1、基本知識

上一篇文章介紹了 virtio 的核心數據的實現和邏輯：linux 之 virtio 子系統核心的數據結構-CSDN博客

virtio 是對半虛擬化 hypervisor?中的一組通用模擬設備的抽象。它允許 hypervisor 導出一組通用的模擬設備，并通過一個通用的應用編程接口（API）讓它們變得可用。下圖展示了為什么這很重要。有了半虛擬化 hypervisor 之后，客戶操作系統能夠實現一組通用的接口，在一組后端驅動程序之后采用特定的設備模擬。后端驅動程序不需要是通用的，因為它們只實現前端所需的行為。

注意，在現實中（盡管不需要），設備模擬發生在使用?QEMU?的空間，因此后端驅動程序與 hypervisor 的用戶空間交互，以通過 QEMU 為 I/O 提供便利。QEMU 是一個系統模擬器，它不僅提供客戶操作系統虛擬化平臺，還提供整個系統（PCI 主機控制器、磁盤、網絡、視頻硬件、USB 控制器和其他硬件元素）的模擬。

2、virtio的模塊層次

2.1 virtio 的驅動的框架

除了前端驅動（在客戶機操作系統中實現）和后端驅動（在虛擬機 hypervisor 中實現）之外，virtio 還定義了 2 個層次來支持客戶機到 hypervisor 的通信。

在頂層（稱為 virtio 層）是虛擬隊列接口，它在概念上將前端驅動程序附加到后端驅動，驅動可以根據需要使用零個或多個隊列。例如，virtio 網絡驅動使用兩個虛擬隊列（一個用于接收，一個用于發送），而 virtio 塊驅動只使用一個隊列。虛擬隊列是虛擬的，它通過 ring 實現，以用于遍歷客戶機到 hypervisor 的信息。這可以以任何方式來實現，只要 Guest 和 hypervisor 通過相同的方式來實現。

內核中實現的virtio 的前端驅動框架：

如圖 所示，列出了五個前端驅動程序，分別用于塊設備（例如磁盤）、網絡設備、PCI 模擬、balloon 驅動（用于動態管理客戶機內存使用）和控制臺驅動。每個前端驅動在 hypervisor 中都有一個對應的后端驅動。

2.2 在驅動中， 前端驅動程序肯定是注冊了以下數據結構的關系

virtio 前端對象層次結構：

從客戶操作系統的角度來看，對象層次結構 的定義如上圖所示。在頂級的是 virtio_driver，它在客戶操作系統中表示前端驅動程序。與該驅動程序匹配的設備由 virtio_device（設備在客戶操作系統中的表示）封裝。這引用?virtio_config_ops?結構（它定義配置 virtio 設備的操作）。virtio_device 由?virtqueue?引用（它包含一個到它服務的 virtio_device 的引用）。最后，每個 virtqueue 對象引用 virtqueue_ops 對象，后者定義處理 hypervisor 的驅動程序的底層隊列操作。

virtio_driver 結構定義上層設備驅動程序、驅動程序支持的設備 ID 的列表、一個特性表單（取決于設備類型）和一個回調函數列表。當 hypervisor 識別到與設備列表中的設備 ID 相匹配的新設備時，將調用 probe 函數（由 virtio_driver 對象提供）來傳入 virtio_device 對象。將這個對象和設備的管理數據緩存起來（以獨立于驅動程序的方式緩存）。可能要調用 virtio_config_ops 函數來獲取或設置特定于設備的選項，例如，為 virtio_blk 設備獲取磁盤的 Read/Write 狀態或設置塊設備的塊大小，具體情況取決于啟動器的類型。

virtio_device 不包含到 virtqueue 的引用（但 virtqueue 確實引用了 virtio_device）。要識別與該 virtio_device 相關聯的 virtqueue，需要結合使用 virtio_config_ops 對象和 find_vq 函數。該對象返回與這個 virtio_device 實例相關聯的虛擬隊列。find_vq 函數還允許為 virtqueue 指定一個回調函數（查看左 圖中的 virtqueue 結構）。

virtqueue 是一個簡單的結構，它識別一個可選的回調函數（在 hypervisor 使用緩沖池時調用）、一個到 virtio_device 的引用、一個到 virtqueue 操作的引用，以及一個引用要使用的底層實現的特殊 priv 引用。雖然 callback 是可選的，但是它能夠動態地啟用或禁用回調。

virtio緩沖池：客戶操作系統（前端）驅動程序通過緩沖池與 hypervisor 交互。對于 I/O，客戶操作系統提供一個或多個表示請求的緩沖池。例如，你可以提供 3 個緩沖池，第一個表示 Read 請求，后面兩個表示響應數據。該配置在內部被表示為一個散集列表（scatter-gather），列表中的每個條目表示一個地址和一個長度。緩沖區的格式、順序和內容僅對前端和后端驅動程序有意義。內部傳輸（當前實現中的連接點）僅移動緩沖區，并且不知道它們的內部表示。

該層次結構的核心是 virtqueue_ops，它定義在客戶操作系統和 hypervisor 之間移動命令和數據的方式：

第一個函數 add_buf 用于向 hypervisor 提供請求。如前面所述，該請求以散集列表的形式存在。對于 add_buf，客戶操作系統提供用于將請求添加到隊列的 virtqueue、散集列表（地址和長度數組）、用作輸出條目（目標是底層 hypervisor）的緩沖池數量，以及用作輸入條目（hypervisor 將為它們儲存數據并返回到客戶操作系統）的緩沖池數量。當通過 add_buf 向 hypervisor 發出請求時，客戶操作系統能夠通過 kick 函數通知 hypervisor 新的請求。為了獲得最佳的性能，客戶操作系統應該在通過 kick 發出通知之前將盡可能多的緩沖池裝載到 virtqueue。

第二個函數get_buf 處理自 hypervisor 的響應。客戶操作系統僅需調用該函數或通過提供的 virtqueue callback 函數等待通知就可以實現輪詢。當客戶操作系統知道緩沖區可用時，調用 get_buf 返回完成的緩沖區。

最后兩個函數enable_cb 和 disable_cb用來啟用或禁用回調進程（通過在 virtqueue 中由 virtqueue 初始化的 callback 函數）。注意，該回調函數和 hypervisor 位于獨立的地址空間中，因此調用通過一個間接的 hypervisor 來觸發（比如 kvm_hypercall）。

3、virtio? 的驅動實例， 網友寫的比較清楚的virtio-net 的前端驅動程序

Linux virtio-net driver - 知乎

后面找個時間具有看一下源碼。

4、virtio? 的后端程序實例

一定要結合一個后端驅動進行分析，可以對照rpmsg-lite分析