Virtio驅動研究

一、virtio概述

virtio是一種輕量級的虛擬化I/O框架，它的核心思想是將設備的複雜功能轉移到虛擬機監控程序（VMM）上。virtio將外部設備的訪問邏輯封裝在虛擬機監控程序內部，只向虛擬機交付一組簡單而統一的介面。這些介面可以看作是一種通用的虛擬IO設備規範。

virtio規範主要包括以下幾種類型的設備：

• 塊設備（blk）：提供塊級別的讀寫操作。
• 網卡設備（net）：提供網路通信服務。
• 內存設備（mem）：提供直接內存訪問等服務。
• 控制台設備（console）：提供與虛擬機控制台的通信服務。

virtio驅動負責在虛擬機中對這些設備的操作進行處理，以及和宿主機的交互。

二、virtio驅動實現

1. virtio設備的表示

在Linux系統中，virtio設備表示為一組及其描述符。描述符中包含了virtio設備的各種信息，通過它可以實現virtio設備數據的讀寫等操作。驅動通過描述符尋找到相應的設備，並進行控制和管理。

2. 設備的初始化

虛擬機在運行時，virtio驅動會被載入到內核中，並和virtio設備進行初始化連接的過程。主要過程包括以下幾個環節：

1. 讀取VM的配置信息。
2. 填充設備描述符信息。
3. 將設備描述符傳遞到虛擬機中，隨後虛擬機完成設備初始化的過程。

虛擬機完成設備初始化後，virtio驅動可以開始與設備進行交互。

3. 數據處理

在進行數據處理時，virtio驅動主要負責兩個過程：讀取數據和寫入數據。具體過程如下：

1. 讀取數據：首先，驅動程序發送對應的讀取請求給virtio設備。虛擬機完成數據的讀取後，驅動會將數據從虛擬機中讀出並發送到應用程序中。
2. 寫入數據：在寫入數據的時候，應用程序會將數據發送給virtio驅動，隨後驅動會將數據發送給虛擬機並請求寫入。

三、代碼示例

static struct virtio_driver virtio_blk_driver = {
	.name   = "virtio_blk",
	.id_table = id_table,
	.features = features,
	.feature_table_size = ARRAY_SIZE(features),
	.probe  = virtblk_probe,
	.remove = virtblk_remove,
};
module_virtio_driver(virtio_blk_driver);

struct virtio_device *vdev;
struct virtqueue *vq;
int rc;
char buf[512];
/* 首先初始化device */
vdev = virtio_find_device(&virtio_blk_driver, PCI_VENDOR_ID_REDHAT_QUMRANET, VIRTIO_BLK_DEVICE_ID, NULL);

/* 如果沒有找到可用的virtio設備就退出 */
if (!vdev){
	printk(KERN_ERR "virtio_blk: no devices found!\n");
	return -ENODEV;
}

/* 使用模塊提供的方法進行請求隊列的初始化 */
rc = virtqueue_initialize(vdev, 0, virtblk_request);

/* 如果返回值小於0，則表示初始化失敗 */
if (rc vqs ? vdev->vqs[0] : NULL;

if (!vq) {
	printk(KERN_ERR "virtio_blk: NO vq\n");
        goto error;
}

/* 將寫入的數據添加到隊列中去 */
struct scatterlist sg_list;
sg_init_one(&sg_list, buf, sizeof(buf));
struct virtio_blk_req *req = kzalloc(sizeof(struct virtio_blk_req), GFP_KERNEL);
virtblk_setup_req(req, VIRTIO_BLK_T_IN, 0, &sg_list, 0);
virtqueue_push(vq, req, 0, GFP_KERNEL);