https://blog.csdn.net/shengxia1999/article/details/52244119

KVM：Kernel-Based Virtual Machine 基于内核的虚拟机，是Linux内核的一个可加载模块，通过调用Linux本身内核功能，实现对CPU的底层虚拟化和内存的虚拟化，使Linux内核成为虚拟化层，需要x86架构的，支持虚拟化功能的硬件支持(比如Intel VT，AMD-V)，是一种全虚拟化架构。KVM在2007年年2月被导入Linux 2.6.20内核中。从存在形式来看，它包括两个内核模块：kvm.ko  和  kvm_intel.ko(或kvm_amd.ko)，本质上，KVM是管理虚拟硬件设备的驱动，该驱动使用字符设备/dev/kvm(由KVM本身创建)作为管理接口，主要负责vCPU的创建，虚拟内存的分配，vCPU寄存器的读写以及vCPU的运行。

QEMU：是一套由Fabrice Bellard编写的模拟处理器的自由软件，它是一个完整的可以单独运行的软件，可以独立模拟出整台计算机，包括CPU，内存，IO设备，通过一个特殊的“重编译器”对特定的处理器的二进制代码进行翻译，从而具有了跨平台的通用性。QEMU有两种工作模式：系统模式，可以模拟出整个电脑系统，另一种是用户模式，可以运行不同与当前硬件平台的其他平台上的程序(比如在x86平台上运行跑在ARM平台上的程序)

在QEMU-KVM中，KVM运行在内核空间，QEMU运行在用户空间，实际模拟创建，管理各种虚拟硬件，QEMU将KVM整合了进来，通过/ioctl 调用 /dev/kvm，从而将CPU指令的部分交给内核模块来做，KVM实现了CPU和内存的虚拟化，但kvm不能虚拟其他硬件设备，因此qemu还有模拟IO设备(磁盘，网卡，显卡等)的作用，KVM加上QEMU后就是完整意义上的服务器虚拟化。

当然，由于qemu模拟io设备效率不高的原因，现在常常采用半虚拟化的virtio方式来虚拟IO设备。

综上所述，QEMU-KVM具有两大作用：

1.提供对cpu，内存(KVM负责)，IO设备(QEMU负责)的虚拟

2.对各种虚拟设备的创建，调用进行管理(QEMU负责)

libvirt

顺带提一提libvirt，这是RedHat开始支持KVM后，大概是觉得QEMU+KVM方案中的用户空间虚拟机管理工具不太好用或者通用性不强，所以干脆搞了个libvirt出来，一个针对各种虚拟化平台的虚拟机管理的API库，一些常用的虚拟机管理工具如virsh(类似vim编辑器)，virt-install，virt-manager等和云计算框架平台(如OpenStack，OpenNebula，Eucalyptus等)都在底层使用libvirt提供的应用程序接口。

libvirt主要由三个部分组成：API库，一个守护进程 libvirtd 和一个默认命令行管理工具 virsh。

总结：

目前来说，QEMU是一个独立的虚拟化解决方案，并不依赖KVM(它本身自己可以做CPU和内存的模拟，只不过效率较低)，而KVM是另一套虚拟化解决方案，对CPU进行虚拟效率较高(采用了硬件辅助虚拟化)，但本身不提供其他设备的虚拟化，借用了QEMU的代码进行了定制，所以KVM方案一定要依赖QEMU。

即使后来RedHat后来开发了libvirt，也只能简单的认为是个虚拟机管理工具，仍然需要通过用户空间QEMU来与KVM进行交互。

http://lihanlu.cn/virtio-introduction/

实现IO虚拟化主要有三种方式：全虚拟化、半虚拟化和透传。全虚拟化Guest OS不会感知到自己是虚拟机，也无需修改Guest OS，但是它的效率比较低。半虚拟化Guest OS知道自己是虚拟机，通过Frontend/Backend驱动模拟实现IO虚拟化。透传就是直接分配物理设备给VM用。Virtio是一种半虚拟化的设备抽象接口规范，在Qemu和KVM中得到了广泛使用，本文将简单介绍Virtio的基本原理。

Virtio SPEC

* Virtual I/O Device (VIRTIO) Version 1.0

* http://docs.oasis-open.org/virtio/virtio/v1.0/cs04/virtio-v1.0-cs04.html

* Virtio PCI Card Specification Version 0.9.5

* http://ozlabs.org/~rusty/virtio-spec/virtio-0.9.5.pdf

每个Virtio设备包括以下部分

* Device status field　　设备状态字段

* Feature bits　　特征位

* Device Configuration space　　设备配置空间

* One or more virtqueues　　一个或多个virtqueues

每个virtqueue由三部分组成：

* Descriptor Table

* Available Ring

* Used Ring

如图所示，virtnet_info作为virtio网络设备的私有数据将virtio_device和net_device链接在一起。对于virtio网络设备来说，它至少有两个virtqueue(如果协商了VIRTIO_NET_F_MQ则可以创建多个队列,详见VirtIO SPEC中5.1.2 )，一个用于TX(send_queue)，另一个用于RX(receive_queue)，TX和RX队列中都包含了virtqueue和scatterlist[]。virtio_device、virtnet_info、receive_queue、send_queue、virtqueue给定任一结构体均可得到其它结构体信息。

可以把virtqueue理解为一个接口类，而vring_virtqueue作为这个接口的一个实现，vring_virtqueue通过成员vq可以与上述其它struct建立联系。virtio的环形缓冲区机制是由vring来承载的，vring由三部分组成：Descriptor表(vring_desc)，Available ring(vring_avail)和Used ring(vring_used)。

https://www.jianshu.com/p/9be4969e0bb1

virtio作为一种设备，同样也处在Linux kernel对设备模型的管理之下，virtio使用了virtio pcibus类型的虚拟总线，当命令行传入virtio时，Qemu会根据注册的virtio_net_pci_info进行virtio net设备的初始化，并在Qemu自身模拟的pci bus层加入了virtio net设备的初始化信息。

当Qemu加载Guest OS后，Guest OS的Bios和Kernel的启动过程中会对Pci设备进行枚举和资源的分配。

当总线类型注册后，/sys/bus/目录下，创建了一个新的目录virtio，在该目录下同时创建了两个文件夹为devices和drivers。表示创建virtio总线，总线支持设备与驱动devices和drivers目录。