54 | 存储虚拟化（下）：如何建立自己保管的单独档案库？
上一节，我们讲了qemu启动过程中的存储虚拟化。好了，现在qemu启动了，硬盘设备文件已经打开了。那如果我们要往虚拟机的一个进程写入一个文件，该怎么做呢？最终这个文件又是如何落到宿主机上的硬盘文件的呢？这一节，我们一起来看一看。
前端设备驱动virtio_blk
虚拟机里面的进程写入一个文件，当然要通过文件系统。整个过程和咱们在文件系统那一节讲的过程没有区别。只是到了设备驱动层，我们看到的就不是普通的硬盘驱动了，而是virtio的驱动。
virtio的驱动程序代码在Linux操作系统的源代码里面，文件名叫drivers/block/virtio_blk.c。
static int __init init(void){int error;virtblk_wq = alloc_workqueue("virtio-blk", 0, 0);major = register_blkdev(0, "virtblk");error = register_virtio_driver(&virtio_blk);......}module_init(init);module_exit(fini);MODULE_DEVICE_TABLE(virtio, id_table);MODULE_DESCRIPTION("Virtio block driver");MODULE_LICENSE("GPL");static struct virtio_driver virtio_blk = {.......driver.name = KBUILD_MODNAME,.driver.owner = THIS_MODULE,.id_table = id_table,.probe = virtblk_probe,.remove = virtblk_remove,......};
前面我们介绍过设备驱动程序，从这里的代码中，我们能看到非常熟悉的结构。它会创建一个workqueue，注册一个块设备，并获得一个主设备号，然后注册一个驱动函数virtio_blk。
当一个设备驱动作为一个内核模块被初始化的时候，probe函数会被调用，因而我们来看一下virtblk_probe。
static int virtblk_probe(struct virtio_device *vdev){struct virtio_blk *vblk;struct request_queue *q;......vdev->priv = vblk = kmalloc(sizeof(*vblk), GFP_KERNEL);vblk->vdev = vdev;vblk->sg_elems = sg_elems;INIT_WORK(&vblk->config_work, virtblk_config_changed_work);......err = init_vq(vblk);......vblk->disk = alloc_disk(1 << PART_BITS);memset(&vblk->tag_set, 0, sizeof(vblk->tag_set));vblk->tag_set.ops = &virtio_mq_ops;vblk->tag_set.queue_depth = virtblk_queue_depth;vblk->tag_set.numa_node = NUMA_NO_NODE;vblk->tag_set.flags = BLK_MQ_F_SHOULD_MERGE;vblk->tag_set.cmd_size =sizeof(struct virtblk_req) +sizeof(struct scatterlist) * sg_elems;vblk->tag_set.driver_data = vblk;vblk->tag_set.nr_hw_queues = vblk->num_vqs;err = blk_mq_alloc_tag_set(&vblk->tag_set);......q = blk_mq_init_queue(&vblk->tag_set);vblk->disk->queue = q;q->queuedata = vblk;virtblk_name_format("vd", index, vblk->disk->disk_name, DISK_NAME_LEN);vblk->disk->major = major;vblk->disk->first_minor = index_to_minor(index);vblk->disk->private_data = vblk;vblk->disk->fops = &virtblk_fops;vblk->disk->flags |= GENHD_FL_EXT_DEVT;vblk->index = index;......device_add_disk(&vdev->dev, vblk->disk);err = device_create_file(disk_to_dev(vblk->disk), &dev_attr_serial);......}
在virtblk_probe中，我们首先看到的是struct request_queue，这是每一个块设备都有的一个队列。还记得吗？它有两个函数，一个是make_request_fn函数，用于生成request；另一个是request_fn函数，用于处理request。
这个request_queue的初始化过程在blk_mq_init_queue中。它会调用blk_mq_init_allocated_queue->blk_queue_make_request。在这里面，我们可以将make_request_fn函数设置为blk_mq_make_request，也就是说，一旦上层有写入请求，我们就通过blk_mq_make_request这个函数，将请求放入request_queue队列中。
另外，在virtblk_probe中，我们会初始化一个gendisk。前面我们也讲了，每一个块设备都有这样一个结构。
在virtblk_probe中，还有一件重要的事情就是，init_vq会来初始化virtqueue。
static int init_vq(struct virtio_blk *vblk){int err;int i;vq_callback_t **callbacks;const char **names;struct virtqueue **vqs;unsigned short num_vqs;struct virtio_device *vdev = vblk->vdev;......vblk->vqs = kmalloc_array(num_vqs, sizeof(*vblk->vqs), GFP_KERNEL);names = kmalloc_array(num_vqs, sizeof(*names), GFP_KERNEL);callbacks = kmalloc_array(num_vqs, sizeof(*callbacks), GFP_KERNEL);vqs = kmalloc_array(num_vqs, sizeof(*vqs), GFP_KERNEL);......for (i = 0; i < num_vqs; i++) {callbacks[i] = virtblk_done;names[i] = vblk->vqs[i].name;}/* Discover virtqueues and write information to configuration. */err = virtio_find_vqs(vdev, num_vqs, vqs, callbacks, names, &desc);for (i = 0; i < num_vqs; i++) {vblk->vqs[i].vq = vqs[i];}vblk->num_vqs = num_vqs;......}
