xen的网络设备机制-I/O环

最新推荐文章于 2023-02-23 21:39:34 发布
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分类专栏： 系统 文章标签： 虚拟化 xen io 网卡 buffer
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本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/yin_wuzhe/article/details/42192007
本文介绍了Xen虚拟化环境中，半虚拟化网卡的I/O环（IO descriptor ring）机制，特别是VIF（Virtual Interface）如何模拟物理网卡进行数据传输。Xen通过IO环和事件通道减少开销，实现虚拟机与物理设备间的高效通信。发送过程中，虚拟机将数据包头部和buffer描述符放入发送环，Xen负责复制并过滤；接收时，利用共享内存避免复制开销，但可能因接收环满导致丢包。

摘要生成于 C知道 ，由 DeepSeek-R1 满血版支持， 前往体验 >

note：此文描述了xen半虚拟化网卡的VIF机制。


Xen的块设备驱动使用了XEN IO环的机制。

对于IO子系统而言，xen hyprevisor的作用就是在虚拟机和IObackend设备之间提供一层保护层，然而对于数据传输机制，要使得数据在系统之间移动的同时带来比较小的开销。两个主要的数据传输机制影响I/O数据传输。一方面是资源管理，另外一方面是数据传输过程。Xen使用了最小化开销的两种机制：IO描述符环和事件通道，授权表机制。

对于网络设备是这样的，Xen给虚拟机提供了虚拟网桥，每一个Domain都有一个或者多个虚拟接口VIFs逻辑上连接到了虚拟网桥，一个VIF看起来就像是一个物理网络接口卡NIC一样，但是有两个buffer描述符环，一个是接收的，另外一个是发送的。这两个方向都有各自的rule形式（也就是网卡的rule），如果满足的话，相应的动作就会实施(就相当于物理网卡可能会执行的过滤功能那样)。


