Virtio驱动研究

一、virtio概述

virtio是一种轻量级的虚拟化I/O框架，它的核心思想是将设备的复杂功能转移到虚拟机监控程序（VMM）上。virtio将外部设备的访问逻辑封装在虚拟机监控程序内部，只向虚拟机交付一组简单而统一的接口。这些接口可以看作是一种通用的虚拟IO设备规范。

virtio规范主要包括以下几种类型的设备：

块设备（blk）：提供块级别的读写操作。
网卡设备（net）：提供网络通信服务。
内存设备（mem）：提供直接内存访问等服务。
控制台设备（console）：提供与虚拟机控制台的通信服务。

virtio驱动负责在虚拟机中对这些设备的操作进行处理，以及和宿主机的交互。

二、virtio驱动实现

1. virtio设备的表示

在Linux系统中，virtio设备表示为一组及其描述符。描述符中包含了virtio设备的各种信息，通过它可以实现virtio设备数据的读写等操作。驱动通过描述符寻找到相应的设备，并进行控制和管理。

2. 设备的初始化

虚拟机在运行时，virtio驱动会被加载到内核中，并和virtio设备进行初始化连接的过程。主要过程包括以下几个环节：

读取VM的配置信息。
填充设备描述符信息。
将设备描述符传递到虚拟机中，随后虚拟机完成设备初始化的过程。

虚拟机完成设备初始化后，virtio驱动可以开始与设备进行交互。

3. 数据处理

在进行数据处理时，virtio驱动主要负责两个过程：读取数据和写入数据。具体过程如下：

读取数据：首先，驱动程序发送对应的读取请求给virtio设备。虚拟机完成数据的读取后，驱动会将数据从虚拟机中读出并发送到应用程序中。
写入数据：在写入数据的时候，应用程序会将数据发送给virtio驱动，随后驱动会将数据发送给虚拟机并请求写入。

三、代码示例

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);

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

/* 使用模块提供的方法进行请求队列的初始化 */
rc = virtqueue_initialize(vdev, 0, virtblk_request);

/* 如果返回值小于0，则表示初始化失败 */
if (rc < 0){
	printk(KERN_ERR "virtio_blk: can not initialize virtqueue\n");
	ret = -ENODEV;
	goto error;
}

/* 初始化成功，则取出请求队列 */
vq = vdev->vqs ? vdev->vqs[0] : NULL;

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

/* 将写入的数据添加到队列中去 */
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);