QEMU/KVM提供了全虚拟化环境，可以让客户机不经过任何修改就能运行在KVM环境当中。不过，KVM在I/O虚拟化方面，传统的方式是使用QEMU纯软件的方式来模拟I/O设备，其效率并不高。在KVM中，可以在客户机使用半虚拟化驱动（Paravirtualized Drives，PV Drivers）来提高客户机的性能。目前KVM使用中实现半虚拟化的方式是采用virtio这个Linux上的设备驱动标准框架。
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
QEMU模拟I/O设备的基本原理和优缺点
在使用QEMU模拟I/O的情况下，当客户机中的设备驱动程序（Device Driver）发起I/O操作请求时，KVM模块中的I/O操作捕获代码会拦截这次I/O请求，然后在经过处理后将本地I/O请求的信息存放到I/O共享页（sharing page），并通知用户空间的QEMU程序。QEMU模拟程序获得I/O操作的具体信息之后，交由硬件模拟代码（Emulation Code）来模拟出本次的I/O操作，完成之后，将本次结果放回到I/O共享页。并通知KVM模块中的I/O操作捕获代码。最后，由KVM模块中的捕获代码读取I/O共享页的操作结果，并把结果返回给客户机中。
在这个操作的过程当中，客户机作为一个QEMU进程在等待I/O时也可能被阻塞。另外，当客户机通过DMA（Direct Memory Access）访问大块I/O时，QEMU模拟程序将不会把操作结果放到I/O共享页，而是通过内存映射的方式将结果直接写到客户机的内存中去，然后通过KVM模块告诉客户机DMA操作已经完成。
优点：
QEMU 可以模拟多种类型的 I/O 设备，包括磁盘、网卡、声卡等，可以满足各种应用场景的需求。用户可以自定义 I/O 设备的参数和配置，以满足特定的需求。
缺点：
每次I/O操作的路径比较长，有较多的VMEntry、VMExit发生，需要多次上下文切换(context witch)，也需要多次数据复制，所以性能比较差。
virtio的提出及原理
virtio最初由澳大利亚的一位天才级程序员Rusty Russell编写，是一个在Hypervisor之上的抽象API接口，让客户机知道自己运行在虚拟化环境当中，进而根据virtio标准与Hypervisor协作，从而在客户机当中达到更好的性能（特别是I/O性能）。
virtio的作用
virtio
为各种各样设备（如：网络设备、块设备等等）的虚拟提供了通用的标准化前端接口，增加了各个虚拟化平台的代码复用。而不是各自为政般的使用繁杂的设备虚拟机制。
virtio架构
virtio的基本结构如下
五种前端驱动：
- 块设备驱动（virtio-blk）
- 网络设备（virtio-net）
- PCI仿真（virtio-pci）
- balloon驱动（virtio-balloon，用于动态管理客户机内存使用）
- scsi驱动
- 终端驱动
每一个前端驱动，在hypervisor当中都有一个相匹配的后端驱动
在前后端驱动之间，还定义了两层来支持客户机与QEMU之间的通信。其中virtio这一层是虚拟机队列的接口，虚拟队列(Virtual Queue)接口将前端驱动和后端驱动结合在一起。驱动可以有0个或多个队列。
例如virtio-net网络驱动程序使用两个虚拟队列（一个用于接收，另一个用于发送），而
virtio
块设备驱动只需要一个
virtio-ring: 虚拟队列，通常使用环形缓冲，在客户机与虚拟机管理器之间传输
驱动查看验证
Linux内核现在已经默认开启了virtio的驱动，以我本地的Linux为例:
[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