如何進行virtio的分析

本篇文章為大家展示了如何進行virtio的分析，內容簡明扼要并且容易理解，絕對能使你眼前一亮，通過這篇文章的詳細介紹希望你能有所收獲。

virtio

virtio是一個通用的io虛擬化框架，hypervisor通過他模擬出一系列的虛擬化設備，并使得這些設備在虛擬機內部通過api調用的方式變得可用。它為客戶機提供了一個高效訪問塊設備的方法。它包含4個部分：前端驅動、后端驅動、vring及通信間統一的接口。與其他的模擬io方式對比，virtio減少了虛擬機的退出和數據拷貝，能夠極大地提高IO性能。計算機中存在不同的總線標準，而virtio采用的是pci總線（當然也可以用其他總線來實現）。每一個virtio設備就是一個pci設備。

virtio-blk的后端初始化

virtio-blk代碼包保存在hw/virtio-pci.c和hw/virtio-blk.c中，通過如下函數對virtio_blk進行初始化。主要的初始化函數是virtio_blk_init_pci。這里定義了設備的信息。

static void virtio_blk_class_init(ObjectClass *klass, void *data)
{
    DeviceClass *dc = DEVICE_CLASS(klass);
    PCIDeviceClass *k = PCI_DEVICE_CLASS(klass);
    k->init = virtio_blk_init_pci;   //virtio-blk初始化函數
    k->exit = virtio_blk_exit_pci;
    k->vendor_id = PCI_VENDOR_ID_REDHAT_QUMRANET;     //設備廠商號，所有的virtio設備都為0x1af4
    k->device_id = PCI_DEVICE_ID_VIRTIO_BLOCK;          //設備號
    k->revision = VIRTIO_PCI_ABI_VERSION;  //virtio ABI版本號
    k->class_id = PCI_CLASS_STORAGE_SCSI;
    dc->reset = virtio_pci_reset;
    dc->props = virtio_blk_properties;   //virtio-blk設備所支持的特征
}
 
static TypeInfo virtio_blk_info = {
    .name          = "virtio-blk-pci",
    .parent        = TYPE_PCI_DEVICE,
    .instance_size = sizeof(VirtIOPCIProxy),
    .class_init    = virtio_blk_class_init,       //virtio-blk設備類型初始化函數
};

virtio_blk后端數據結構如下

virtio-blk首先是一個pci設備，初始化主要分兩個階段：pci設備初始化和設備初始化

以下是它初始化的幾個階段：

• PCI設備探測和初始化

虛擬機啟動時，bios和系統會掃描pci總線，看看上面有沒有掛載的pci設備。如果有，則會創建一個pci_dev結構。一個pci設備用一個pci_dev數據結構表示，創建之后會用pci設備配置空間信息來填充pci_dev，然后調用device_register來將其注冊到pci總線上。PCI總線的match和probe函數根據pci_dev數據結構中的Vendor ID和Device ID將設備與注冊在PCI總線上的驅動進行匹配，進而匹配到了所有virtio設備所共用的PCI驅動virtio_pci_driver。

static struct pci_device_id virtio_pci_id_table[] = {
         { 0x1af4, PCI_ANY_ID, PCI_ANY_ID, PCI_ANY_ID, 0, 0, 0 },
         { 0 },
};   // PCI_ANY_ID表示匹配任何設備ID
static struct pci_driver virtio_pci_driver = {
         .name                  = "virtio-pci",      //驅動名稱
         .id_table         = virtio_pci_id_table,  //驅動所支持的設備ID信息
         .probe                  = virtio_pci_probe,//探測函數(負責PCI設備初始化和進一步的virtio設備探測)
         .remove               = virtio_pci_remove,//設備移除時的處理函數
#ifdef CONFIG_PM
         .driver.pm  = &virtio_pci_pm_ops, //電源管理函數
#endif
};

• virtio設備的探測和初始化

virtio_pci_driver是該階段的關鍵函數，具體流程如下

1. 前端驅動讀取io請求放入vring

2. 前端通過notify通知機制通知后端驅動處理io

3. notify操作使vcpu執行線程退出到qemu應用層，其從vring中獲取客戶機io請求信息，將請求線程放入aio線程池，然后vcpu線程的處理流程重新返回到客戶機

4. aio線程處理完成后，通知主線程，并向客戶機注入中斷說明其已完成io操作

5. 客戶機相應中斷，并獲取io請求結果和處理信息，接著繼續向上層返回結果

   
   

客戶機io請求流程

1、讀寫操作通過系統調用進入到操作系統內核層，首先到達VFS層

2、VFS層繼續向下層傳遞請求，如果頁高速緩存命中，而文件又不是直接讀寫，則IO請求在頁高速緩存得到處理

3、如果沒有頁高速緩存或者頁高速緩存MISS，則進入到Mapping Layer（映射層），在這一層主要是根據文件系統信息，解決文件偏移量與塊設備中的的邏輯塊號的映射，并根據映射將請求下發到Generic Block Layer（通用塊層）

4、在通用塊層，IO讀寫請求由struct bio表示，通用塊層繼續將請求下發到IO Scheduler Layer（IO調度層）

5、在IO調度層，上層傳遞下來的bio將根據類型、以及邏輯塊是否靠近等因素進行調度，最終形成一個req（struct request類型），req將被鏈接到設備的request_queue中

6、IO調度層繼續將請求下發，請求到達了塊設備驅動，塊設備驅動從request_queue中取下一個個請求進行處理。

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