Virtio/Vhost是什么

Vhost/Virtio是一种半虚拟化的设备抽象接口规范，在Qemu和KVM中的得到了广泛的应用，在客户机操作系统中实现的前端驱动程序一般直接叫Virtio，在宿主机实现的后端驱动程序称为Vhost。与宿主机纯软件模拟I/O相比，virtio可以获得很好的性能，在数据中心中得到了广泛的应用。

Vhost有两种实现：内核态和用户态

内核态实现

vhost_net将部分的Virtio驱动从用户空间(其实是QEMU中)移到了kernel中，从而跳过QEMU，减少QEMU和内核之间的上下文切换开销，从而提升网络IO的性能。

通过在内核态增加了一个vhost驱动，与virtio相比，只需要进行一次用户态内核态切换（因为内核态的vhost-net.ko可以直接访问内核态的TAP设备，少了一次切换），另外，由于引入vhost技术共享了虚拟机的网卡缓冲区也省了一次数据拷贝（vhost-net.ko充当vhost backend，kvm.ko充当vhost client）。

用户态实现

vhost_user是将vhost_net驱动移动到用户态来实现零切换和零拷贝，从而进一步提升性能。一些实现了vhost backend的交换机(如snabbswitch)直接在用户态从vhost共享的虚拟机网卡缓存区virtio-ring中把网络数据进行读取，然后snabbswtich又实现了SR-IOV的物理网卡驱动直接将读到的虚拟机网络数据送到物理网卡上，从而大大提升了性能。

DPDK的实现

dpdk对虚拟化环境也是一个逐步支持的过程，不同的版本实现的功能不尽相同，具体的发展历程可以参考下图：

从最初版本的guest virtio PMD + kernel vhost_net发展至今，主机端实现用户态的vhost user，guest端采用virtio PMD。架构已经基本定型，后期的工作主要集中在性能优化和稳定性两个方面。用户态的vhost其原理和内核态的vhost-net类似，实现了用户态API，卸载了QEMU在Virtio-net上所承载的虚拟队列功能，同时基于QEMU共享内存空间、虚拟化队列的访问地址和事件文件描述符，使得vhost能够进行报文处理以及与guest通信。

DPDK的vhost包含的基本功能有：

virtio-net网络设备管理，包括设备的创建和销毁
虚拟队列中描述符列表、可用环表和已用环表在vhost进程的虚拟地址空间的映射和解除，以及实际的数据报文缓冲区的映射和解除
收到报文时，通知guest；发送报文时，接收来自guest的消息通知
虚拟队列和实际的物理网卡间的报文交换。可使用VMDQ机制对报文进行分类和排序，避免软件方式的报文交换
virtio-net后端设备的实现以及部分新特性实现：如支持多队列，TSO，支持巨型帧等等

先看下OVS+DPDK的概念，传统的vSwitch要使用kernel来完成转发面的实现以及和物理NIC的对接；在OVS+DPDK方案中，完全bypass 内核，通过dpdk + PMD来实现之前kernel提供的功能，从而将所有的功能都一直到用户态来实现。

基于这样的方案来实现的VNFs示意图就可以如下：

扩散：

当然除了上述VNFs部署方式，还可以采用下面的方式来部署：

这种部署方式需要NIC支持SR-IOV，同时在VNF中运行VF PMD。这种方式的优点是性能高，相当于直接从物理网卡中读取报文；缺点是对硬件有依赖，而且动态迁移比较麻烦。

来比较下在云环境不同实现方式路径（性能从左到右逐渐提升）：

参考链接：https://www.redhat.com/en/blog/boosting-nfv-datapath-rhel-openstack-platform

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