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概述

I/O设备半虚拟化驱动(virtio)

Guest of Windows

Guest of Linux

Virtio in Openstack

virtio_blk和virtio-scsi

virtio-blk：

virtio-scsi：

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概述

IDE       - Slow Write in the Guest System
SCSI     - Faster Write(as IDE) in Guest System
VIRTIO - Fastest Write (more that SCSI and IDE) in the Guest System, but only with extra Drivers (In Guest)

磁盘驱动	类型	兼容性	性能	磁盘命名	虚拟机支持最大磁盘数量	热插拔	备注
IDE	全虚拟化	最好	差	/dev/hdX	依赖IDE协议限制(测试值3）	不支持	虚机无需更改，使用方便
SATA	全虚拟化
virtio-blk/ virtio	半虚拟化		较好	/dev/vdX	受限虚机PCI槽数限制 理论:30(测试值14)	支持，可以在线添加硬盘	为了改善全虚拟化性能，部分系统需要安装virtio驱动
virtio-scsi/ scsi	半虚拟化		与virtio-blk持平	/dev/sdX	受限于内核限制:18278	支持	为了解决virtio的诸多限制，用以替代virtio

注释：CentOS6.x只支持IDE、virtio；CentOS7.x增加支持SATA、scsi。

整体上来看这三者的最大不同还是挂载磁盘的数量。
一台win7的虚拟机，最多可以创建3个ide硬盘，当再次创建新的ide硬盘时候，会提示无法创建。
同时，实验中最多创建了14块virtio硬盘，虽然界面允许创建更多virtio硬盘，但是超过14块，虚拟机是无法启动的。
virtio-scsi可以创建足够多的硬盘，以至于协议自身并不是限制因素，而内核的限制反而成了硬盘数目的极限。

KVM是必须使用硬件虚拟化辅助技术（如Intel VT-x、AMD-V）的hypervisor。

在CPU运行效率方面有硬件支持，其效率是比较高的；

在I/O虚拟化方面，传统的方式是使用QEMU纯软件的方式来模拟I/O设备。但可以在客户机中使用半虚拟化驱动（Paravirtualized Drivers，PV Drivers）来提高客户机的性能（特别是I/O性能）:

• 全虚拟化时GuestOS不知道自己是虚拟机，于是像发送普通的IO一样发送数据，被Hypervisor拦截，并经由QEMU转发给真正的硬件。
• 在半虚拟时GuestOS知道自己是虚拟机（我理解应该驱动是经过修改的），即GuestOS安装的是半虚拟化驱动，所以数据直接发送给半虚拟化设备，经过特殊处理，发送给真正的硬件。因此性能要好于全虚拟化。

I/O设备半虚拟化驱动(virtio)

包括：磁盘I/O、网络I/O

目前，KVM中实现半虚拟化驱动的方式是采用了virtio这个Linux上的设备驱动标准框架。Virtio半虚拟化驱动的方式，可以获得很好的I/O性能，其性能几乎可以达到和native（即：非虚拟化环境中的原生系统）差不多的I/O性能。

所以，在使用KVM之时，如果宿主机内核和客户机都支持virtio的情况下，一般推荐使用virtio达到更好的性能。

当然，virtio也是有缺点的，它必须要客户机安装特定的Virtio驱动使其知道是运行在虚拟化环境中，且按照Virtio的规定格式进行数据传输，不过客户机中可能有一些老的Linux系统不支持virtio和主流的Windows系统需要安装特定的驱动才支持Virtio。不过，较新的一些Linux发行版（如RHEL 6.3、Fedora 17等）默认都将virtio相关驱动编译为模块，可直接作为客户机使用virtio，而且对于主流Windows系统都有对应的virtio驱动程序可供下载使用。

Guest of Windows

主流Windows virtio驱动下载地址：

https://docs.fedoraproject.org/en-US/quick-docs/creating-windows-virtual-machines-using-virtio-drivers/index.html

创建Windows镜像：https://docs.openstack.org/image-guide/windows-image.html 

Guest of Linux

Linux下查看内核是否支持virtio：

# grep "VIRTIO" /boot/config-3.10.0-1062.9.1.el7.x86_64
……
CONFIG_VIRTIO_BLK=m
CONFIG_SCSI_VIRTIO=m
CONFIG_VIRTIO_NET=m
……

Virtio in Openstack

openstack对virtio支持，是通过Image实现的。

首先Image需要像上面Linux一样内核支持，否则需要提前安装virtio驱动。openstack默认使用virtio-blk创建虚机，如果要使用scsi，需要设置Image的property。

https://docs.openstack.org/glance/latest/admin/useful-image-properties.html

$ openstack image set --property hw_disk_bus=scsi centos7-mini
$ openstack image set --property hw_scsi_model=virtio-scsi centos7-mini


$ openstack image show centos7-mini |grep properties
| properties       | hw_disk_bus='scsi', hw_scsi_model='virtio-scsi'      |

$ openstack image show win10-scsi |grep properties
| properties       | hw_disk_bus='scsi', hw_scsi_model='virtio-scsi'      |

如果使用IDE，则会报：INACCESSIBLE BOOT DEVICE蓝屏。

                          

virtio_blk和virtio-scsi

确认硬盘是否为半虚拟化设备（Linux：$ lsblk）：

使用virtio_blk驱动的硬盘显示为/dev/vda
使用IDE硬盘显示为/dev/hda
使用SATA硬盘显示/dev/sda。

确认网络设备是否为半虚拟化设备：

使用ethtool -i 设备名 查看，当driver为virtio_net时说明为半虚拟化的。

virtio-blk：

虚拟机启动参数：

-device virtio-blk-pci,scsi=off,bus=pci.0,addr=0x7,drive=drive-virtio-disk0,id=virtio-disk0,bootindex=1
-drive file=/home/images/win10-virtio.qcow2,format=qcow2,if=none,id=drive-virtio-disk0 

对应Libvirt XML描述文件：

<disk type='file' device='disk'>
      <driver name='qemu' type='qcow2' cache='none'/>
      <source file='/var/lib/libvirt/images/win10-virtio.qcow2'/>
      <target dev='vda' bus='virtio'/>
      <address type='pci' domain='0x0000' bus='0x00' slot='0x04' function='0x0'/>
</disk>

虚拟机内部：

$ lspci
……
00:05.0 SCSI storage controller: Red Hat, Inc Virtio block device

$ lsblk
vda
……

virtio-scsi：

虚拟机启动参数：

-device virtio-scsi-pci,id=scsi0,bus=pci.0,addr=0x6
-drive file=/home/images/win10-scsi.qcow2,format=qcow2,if=none,id=drive-scsi0-0-0-0
-device scsi-hd,bus=scsi0.0,channel=0,scsi-id=0,lun=0,drive=drive-scsi0-0-0-0,id=scsi0-0-0-0,bootindex=1

对应的Libvirt XML描述如下：

 <controller type='scsi' index='0' model='virtio-scsi'/>
 <disk type='file' device='disk'>
      <driver name='qemu' type='qcow2'/>
      <source file='/home/images/win10-scsi.qcow2'/>
      <target dev='sda' bus='scsi'/>
      <address type='drive' controller='0' bus='0' target='0' unit='0'/>
 </disk>

虚拟机内部：

$ lspci
……
00:04.0 SCSI storage controller: Red Hat, Inc Virtio SCSI

或

$ lsscsi
[2:0:0:0]    disk    QEMU     QEMU HARDDISK    2.5+  /dev/sda

$ lsblk
sda
……