云计算虚拟化技术与开发-------虚拟化技术应用第五章内容（纯软件/半虚拟化/直接分配三种I/O虚拟化方案的对比、virtio实现I/O半虚拟化的原理、气球技术的作用和原理、V2V在线迁移的特点）

针对 I/O 全虚拟化纯软件模拟性能不高这一点，I/O 半虚拟化前进了一步。它提供了一种机制，使得 Guest 端与 Host 端可以建立连接，直接通信，摒弃了截获模拟这种方式，从而获得较高的性能。值得关注的有两点：1）采用 I/O 环机制，使得 Guest 端和 Host 端可以共享内存，减少了虚拟机与 VMM 之间的交互；2）采用事件和回调的机制来实现 Guest 与 Host VMM 之间的通信。这样，在进行中断处理时，就可以直接采用事件和回调机制，无需进行上下文切换，减少了开销。

要实现这种方式， Guest 端和 Host 端需要采用类似于 C/S 的通信方式建立连接，这也就意味着要修改 Guest 和 Host 端操作系统内核相应的代码，使之满足这样的要求。为了描述方便，我们统称 Guest 端为前端，Host 端为后端。

前后端通常采用的实现方式是驱动的方式，即前后端分别构建通信的驱动模块，前端实现在内核的驱动程序中，后端实现在 qemu 中，然后前后端之间采用共享内存的方式传递数据。关于这方面一个比较好的开源实现是 virtio，后面会有专门的文章来讲述之。

优点：

性能较 I/O 全虚拟化有了较大的提升

缺点：

要修改操作系统内核以及驱动程序，因此会存在移植性和适用性方面的问题，导致其使用受限。

I/O 直通或透传技术

上面两种虚拟化方式，还是从软件层面上来实现，性能自然不会太高。最好的提高性能的方式还是从硬件上来解决。如果让虚拟机独占一个物理设备，像宿主机一样使用物理设备，那无疑性能是最好的。I/O 直通技术就是提出来完成这样一件事的。它通过硬件的辅助可以让虚拟机直接访问物理设备，而不需要通过 VMM 或被 VMM 所截获。

由于多个虚拟机直接访问物理设备，会涉及到内存的访问，而内存是共享的，那怎么来隔离各个虚拟机对内存的访问呢，这里就要用到一门技术——IOMMU，简单说，IOMMU 就是用来隔离虚拟机对内存资源访问的。

I/O 直通技术需要硬件支持才能完成，这方面首选是 Intel 的 VT-d 技术，它通过对芯片级的改造来达到这样的要求，这种方式固然对性能有着质的提升，不需要修改操作系统，移植性也好。

但该方式也是有一定限制的，这种方式仅限于物理资源丰富的机器，因为这种方式仅仅能满足一个设备分配给一个虚拟机，一旦一个设备被虚拟机占用了，其他虚拟机时无法使用该设备的。

为了解决这个问题，使一个物理设备能被更多的虚拟机所共享。学术界和工业界都对此作了大量的改进，PCI-SIG 发布了 SR-IOV (Single Root I/O Virtualizmion) 规范，其中详细阐述了硬件供应商在多个虚拟机中如何共享单个 I/O 设备硬件。

SR-I