QEMU/KVM提供了全虛拟化環境，可以讓客戶機不經過任何修改就能運作在KVM環境當中。不過，KVM在I/O虛拟化方面，傳統的方式是使用QEMU純軟體的方式來模拟I/O裝置，其效率并不高。在KVM中，可以在客戶機使用半虛拟化驅動（Paravirtualized Drives，PV Drivers）來提高客戶機的性能。目前KVM使用中實作半虛拟化的方式是采用virtio這個Linux上的裝置驅動标準架構。
實作IO虛拟化主要有三種方式：全虛拟化、半虛拟化和透傳。全虛拟化Guest OS不會感覺到自己是虛拟機，也無需修改Guest OS，但是它的效率比較低。半虛拟化Guest OS知道自己是虛拟機，通過Frontend/Backend驅動模拟實作IO虛拟化。透傳就是直接配置設定實體裝置給VM用。Virtio是一種半虛拟化的裝置抽象接口規範，在Qemu和KVM中得到了廣泛使用
QEMU模拟I/O裝置的基本原理和優缺點
在使用QEMU模拟I/O的情況下，當客戶機中的裝置驅動程式（Device Driver）發起I/O操作請求時，KVM子產品中的I/O操作捕獲代碼會攔截這次I/O請求，然後在經過處理後将本地I/O請求的資訊存放到I/O共享頁（sharing page），并通知使用者空間的QEMU程式。QEMU模拟程式獲得I/O操作的具體資訊之後，交由硬體模拟代碼（Emulation Code）來模拟出本次的I/O操作，完成之後，将本次結果放回到I/O共享頁。并通知KVM子產品中的I/O操作捕獲代碼。最後，由KVM子產品中的捕獲代碼讀取I/O共享頁的操作結果，并把結果傳回給客戶機中。
在這個操作的過程當中，客戶機作為一個QEMU程序在等待I/O時也可能被阻塞。另外，當客戶機通過DMA（Direct Memory Access）通路大塊I/O時，QEMU模拟程式将不會把操作結果放到I/O共享頁，而是通過記憶體映射的方式将結果直接寫到客戶機的記憶體中去，然後通過KVM子產品告訴客戶機DMA操作已經完成。
優點：
QEMU 可以模拟多種類型的 I/O 裝置，包括磁盤、網卡、聲霸卡等，可以滿足各種應用場景的需求。使用者可以自定義 I/O 裝置的參數和配置，以滿足特定的需求。
缺點：
每次I/O操作的路徑比較長，有較多的VMEntry、VMExit發生，需要多次上下文切換(context witch)，也需要多次資料複制，是以性能比較差。
virtio的提出及原理
virtio最初由澳洲的一位天才級程式員Rusty Russell編寫，是一個在Hypervisor之上的抽象API接口，讓客戶機知道自己運作在虛拟化環境當中，進而根據virtio标準與Hypervisor協作，進而在客戶機當中達到更好的性能（特别是I/O性能）。
virtio的作用
virtio
為各種各樣裝置（如：網絡裝置、塊裝置等等）的虛拟提供了通用的标準化前端接口，增加了各個虛拟化平台的代碼複用。而不是各自為政般的使用繁雜的裝置虛拟機制。
virtio架構
virtio的基本結構如下
五種前端驅動：
- 塊裝置驅動（virtio-blk）
- 網絡裝置（virtio-net）
- PCI仿真（virtio-pci）
- balloon驅動（virtio-balloon，用于動态管理客戶機記憶體使用）
- scsi驅動
- 終端驅動
每一個前端驅動，在hypervisor當中都有一個相比對的後端驅動
在前後端驅動之間，還定義了兩層來支援客戶機與QEMU之間的通信。其中virtio這一層是虛拟機隊列的接口，虛拟隊列(Virtual Queue)接口将前端驅動和後端驅動結合在一起。驅動可以有0個或多個隊列。
例如virtio-net網絡驅動程式使用兩個虛拟隊列（一個用于接收，另一個用于發送），而
virtio
塊裝置驅動隻需要一個
virtio-ring: 虛拟隊列，通常使用環形緩沖，在客戶機與虛拟機管理器之間傳輸
驅動檢視驗證
Linux核心現在已經預設開啟了virtio的驅動，以我本地的Linux為例:
[root@localhost ~]# uname -r
5.4.243-1.el7.elrepo.x86_64
[root@localhost ~]# find /lib/modules/5.4.243-1.el7.elrepo.x86_64/ -name virtio*.ko
/lib/modules/5.4.243-1.el7.elrepo.x86_64/kernel/drivers/block/virtio_blk.ko
/lib/modules/5.4.243-1.el7.elrepo.x86_64/kernel/drivers/char/hw_random/virtio-rng.ko
/lib/modules/5.4.243-1.el7.elrepo.x86_64/kernel/drivers/char/virtio_console.ko
/lib/modules/5.4.243-1.el7.elrepo.x86_64/kernel/drivers/crypto/virtio/virtio_crypto.ko
/lib/modules/5.4.243-1.el7.elrepo.x86_64/kernel/drivers/gpu/drm/virtio/virtio-gpu.ko
/lib/modules/5.4.243-1.el7.elrepo.x86_64/kernel/drivers/net/virtio_net.ko
/lib/modules/5.4.243-1.el7.elrepo.x86_64/kernel/drivers/nvdimm/virtio_pmem.ko
/lib/modules/5.4.243-1.el7.elrepo.x86_64/kernel/drivers/scsi/virtio_scsi.ko
/lib/modules/5.4.243-1.el7.elrepo.x86_64/kernel/drivers/virtio/virtio.ko
/lib/modules/5.4.243-1.el7.elrepo.x86_64/kernel/drivers/virtio/virtio_balloon.ko
/lib/modules/5.4.243-1.el7.elrepo.x86_64/kernel/drivers/virtio/virtio_input.ko
/lib/modules/5.4.243-1.el7.elrepo.x86_64/kernel/drivers/virtio/virtio_pci.ko
/lib/modules/5.4.243-1.el7.elrepo.x86_64/kernel/drivers/virtio/virtio_ring.ko
/lib/modules/5.4.243-1.el7.elrepo.x86_64/kernel/fs/fuse/virtiofs.ko