KVM 介绍（3）：I/O 全虚拟化和准虚拟化 [KVM I/O QEMU Full

2024-05-06 15:57:17| 来源: 网络整理

前面提到 virtio 在宿主机中的后端处理程序（backend）一般是由用户空间的QEMU提供的，然而如果对于网络 I/O 请求的后端处理能够在在内核空间来完成，则效率会更高，会提高网络吞吐量和减少网络延迟。在比较新的内核中有一个叫做 “vhost-net” 的驱动模块，它是作为一个内核级别的后端处理程序，将virtio-net的后端处理任务放到内核空间中执行，减少内核空间到用户空间的切换，从而提高效率。

根据 KVM 官网的这篇文章，vhost-net 能提供更低的延迟（latency）（比 e1000 虚拟网卡低 10%），和更高的吞吐量（throughput）（8倍于普通 virtio，大概 7~8 Gigabits/sec )。

vhost-net 与 virtio-net 的比较：

vhost-net 的要求：

qemu-kvm-0.13.0 或者以上主机内核中设置 CONFIG_VHOST_NET=y 和在虚机操作系统内核中设置 CONFIG_PCI_MSI=y （Red Hat Enterprise Linux 6.1 开始支持该特性）在客户机内使用 virtion-net 前段驱动在主机内使用网桥模式，并且启动 vhost_net

qemu-kvm 命令的 -net tap 有几个选项和 vhost-net 相关的: -net tap,[,vnet_hdr=on|off][,vhost=on|off][,vhostfd=h][,vhostforce=on|off]

vnet_hdr =on|off：设置是否打开TAP设备的“IFF_VNET_HDR”标识。“vnet_hdr=off”表示关闭这个标识；“vnet_hdr=on”则强制开启这个标识，如果没有这个标识的支持，则会触发错误。IFF_VNET_HDR是tun/tap的一个标识，打开它则允许发送或接受大数据包时仅仅做部分的校验和检查。打开这个标识，可以提高virtio_net驱动的吞吐量。 vhost=on|off：设置是否开启vhost-net这个内核空间的后端处理驱动，它只对使用MIS-X中断方式的virtio客户机有效。 vhostforce=on|off：设置是否强制使用 vhost 作为非MSI-X中断方式的Virtio客户机的后端处理程序。 vhostfs=h：设置为去连接一个已经打开的vhost网络设备。

vhost-net 的使用实例：

（1）确保主机上 vhost-net 内核模块被加载了

（2）启动一个虚拟机，在客户机中使用 -net 定义一个 virtio-net 网卡，在主机端使用 -netdev 启动 vhost

（3）在虚拟机端，看到 virtio 网卡使用的 TAP 设备为 tap0。

（4）在宿主机中看 vhost-net 被加载和使用了，以及 Linux 桥 br0，它连接物理网卡 eth1 和客户机使用的 TAP 设备 tap0

一般来说，使用 vhost-net 作为后端处理驱动可以提高网络的性能。不过，对于一些网络负载类型使用 vhost-net 作为后端，却可能使其性能不升反降。特别是从宿主机到其中的客户机之间的UDP流量，如果客户机处理接受数据的速度比宿主机发送的速度要慢，这时就容易出现性能下降。在这种情况下，使用vhost-net将会是UDP socket的接受缓冲区更快地溢出，从而导致更多的数据包丢失。故这种情况下，不使用vhost-net，让传输速度稍微慢一点，反而会提高整体的性能。

使用 qemu-kvm 命令行，加上“vhost=off”（或没有vhost选项）就会不使用vhost-net，而在使用libvirt时，需要对客户机的配置的XML文件中的网络配置部分进行如下的配置，指定后端驱动的名称为“qemu”（而不是“vhost”）。

…

2.6 virtio-balloon

另一个比较特殊的 virtio 设备是 virtio-balloon。通常来说，要改变客户机所占用的宿主机内存，要先关闭客户机，修改启动时的内存配置，然后重启客户机才可以实现。而内存的 ballooning （气球）技术可以在客户机运行时动态地调整它所占用的宿主机内存资源，而不需要关闭客户机。该技术能够：

当宿主机内存紧张时，可以请求客户机回收利用已分配给客户机的部分内存，客户机就会释放部分空闲内存。若其内存空间不足，可能还会回收部分使用中的内存，可能会将部分内存换到交换分区中。当客户机内存不足时，也可以让客户机的内存气球压缩，释放出内存气球中的部分内存，让客户机使用更多的内存。目前很多的VMM，包括 KVM, Xen，VMware 等都对 ballooning 技术提供支持。其中，KVM 中的 Ballooning 是通过宿主机和客户机协同来实现的，在宿主机中应该使用 2.6.27 及以上版本的 Linux内核（包括KVM模块），使用较新的 qemu-kvm（如0.13版本以上），在客户机中也使用 2.6.27 及以上内核且将“CONFIG_VIRTIO_BALLOON”配置为模块或编译到内核。在很多Linux发行版中都已经配置有“CONFIG_VIRTIO_BALLOON=m”，所以用较新的Linux作为客户机系统，一般不需要额外配置virtio_balloon驱动，使用默认内核配置即可。原理： KVM 发送请求给 VM 让其归还一定数量的内存给KVM。 VM 的 virtio_balloon 驱动接到该请求。 VM 的驱动是客户机的内存气球膨胀，气球中的内存就不能被客户机使用。 VM 的操作系统归还气球中的内存给VMM KVM 可以将得到的内存分配到任何需要的地方。 KM 也可以将内存返还到客户机中。

优势和不足：

优势不足 ballooning 可以被控制和监控对内存的调节很灵活，可多可少。 KVM 可以归还内存给客户机，从而缓解其内存压力。需要客户机安装驱动大量内存被回收时，会降低客户机的性能。目前没有方便的自动化的机制来管理 ballooning，一般都在 QEMU 的 monitor 中执行命令来实现。内存的动态增加或者减少，可能是内存被过度碎片化，从而降低内存使用性能。

在QEMU monitor中，提供了两个命令查看和设置客户机内存的大小。

(qemu) info balloon #查看客户机内存占用量（Balloon信息） (qemu) balloon num #设置客户机内存占用量为numMB 使用实例：

（1）启动一个虚机，内存为 2048M，启用 virtio-balloon

（2）通过 vncviewer 进入虚机，查看 pci 设备

（3）看看内存情况，共 2G 内存

（4）进入 QEMU Monitor，调整 balloon 内存为 500M

（5）回到虚机，查看内存，变为 500 M

2.7 RedHat 的多队列 Virtio （multi-queue）

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