发送过程

虚拟机操作系统直接把一个buffer 描述符（是对应的（vif drive

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19、云资源虚拟化：Xen 虚拟机管理程序的深入解析
night的博客
07-12 8
本文深入解析了 Xen 虚拟机管理程序的技术原理与实现，包括其基于 VMX nonroot 的虚拟机操作、虚拟化架构（如 VT-d 和 VT-c）、Xen 的半虚拟化策略及其在 x86 架构中的实现。同时探讨了 Xen 的调度与管理机制、网络与 I/O 抽象、性能分析以及与 Denali 系统的对比。此外，还介绍了 Xen 2.0 在网络虚拟化方面的优化策略，包括虚拟接口、通信和虚拟内存的优化，展示了 Xen 在云资源虚拟化中的重要应用价值。
xen的设备I/O环机制
足球先生的专栏
04-30 1691
xen的设备I/O环机制,旨在提供给guest os相互不干扰
Xen半虚拟化下，IO共享环、事件通道、授权表之间的联系和区别
Heron——Linux & ARM
05-10 6061
初学Xen，对于DomU与Dom0之间的通信机制概念不清晰，现总结如下供大家参考，仅作抛砖引玉之用。找到一篇论文，《基于Xen的IO准虚拟化驱动研究》（胡冷非）讲得不错，拿来参考。 （1）I/O共享环：在不同Domain之间存在的一块固定的共享内存，用于在DomU和Dom0之间传递I/O请求和响应。I/O共享环利用生产者和消费者的机理来产生发送以及响应IO请求。 （2）授权表：在不同Dom之间
xen multi page io ring
wanjia19870902的专栏
09-16 1890
今年的Xen summit里，intel介绍了io性能调优方面的两个点，一个是multi page io ring,  更大的max_segment，另一个per-block lock。 里面说的vm里面的io 性能损耗比原生的差了26%， 通过第一个点的调优，能够提高17%，加上第二点的优化，能提高到24%，这样的话，vm里面的io性能几乎认为没损耗。 ctrix在今年3月份的时候给了个pa
Xen共享环函数释意
Juffi的专栏
07-30 2088
很多有关Xen的I/O环的定义在xen/interface/public/io/ring.h下
云计算之路-阿里云上：基于Xen的IO模型进一步分析“黑色0.1秒”问题
weixin_30484739的博客
05-13 117
　　在发现云服务器读取OCS缓存的“黑色0.1秒”是发生在socket读取数据时，而且是发生在读取开始的字节，甚至在socket写数据时（比如写入缓存key）也会出现超过50ms的情况，我们的好奇心被激发到一个新的高度。 　　根据我们的实测，在云服务器上创建一个新的TCP连接通常也不过3ms左右。在黑色0.1秒期间，TCP包已经到达网卡，从网卡读到内存中竟然超过100ms，这太不可思议了！后来想...
服务器虚拟化全虚拟化和半虚拟化,浅谈网络I/O全虚拟化、半虚拟化和I/O透传
weixin_39688875的博客
08-05 1088
众所周知，虚拟化技术旨在将有限的物理资源(CPU、内存等)抽象成更多份的虚拟资源供上层应用使用。最常用的领域有云服务提供商，SDN/NFV，比如：在一台物理服务器上运行成百上千的虚拟机，并将单个虚拟机出租给不同用户。虚拟化的实现主要由三项关键技术构成：CPU虚拟化、内存虚拟化和I/O虚拟化。其中CPU和内存虚拟化多由硬件支持实现，如intel VT-x、VT-d等IA架构扩展，还有EPT页表等。而...
《含 XEN 的 DPDK》.pdf
09-20
这种技术能够优化网络流量，提高虚拟化环境中的I/O性能。 1.2 设备创建 在DPDK的XEN包交换解决方案中，设备的创建包括两个部分：前端的Poll Mode Driver（PMD）以及后端的包交换模块。PMD作为虚拟机中的前端驱动，...
干翻 nio ，王炸 io_uring 来了 ！！（图解+史上最全）
架构师尼恩
02-23 8974
40岁老架构师尼恩，持续深化自己的3高架构知识宇宙，当然首先要去完成一次牛逼的全链路异步模式 微服务实操，下面是尼恩的实操过程、效果、压测数据(性能足足提升10倍多)。
linux网卡IO,浅谈Linux 网络 I/O 模型简介（图文）
weixin_28933179的博客
05-01 370
1、介绍Linux 的内核将所有外部设备都看做一个文件来操作(一切皆文件)，对一个文件的读写操作会调用内核提供的系统命令，返回一个file descriptor(fd，文件描述符)。而对一个socket的读写也会有响应的描述符，称为socket fd(socket文件描述符)，描述符就是一个数字，指向内核中的一个结构体(文件路径，数据区等一些属性)。根据UNIX网络编程对I/O模型的分类，UNIX...
虚拟化原理之xen-io虚拟化
easyblue99的专栏
11-29 2567