按照上面的原理来说，virtqueue是一个介于客户机前端和qemu后端的一个结构，用于在这两端之间传递数据。这里建立的struct virtqueue是客户机前端对于队列的管理的数据结构，在客户机的linux内核中通过kmalloc_array进行分配。
而队列的实体需要通过函数virtio_find_vqs查找或者生成，所以这里我们还把callback函数指定为virtblk_done。当buffer使用发生变化的时候，我们需要调用这个callback函数进行通知。
static inlineint virtio_find_vqs(struct virtio_device *vdev, unsigned nvqs,struct virtqueue *vqs[], vq_callback_t *callbacks[],const char * const names[],struct irq_affinity *desc){return vdev->config->find_vqs(vdev, nvqs, vqs, callbacks, names, NULL, desc);}static const struct virtio_config_ops virtio_pci_config_ops = {.get = vp_get,.set = vp_set,.generation = vp_generation,.get_status = vp_get_status,.set_status = vp_set_status,.reset = vp_reset,.find_vqs = vp_modern_find_vqs,.del_vqs = vp_del_vqs,.get_features = vp_get_features,.finalize_features = vp_finalize_features,.bus_name = vp_bus_name,.set_vq_affinity = vp_set_vq_affinity,.get_vq_affinity = vp_get_vq_affinity,};
根据virtio_config_ops的定义，virtio_find_vqs会调用vp_modern_find_vqs。
static int vp_modern_find_vqs(struct virtio_device *vdev, unsigned nvqs,struct virtqueue *vqs[],vq_callback_t *callbacks[],const char * const names[], const bool *ctx,struct irq_affinity *desc){struct virtio_pci_device *vp_dev = to_vp_device(vdev);struct virtqueue *vq;int rc = vp_find_vqs(vdev, nvqs, vqs, callbacks, names, ctx, desc);/* Select and activate all queues. Has to be done last: once we do* this, there's no way to go back except reset.*/list_for_each_entry(vq, &vdev->vqs, list) {vp_iowrite16(vq->index, &vp_dev->common->queue_select);vp_iowrite16(1, &vp_dev->common->queue_enable);}return 0;}
在vp_modern_find_vqs中，vp_find_vqs会调用vp_find_vqs_intx。
static int vp_find_vqs_intx(struct virtio_device *vdev, unsigned nvqs,struct virtqueue *vqs[], vq_callback_t *callbacks[],const char * const names[], const bool *ctx){struct virtio_pci_device *vp_dev = to_vp_device(vdev);int i, err;vp_dev->vqs = kcalloc(nvqs, sizeof(*vp_dev->vqs), GFP_KERNEL);err = request_irq(vp_dev->pci_dev->irq, vp_interrupt, IRQF_SHARED,dev_name(&vdev->dev), vp_dev);vp_dev->intx_enabled = 1;vp_dev->per_vq_vectors = false;for (i = 0; i < nvqs; ++i) {vqs[i] = vp_setup_vq(vdev, i, callbacks[i], names[i],ctx ? ctx[i] : false,VIRTIO_MSI_NO_VECTOR);......}}
在vp_find_vqs_intx中，我们通过request_irq注册一个中断处理函数vp_interrupt，当设备的配置信息发生改变，会产生一个中断，当设备向队列中写入信息时，也会产生一个中断，我们称为vq中断，中断处理函数需要调用相应的队列的回调函数。
然后，我们根据队列的数目，依次调用vp_setup_vq，完成virtqueue、vring的分配和初始化。
static struct virtqueue *vp_setup_vq(struct virtio_device *vdev, unsigned index,void (*callback)(struct virtqueue *vq),const char *name,bool ctx,u16 msix_vec){struct virtio_pci_device *vp_dev = to_vp_device(vdev);struct virtio_pci_vq_info *info = kmalloc(sizeof *info, GFP_KERNEL);struct virtqueue *vq;unsigned long flags;......vq = vp_dev->setup_vq(vp_dev, info, index, callback, name, ctx,msix_vec);info->vq = vq;if (callback) {spin_lock_irqsave(&vp_dev->lock, flags);list_add(&info->node, &vp_dev->virtqueues);spin_unlock_irqrestore(&vp_dev->lock, flags);} else {INIT_LIST_HEAD(&info->node);}vp_dev->vqs[index] = info;return vq;}static struct virtqueue *setup_vq(struct virtio_pci_device *vp_dev,struct