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這篇文章將為大家詳細講解有關 virtio 驅動是如何同設備交互，文章內(nèi)容質(zhì)量較高，因此丸趣 TV 小編分享給大家做個參考，希望大家閱讀完這篇文章后對相關知識有一定的了解。

irtio 是對虛擬化環(huán)境下 guest kernel 中 io 操作的一種優(yōu)化。
首先需要說明的是，在內(nèi)核的角度來看，virtio 設備及其 driver，和其他設備及驅動一樣，都是普通的設備，并沒有什么特殊性。也就是說，內(nèi)核并不知道這種 io 優(yōu)化的存在。
virtio 設備，在系統(tǒng)層面看，就是 pci 設備。但是，為了提高 io 效率，對 io 操作做出了優(yōu)化。
主要方案是：
1) 當 virtio 設備輸出數(shù)據(jù)時，driver 將數(shù)據(jù)送到 buffer 隊列中(從 virtio 網(wǎng)卡驅動的代碼來看，此操作無內(nèi)存拷貝，直接將數(shù)據(jù)所占的內(nèi)存 作為 buffer 添加到隊列中就完成了），然后通過 io 指令寫設備寄存器(vp_dev- ioaddr + VIRTIO_PCI_QUEUE_NOTIFY)，以通知虛擬機系統(tǒng)（kvm+qemu）。虛擬機系統(tǒng)捕獲了 io 指令，就得到了通知，從 buffer 隊 列中獲取設備輸出的數(shù)據(jù)。

2) 當需要向 virtio 設備輸入數(shù)據(jù)時，虛擬機系統(tǒng)將數(shù)據(jù)送到 buffer 隊列中，然后觸發(fā)設備中斷。driver 收到中斷后，直接從隊列中取出數(shù)據(jù)即可 (從 virtio 網(wǎng)卡驅動的代碼來看，隊列中的數(shù)據(jù)已經(jīng)不需要再進行內(nèi)存拷貝，隊列中的數(shù)據(jù)已經(jīng)是 sk_buff 結構了)。

從上面的機制來看，virtio 并不是完全沒有了 io 操作。例如，設備輸出數(shù)據(jù)時，在將數(shù)據(jù)送入 buffer 隊列后，還是執(zhí)行了 io 操作，以通知虛擬機系統(tǒng)。但是，這個 io 操作，并不是將輸出數(shù)據(jù)寫入設備，而是將數(shù)據(jù)已入隊這件事，寫入設備。

以上是 virtio 的大體原理。下面來看看 virtio 的設計思路。
大體分如下 4 個層次。

一、buffer 隊列

既然 virtio 通過 buffer 隊列實現(xiàn)設備輸入輸出。那么，如果每一種設備都來實現(xiàn)一下 buffer 隊列，不是浪費么？沒錯，virtio 考慮到這個 共性需求，因此就實現(xiàn)一個共同的 buffer 隊列模塊——virtio_ring(一個環(huán)型隊列)。但是，如果哪天 buffer 隊列的實現(xiàn)，需要重新設計 怎么辦？考慮到這一點，再對 buffer 隊列的操作包裝出一個抽象層——struct virtqueue_ops。每一種 buffer 隊列的實現(xiàn)，只要提供一個 virtqueue_ops 結構變量給用戶使用即可。這就實現(xiàn)了隊列操作與隊列 實現(xiàn)的解耦。
struct virtqueue_ops 
{
int (*add_buf)(struct virtqueue *vq,
      struct scatterlist sg[],
      unsigned int out_num,
      unsigned int in_num,
      void *data);

void (*kick)(struct virtqueue *vq);

void *(*get_buf)(struct virtqueue *vq, unsigned int *len);

void (*disable_cb)(struct virtqueue *vq);
bool (*enable_cb)(struct virtqueue *vq);
};

二、pci 層
每一個 virtio 設備（例如：塊設備或網(wǎng)卡），在系統(tǒng)層面看來，都是一個 pci 設備。這些設備之間，有共性部分，也有差異部分。
1) 共性部分：這些設備都需要掛接相應的 buffer 隊列操作 virtqueue_ops，都需要申請若干個 buffer 隊列，當執(zhí)行 io 輸出時，需要向 隊列寫入數(shù)據(jù)；都需要執(zhí)行 pci_iomap 將設備配置寄存器區(qū)間映射到內(nèi)存區(qū)間；都需要設置中斷處理；等中斷來了，都需要從隊列讀出數(shù)據(jù)，并通知虛擬機 系統(tǒng)，數(shù)據(jù)已入隊。
2) 差異部分：設備中系統(tǒng)中，如何與業(yè)務關聯(lián)起來。各個設備不相同。例如，網(wǎng)卡在內(nèi)核中是一個 net_device，與協(xié)議棧系統(tǒng)關聯(lián)起來。同時，向隊列中寫入什么數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的含義如何，各個設備不相同。隊列中來了數(shù)據(jù)，是什么含義，如何處理，各個設備不相同。

如果每個 virtio 設備都完整實現(xiàn)自己的功能，又會形成浪費。
針對這個現(xiàn)象，virtio 又設計了 virtio_pci 模塊，以處理所有 virtio 設備的共性部分。這樣一來，所有的 virtio 設備，在系統(tǒng)層面看來，都是一個 pci 設備，其設備驅動都是 virtio_pci。
但是，virtio_pci 并不能完整的驅動任何一個設備。因此，virtio_pci 在 probe（接管）每一個設備時，根據(jù)每個 pci 設備的 subsystem vendor/device id 來識別出這具體是哪一種 virtio 設備，然后相應的向內(nèi)核注冊一個 virtio 設備。當然，在注冊 virtio 設備之前，virtio_pci 驅動 已經(jīng)為此設備做了諸多共性的操作。同時，還為設備提供了各種操作的適配接口，例如，一些常用的 pci 設備操作，還有申請 buffer 隊列的操作。這些操 作，都通過 virtio_config_ops 結構變量來適配。

三、virtio 驅動
這里講 virtio 驅動，指的是具體的各個設備的驅動了。例如，網(wǎng)卡或塊設備。有了前面所述的各模塊的工作，virtio 各個設備的驅動實現(xiàn)，就相對簡單了。大體來說，除了完成本設備特有的功能以外，剩下的基本就是 buffer 隊列相關操作了。
那就是申請幾個隊列，并提供相應的回調(diào)函數(shù)。有數(shù)據(jù)要輸出，往隊列中送就行了。隊列來數(shù)據(jù)了，自然會有中斷產(chǎn)生，中斷處理中，自然會觸發(fā)回調(diào)來處理。

四、virtio_bus
內(nèi)核中的各種對象，總是有秩序的。為了管理每種具體的 virtio 驅動及每個具體的 virtio 設備，干脆搞了一個 virtio_bus 出來。當然，這個 bus 并不存在實際的硬件電路，純粹起個管理與適配作用。就這個管理與適配功能而言，他和 pci 總線是相似的。全部的 virtio driver 與 virtio device，在 virtio_bus 中都能夠找到。每當有新的 virtio driver 或者 virtio device 注冊到系統(tǒng)中時，系統(tǒng)都會執(zhí)行一次設備與驅動的匹配操作。

關于 virtio 驅動是如何同設備交互 就分享到這里了，希望以上內(nèi)容可以對大家有一定的幫助，可以學到更多知識。如果覺得文章不錯，可以把它分享出去讓更多的人看到。