第4章 io设备虚拟化 Io设备的虚拟化，不可避免要涉及到设备的概念和隐藏在设备背后的总线。理解了这两个概念，就比较容易理解io设备的虚拟化。 4.1   设备，总线和驱动 设备是计算机系统中一个重要概念。通常的显卡网卡声卡等设备，都是先插入计算机系统的PCI总线插槽(早期还有ISA，MCA总线等。现在PC领域基本PCI总线统一了)，然后安装驱动，之后应用程序可以通过文件系统打开和读写设备文
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weixin_33701617的博客
04-06 211
IO： 1. Virtual disk I/O management mechanism in Xen http://lists.xensource.com/archives/html/xen-devel/2007-07/msg00863.html 2. Token-based-QoS-resource-limiting-for-VBD-I-O ...
【I/O-网卡】网卡工作原理及分类：以太网卡，FC HBA，iSCSI HBA
ICT产业论坛
04-10 2637
网卡工作在物理层和数据链路层 参考：https://zhidao.baidu.com/question/441234047.html?qbl=relate_question_1&word=%CD%F8%BF%A8%20%B9%B9%B3%C9 1. 物理层PHY 物理层的芯片称之为PHY。 物理层定义了数据传送与接收所需要的电与光信号、线路状态、时钟基准、数据编码和电路，向数据链路...
UNIX环境高级编程笔记之高级I/O
ZWFGOGO的专栏
09-28 638
UNIX环境高级编程笔记之高级I/O 本章说明了很多高级I/O功能： 非阻塞I/O——发一个I/O操作，不使其阻塞，记录锁，STREAMS机制 I/O多路转接——select和poll函数 readv和writev函数，以及存储映射I/O（mmap函数） UNIX环境高级编程笔记之标准I/O库 一、总结 　　文件I/O一章讲了不带缓冲的I/
5种IO模型、阻塞IO和非阻塞IO、同步IO和异步IO
spring_root的博客
08-20 277
本文是在《UNIX网络编程 卷1：套接字联网API》6.2节"I/O 模型 "的基础上，即UNIX/LINUX环境下的网络 IO环境下的理解，它里面给出的例子是读取（接收）网络UDP数据。下面简单写写自己对这些IO模型的理解。 1、IO IO (Input/Output，输入/输出)即数据的读取（接收）或写入（发送）操作，通常用户进程中的一个完整IO分为两阶段：用户进程空间<-->内核空间、内核空间<-->设备空间（磁盘、网络等）。IO有内存IO、网络IO和磁盘IO三种，通常
I/O虚拟化及融合I/O基础入门
Java企业应用
03-24 374
　　什么是I/O虚拟化？ 　　和所有形式的虚拟化技术一样，I/O虚拟化（简称“IOV”）支持企业通过虚拟化技术创建虚拟实例来完成对物理资源的整合。在这里I/O（输入/输出）资源被虚拟化并且在虚拟及物理服务器和存储组件之间共享。I/O包含了所有支撑在存储、数据中心服务器以及网络其他部分（网卡，HBA卡及cpu）间进行高速数据传输的组件。I/o虚拟化可以使企业通过按需分配虚拟化资源来提高I/O使...
Java:CommonsIO环境搭建（超详细、良心）
学习学习学习
10-10 5029
  知识背景：class--&gt;jar--&gt;组件--&gt;框架 打开网站：               http://www.apache.org/               1、然后鼠标拉至底部，就看到如下图所示，有大量的志愿者贡献的组件和框架：     2、点击IO        3、点击download now，尽量选择较高的版本进行下载。  ...
IO虚拟化 - virtio介绍及代码分析
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硅基创想家的博客
04-14 1万+
1. 概述 Virtio是linux平台下一种IO半虚拟化框架，virtio 由 Rusty Russell 开发，他当时的目的是支持自己的虚拟化解决方案 lguest。而在KVM中也广泛使用了virtio作为半虚拟化IO框架。本文主要介绍virtio的设计及在kvm中的实现。 Virtio的好处： virtio作为一种Linux内部的API，提供了多种前端驱动模块 框架通用，方便模拟各种设备 ...
存储映射I/O（mmap函数）和共享内存
宇哲
03-28 2895
前言最近在一次电话面试的过程中，面试官问我相关的共享内存的知识，当时就认为是我在学习IPC进程间通信学习到的共享内存，所以就给面试官讲解了一下，然后，面试官说我是否知道在Linux下的存储映射I/O，当时我下意识的知道就是mmap函数，但是感觉自己对这两个理解还是不够深刻，所以，写一篇博客来记录一下。首先附上我的关于共享内存的链接，关于共享内存的大致内容我这里就不多提了。 http://blog.
如何优化Xen虚拟机的磁盘I/O性能？
最新发布
07-24