virtio_pci_vq_info *info,unsigned index,void (*callback)(struct virtqueue *vq),const char *name,bool ctx,u16 msix_vec){struct virtio_pci_common_cfg __iomem *cfg = vp_dev->common;struct virtqueue *vq;u16 num, off;int err;/* Select the queue we're interested in */vp_iowrite16(index, &cfg->queue_select);/* Check if queue is either not available or already active. */num = vp_ioread16(&cfg->queue_size);/* get offset of notification word for this vq */off = vp_ioread16(&cfg->queue_notify_off);info->msix_vector = msix_vec;/* create the vring */vq = vring_create_virtqueue(index, num,SMP_CACHE_BYTES, &vp_dev->vdev,true, true, ctx,vp_notify, callback, name);/* activate the queue */vp_iowrite16(virtqueue_get_vring_size(vq), &cfg->queue_size);vp_iowrite64_twopart(virtqueue_get_desc_addr(vq),&cfg->queue_desc_lo, &cfg->queue_desc_hi);vp_iowrite64_twopart(virtqueue_get_avail_addr(vq),&cfg->queue_avail_lo, &cfg->queue_avail_hi);vp_iowrite64_twopart(virtqueue_get_used_addr(vq),&cfg->queue_used_lo, &cfg->queue_used_hi);......return vq;}struct virtqueue *vring_create_virtqueue(unsigned int index,unsigned int num,unsigned int vring_align,struct virtio_device *vdev,bool weak_barriers,bool may_reduce_num,bool context,bool (*notify)(struct virtqueue *),void (*callback)(struct virtqueue *),const char *name){struct virtqueue *vq;void *queue = NULL;dma_addr_t dma_addr;size_t queue_size_in_bytes;struct vring vring;/* TODO: allocate each queue chunk individually */for (; num && vring_size(num, vring_align) > PAGE_SIZE; num /= 2) {queue = vring_alloc_queue(vdev, vring_size(num, vring_align),&dma_addr,GFP_KERNEL|__GFP_NOWARN|__GFP_ZERO);if (queue)break;}if (!queue) {/* Try to get a single page. You are my only hope! */queue = vring_alloc_queue(vdev, vring_size(num, vring_align),&dma_addr, GFP_KERNEL|__GFP_ZERO);}queue_size_in_bytes = vring_size(num, vring_align);vring_init(&vring, num, queue, vring_align);vq = __vring_new_virtqueue(index, vring, vdev, weak_barriers, context, notify, callback, name);to_vvq(vq)->queue_dma_addr = dma_addr;to_vvq(vq)->queue_size_in_bytes = queue_size_in_bytes;to_vvq(vq)->we_own_ring = true;return vq;}
在vring_create_virtqueue中，我们会调用vring_alloc_queue，来创建队列所需要的内存空间，然后调用vring_init初始化结构struct vring，来管理队列的内存空间，调用__vring_new_virtqueue，来创建struct vring_virtqueue。
这个结构的一开始，是struct virtqueue，它也是struct virtqueue的一个扩展，紧接着后面就是struct vring。
struct vring_virtqueue {struct virtqueue vq;/* Actual memory layout for this queue */struct vring vring;......}
至此我们发现，虚拟机里面的virtio的前端是这样的结构：struct virtio_device里面有一个struct vring_virtqueue，在struct vring_virtqueue里面有一个struct vring。
中间virtio队列的管理
还记不记得我们上面讲qemu初始化的时候，virtio的后端有数据结构VirtIODevice，VirtQueue和vring一模一样，前端和后端对应起来，都应该指向刚才创建的那一段内存。
现在的问题是，我们刚才分配的内存在客户机的内核里面，如何告知qemu来访问这段内存呢？
别忘了，qemu模拟出来的virtio block device只是一个PCI设备。对于客户机来讲，这是一个外部设备，我们可以通过给外部设备发送指令的方式告知外部设备，这就是代码中vp_iowrite16的作用。它会调用专门给外部设备发送指令的函数iowrite，告诉外部的PCI设备。
告知的有三个地址virtqueue_get_desc_addr、virtqueue_get_avail_addr，virtqueue_get_used_addr。从客户机角度来看，这里面的地址都是物理地址，也即GPA（Guest Physical Address）。因为只有物理地址才是客户机和qemu程序都认可的地址，本来客户机的物理内存也是qemu模拟出来的。
在qemu中，对PCI总线添加一个设备的时候，我们会调用virtio_pci_device_plugged。
