virtio,macaddr=xx:xx:xx:xx:xx:xx       –net tap,vnet_hdr=on,vhost=on

                              前端                                                                     后端

    前端guest中采用virtio-net后端处理采用vhost-net(当然需要host支持vhost-net,即支持vhost-net模块)

     vnet_hdr=on/off :是否打开tap设备的IFF_VNET_HDR标识,这是tun/tap的一个标识,打开这个标识则允许发送或接收大数据包时仅做部分校验和检查,还可以提高vritio_net驱动的吞吐量

    vhost=on/off:是否开启vhost-net这个内核空间的后端处理驱动

    vhostfs=h,设置去连接一个已经打开的vhost网络设备

    *注意:一般使用vhost-net可以提高网络性能,但是当host的处理速度比guest慢的时候,特别是udp类型的流量,就会导致数据包的丢失,这种情况下,不要用vhost-net。

    3.使用virtio_blk

    virtio_blk可以提升qemu-kvm中对块设备的访问性能。

    virtio_blk command:

    -drive file=rhel6u3.img,if=virtio

    *注意:使用了virtio_blk后,客户机中看到的磁盘设备的名称就变成了/dev/vda,因此需要修改下/etc/fstab,然后重启

    qemu-system-x86_64 -cpu host -smp 56,sockets=1,cores=28,threads=2 -m 8G
    -machine pc,accel=kvm,usb=off
    -drive file=./centos-7.4.1708.qcow2,if=virtio,format=qcow2
    -vnc 0.0.0.0:12
    -nic user,model=virtio,hostfwd=tcp::2222-:22
    -name cpx,process=cpx,debug-threads=on
    -monitor pty -serial stdio
    #
    Ps -T -p `pgrep cpx`

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