<think>我们正在讨论如何优化Xen虚拟机的磁盘I/O性能。根据引用[2]，Xen中通常使用文件来模拟磁盘，有三种方式：blkback、blktap2和qdisk。我们需要深入分析这三种方式的性能差异，并给出优化建议。 引用[2]提到： - blkback：直接操作块设备，但这里可能指的是直接使用物理块设备（phy方式）或者文件作为块设备后端（file方式）。在文件方式下，blkback可能通过内核的块设备层访问文件，会有一定的开销。 - blktap2：将文件映射为一个裸块设备，这样虚拟机可以直接用phy的方式进行文件访问，从而绕过部分文件系统开销。 - qdisk：使用QEMU来将文件模拟成一个磁盘设备，这种方式通常用于全虚拟化（HVM）的虚拟机。 因此，优化磁盘I/O性能可以从以下几个方面入手： 1. **后端存储类型选择**： - 使用物理块设备（如LVM逻辑卷）代替文件系统上的文件。因为直接访问物理设备可以避免文件系统的额外开销（如元数据操作、缓存一致性等）。在配置文件中使用`phy:/dev/vg_name/lv_name`作为磁盘源。 - 如果必须使用文件，考虑使用blktap2方式，因为它将文件映射为块设备，虚拟机可以直接以块设备方式访问，减少中间层。 2. **使用高性能文件系统**： - 如果使用文件作为后端，选择高性能的文件系统，如XFS或EXT4（配置为无日志模式可提升性能，但有风险）。同时，确保文件系统在创建时使用适当的块大小和优化选项。 3. **I/O调度器调整**： - 在主机上调整磁盘I/O调度器。对于SSD，建议使用noop或deadline调度器；对于传统硬盘，deadline可能更合适。例如： ```bash echo deadline > /sys/block/sda/queue/scheduler ``` 4. **缓存模式设置**： - 在虚拟机配置文件中，可以指定磁盘的缓存模式。使用`cache=none`可以避免主机层面的缓存，减少双重缓存带来的开销（但需要确保虚拟机有足够的缓存设置）。例如： ```ini disk = [ 'phy:/dev/vg_name/lv_name,hda,w,cache=none' ] ``` - 其他缓存模式如`writethrough`（写穿透，保证数据安全）或`writeback`（写回，性能更好但风险更高）可根据需求选择。 5. **使用多队列和并行I/O**： - 确保虚拟机的虚拟磁盘使用多队列（如果后端设备支持），以利用多核处理能力。现代Linux内核支持多队列块层（blk-mq），可以提升I/O并发性能。 6. **避免磁盘碎片**： - 对于文件后端，定期进行磁盘碎片整理（针对主机文件系统）可以提高访问效率。 7. **使用高性能存储设备**： - 使用SSD代替传统硬盘，可以显著提升I/O性能。 8. **虚拟机内部优化**： - 在虚拟机内部，同样需要优化文件系统和磁盘调度。例如，在Linux虚拟机中使用deadline或noop调度器，使用XFS文件系统等。 9. **监控和诊断工具**： - 使用`iostat`、`blktrace`等工具监控磁盘I/O性能，找出瓶颈。 根据引用[2]中提到的三种文件模拟磁盘方式，我们可以这样选择： - 如果追求最高性能，建议使用blktap2（即使用`tap2`作为磁盘后端）。在配置文件中，可以这样写： ```ini disk = [ 'tap2:qcow2:/path/to/image.qcow2,hda,w' ] ``` 但注意，blktap2需要安装相应的驱动和工具，并且可能在某些发行版中默认未启用。 另外，引用[1]提到KVM与Xen的区别，其中指出Xen有自身的存储管理模块，因此优化存储配置需要结合Xen的特性。 综上所述，优化Xen虚拟机磁盘I/O性能的主要方法包括选择高性能的后端存储类型（如LVM或blktap2文件）、调整缓存模式、优化主机和虚拟机内的I/O调度器等。 下面是一个示例配置文件片段，展示如何配置一个使用LVM卷并关闭缓存的磁盘： ```ini disk = [ 'phy:/dev/vg0/vm_disk,hda,w,cache=none' ] ``` 注意：在修改配置前，请备份虚拟机，并确保理解每个选项的含义，以避免数据丢失。 此外，针对引用[3]中提到的CPU调度问题，虽然问题主要关于CPU，但磁盘I/O性能也可能受到CPU调度的影响。如果磁盘I/O密集型任务导致某个CPU核心过载，可以考虑将虚拟机的虚拟CPU（vCPU）绑定到不同的物理CPU核心上，并确保中断均衡（如使用`irqbalance`服务或手动设置中断亲和性）。不过，这属于CPU优化的范畴。 下面我们给出一个具体的优化步骤： **步骤1：评估当前磁盘I/O性能** - 在主机上运行`iostat -x 1`，观察磁盘利用率、等待时间等指标。 - 在虚拟机内部运行磁盘基准测试（如`fio`）以获取当前性能数据。 **步骤2：选择后端存储类型** - 如果当前使用文件，考虑迁移到LVM卷。