Паравиртуальные драйверы и виртуализация ввода/вывода

Про паравиртуальные драйверы:

Еще одним вариантом эмуляции устройств с использованием гипервизора является использование драйверов паравиртуализации. В этой модели в состав гипервизора входят драйвера для работы с физически существующими устройствами, а в каждой гостевой операционной системе имеется специальный драйвер, который работает во взаимодействии с драйверами гипервизора (называемыми паравиртуализированными драйверами или PV драйверами).

...

В Xen пропагандировался подход с использованием паравиртуализации (рассмотренный в предыдущем разделе), который уменьшал потерю производительности за счет того, что драйвер гостевой операционной системы имел информацию о том, что он виртуальный. В этом случае гостевая операционная система не обращалась к адресному пространству на шине PCI, выделенному для устройства (например, сетевого адаптера), а вместо этого использовала интерфейс прикладного программного обеспечения для этого сетевого адаптера (API), что позволяло использовать более высокий уровень абстракции (например, пакетный интерфейс). Недостаток этого подхода в том, что для использования паравиртуализации гостевую операционную систему нужно было модифицировать. Преимущество было в том, что в некоторых случаях вы могли достичь производительности, почти равной производительности аппаратного обеспечения.

Про виртуализацию ввода/вывода:

К счастью, у поставщиков процессоров появились процессоры нового поколения, имеющие инструкции для поддержки гипервизоров, а также логики сквозного доступа к устройствам, в том числе виртуализации прерываний и поддержка прямого доступа к памяти (DMA). Таким образом, вместо того, чтобы отлавливать и эмулировать доступ к физическим устройствам, лежащим ниже гипервизора, в новых процессорах для эффективного сквозного доступа к устройствам поддерживается трансляция адресов DMA и проверка прав доступа.

...

Как Intel, так и AMD обеспечивают поддержку сквозного доступа к устройствам в своих процессорах с новой архитектурой (в дополнение к новым инструкциям, которые поддерживают работу гипервизора). Intel использует свой вариант, называемый Virtualization Technology for Directed I/O (VT-d), в то время как AMD использует вариант I/O Memory Management Unit (IOMMU). В каждом случае, новые процессоры предоставляют средства отображения физических адресов шины PCI в виртуальные адреса гостевых систем. Когда выполняется это отображение, доступ (и защита) реализуются на уровне аппаратного обеспечения и гостевая операционная система может использовать устройство, как если бы система не была виртуальной. В дополнение к отображению гостевой системы в физическую память, поддерживается изоляция устройства таким образом, чтобы другие гостевые системы (или гипервизор) не имели к нему доступа. В процессорах Intel и AMD реализована поддержка еще многих функций, предназначенных для виртуализации. Подробности вы можете узнать из статей, перечисленных в разделе "Ресурсы" оригинала статьи.

Про виртуализацию прерываний:

Еще одно новшество, которое помогает масштабировать прерывания для большого числа виртуальных машин, называется Message Signaled Interrupts (MSI). Вместо того чтобы полагаться на физические прерывания, связанные с гостевой системой, MSI преобразует прерывания в сообщения, которые легче сделать виртуальными (что позволяет обрабатывать тысячи отдельных прерываний). MSI доступно в PCI с версии 2.2 и оно также доступно на шине PCI Express (PCIe), что составляет основу для масштабирования многих устройств. MSI идеально подходит для виртуализации ввода/вывода, поскольку оно позволяет изолировать источники прерываний (отличие от физических прерываний, которые мультиплексируются или маршрутизируются с помощью программ).

Чем приходится платить за аппаратную поддержку вирт.ввода/вывода:

Одна из проблем, связанная со сквозным с доступом к устройствам, возникает, когда требуется "живая миграция". "Живой миграцией" (Live migration) является приостановка виртуальной машины с последующим его переносом на новый физический хост, на котором виртуальная машина перезапускается. Это отличная возможность для поддержки балансировки нагрузки, связанной с виртуальными машинами, в сети из физических хостов, но возникает проблема, если используется сквозной доступ к устройствам. Горячее подключение к шине PCI (для которого есть несколько спецификаций) является одним из аспектов, которые нужно решить. При горячем подключении к шине PCI должна быть возможность добавлять устройства PCI к ядру и удалять их из ядра

rus-linux.net/...MyLDP/vm/jones/passthrough

Прекрасная ликбезная статья.

Рядушком описана библиотека libvirt, управление гипервизорами и вирт.машинами. А еще она может скриптоваться на Python.