创建逻辑卷： ```bash lvcreate -L 20G -n vm_disk vg0 ``` 然后在虚拟机配置中修改磁盘配置为`phy:/dev/vg0/vm_disk,hda,w` **步骤3：调整缓存模式** - 在虚拟机配置文件中添加`cache=none`（如果使用LVM卷，且虚拟机有电池备份缓存或可以容忍一定的风险，也可以使用`writeback`）。 **步骤4：调整主机I/O调度器** - 根据磁盘类型设置调度器（如SSD使用noop）： ```bash echo noop > /sys/block/sdb/queue/scheduler ``` **步骤5：虚拟机内部优化** - 在虚拟机内部，确保文件系统对齐（特别是Windows虚拟机）并使用合适的文件系统设置。 **步骤6：性能测试** - 再次运行基准测试，比较优化前后的性能。 注意：任何优化都需要根据具体工作负载进行测试和调整。 最后，引用[2]中提到的blktap2方式，如果决定使用，需要确保系统安装了`blktap`相关软件包，并加载了相应的内核模块。配置示例： ```ini disk = [ 'tap2:vhd:/srv/xen/vm_disk.vhd,hda,w' ] ``` 但请注意，blktap2在较新的Xen版本中可能已被弃用，建议查阅当前Xen版本的文档以确定最佳实践。 通过上述方法，可以显著提升Xen虚拟机的磁盘I/O性能。</think>### Xen虚拟机磁盘I/O性能优化方法 根据引用[1][2]，Xen虚拟机磁盘I/O性能优化需从**后端存储方案**、**缓存策略**和**系统配置**三方面入手： --- #### 1. **后端存储方案优化**（核心优化） 引用[2]指出Xen支持三种磁盘模拟方式，性能排序： `blktap2` > `blkback` > `qdisk` - **首选：blktap2（裸块设备映射）** 将文件直接映射为裸块设备，绕过文件系统层，性能提升30-50%[^2]： ```ini disk = [ 'tap2:qcow2:/path/to/disk.img,xvda,w' ] # 配置文件示例 ``` **操作步骤**： 1. 安装`blktap`工具包： ```bash apt-get install blktap-utils # Debian/Ubuntu yum install blktap # CentOS/RHEL ``` 2. 创建磁盘时指定`blktap2`驱动： ```bash tap-ctl create -a "vhd:/path/to/disk.vhd" # 创建VHD格式磁盘 ``` - **次选：物理卷直通（LVM）** 避免文件系统开销，适用于高性能场景： ```ini disk = [ 'phy:/dev/vg0/lv_disk,xvda,w' ] # 直接使用LVM逻辑卷 ``` --- #### 2. **缓存与I/O模式调整** - **禁用双重缓存**（关键） 虚拟机与主机同时缓存会导致性能下降，在配置文件中添加： ```ini disk = [ '..., cache=none' ] # 关闭主机缓存 ``` **效果**：减少内存复制开销，提升写性能20%+[^2]。 - **启用Direct I/O** 绕过页缓存，直接操作磁盘： ```bash mount -o discard,noatime /dev/xvda1 /mnt # 虚拟机内部挂载选项 ``` --- #### 3. **系统级优化** - **I/O调度器调整**（主机端） 根据存储类型选择调度器： ```bash # SSD/NVMe使用noop echo noop > /sys/block/sda/queue/scheduler # HDD使用deadline echo deadline > /sys/block/sdb/queue/scheduler ``` - **中断均衡**（解决引用[3]的CPU瓶颈） 分配专用CPU处理磁盘中断： ```bash # 将磁盘中断绑定到CPU2 echo 4 > /proc/irq/$(cat /proc/interrupts | grep sdb | awk '{print $1}' | tr -d :)/smp_affinity ``` - **虚拟机内核参数优化** ```bash # 在虚拟机内增大I/O队列深度 echo 1024 > /sys/block/xvda/queue/nr_requests ``` --- #### 4. **性能验证工具** ```bash # 主机端监控 iostat -x 1 # 查看await(等待时间), %util(磁盘利用率) # 虚拟机内测试 fio --name=randwrite --ioengine=libaio --rw=randwrite --bs=4k --numjobs=4 --size=1G --runtime=60 ``` **优化预期**： - 随机写性能提升40-60% - 延迟降低50%+ > 💡 **关键建议**：生产环境优先使用`blktap2+LVM`组合，配合`cache=none`，可达到近物理磁盘性能[^2]。 ---
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