static void virtio_pci_device_plugged(DeviceState *d, Error **errp){VirtIOPCIProxy *proxy = VIRTIO_PCI(d);......memory_region_init_io(&proxy->bar, OBJECT(proxy),&virtio_pci_config_ops,proxy, "virtio-pci", size);......}static const MemoryRegionOps virtio_pci_config_ops = {.read = virtio_pci_config_read,.write = virtio_pci_config_write,.impl = {.min_access_size = 1,.max_access_size = 4,},.endianness = DEVICE_LITTLE_ENDIAN,};
在这里面，对于这个加载的设备进行I/O操作，会映射到读写某一块内存空间，对应的操作为virtio_pci_config_ops，也即写入这块内存空间，这就相当于对于这个PCI设备进行某种配置。
对PCI设备进行配置的时候，会有这样的调用链：virtio_pci_config_write->virtio_ioport_write->virtio_queue_set_addr。设置virtio的queue的地址是一项很重要的操作。
void virtio_queue_set_addr(VirtIODevice *vdev, int n, hwaddr addr){vdev->vq[n].vring.desc = addr;virtio_queue_update_rings(vdev, n);}
从这里我们可以看出，qemu后端的VirtIODevice的VirtQueue的vring的地址，被设置成了刚才给队列分配的内存的GPA。
接着，我们来看一下这个队列的格式。
/* Virtio ring descriptors: 16 bytes. These can chain together via "next". */struct vring_desc {/* Address (guest-physical). */__virtio64 addr;/* Length. */__virtio32 len;/* The flags as indicated above. */__virtio16 flags;/* We chain unused descriptors via this, too */__virtio16 next;};struct vring_avail {__virtio16 flags;__virtio16 idx;__virtio16 ring[];};/* u32 is used here for ids for padding reasons. */struct vring_used_elem {/* Index of start of used descriptor chain. */__virtio32 id;/* Total length of the descriptor chain which was used (written to) */__virtio32 len;};struct vring_used {__virtio16 flags;__virtio16 idx;struct vring_used_elem ring[];};struct vring {unsigned int num;struct vring_desc *desc;struct vring_avail *avail;struct vring_used *used;};
vring包含三个成员：
- vring_desc指向分配的内存块，用于存放客户机和qemu之间传输的数据。
- avail->ring[]是发送端维护的环形队列，指向需要接收端处理的vring_desc。
- used->ring[]是接收端维护的环形队列，指向自己已经处理过了的vring_desc。
数据写入的流程
接下来，我们来看，真的写入一个数据的时候，会发生什么。
按照上面virtio驱动初始化的时候的逻辑，blk_mq_make_request会被调用。这个函数比较复杂，会分成多个分支，但是最终都会调用到request_queue的virtio_mq_ops的queue_rq函数。
struct request_queue *q = rq->q;q->mq_ops->queue_rq(hctx, &bd);static const struct blk_mq_ops virtio_mq_ops = {.queue_rq = virtio_queue_rq,.complete = virtblk_request_done,.init_request = virtblk_init_request,.map_queues = virtblk_map_queues,};
根据virtio_mq_ops的定义，我们现在要调用virtio_queue_rq。
static blk_status_t virtio_queue_rq(struct blk_mq_hw_ctx *hctx,const struct blk_mq_queue_data *bd){struct virtio_blk *vblk = hctx->queue->queuedata;struct request *req = bd->rq;struct virtblk_req *vbr = blk_mq_rq_to_pdu(req);......err = virtblk_add_req(vblk->vqs[qid].vq, vbr, vbr->sg, num);......if (notify)virtqueue_notify(vblk->vqs[qid].vq);return BLK_STS_OK;}
在virtio_queue_rq中，我们会将请求写入的数据，通过virtblk_add_req放入struct virtqueue。
因此，接下来的调用链为：virtblk_add_req->virtqueue_add_sgs->virtqueue_add。
static inline int virtqueue_add(struct virtqueue *_vq,struct scatterlist *sgs[],unsigned int total_sg,unsigned int out_sgs,unsigned int in_sgs,void *data,void *ctx,gfp_t gfp){struct vring_virtqueue *vq = to_vvq(_vq);struct scatterlist *sg;struct vring_desc *desc;unsigned int i, n, avail, descs_used, uninitialized_var(prev), err_idx;int head;bool indirect;......head = vq->free_head;indirect = false;desc = vq->vring.desc;i = head;descs_used = total_sg;for (n = 0; n < out_sgs; n++) {for (sg = sgs[n]; sg; sg = sg_next(sg)) {dma_addr_t addr = vring_map_one_sg(vq, sg, DMA_TO_DEVICE);......desc[i].flags = cpu_to_virtio16(_vq->vdev, VRING_DESC_F_NEXT);desc[i].addr = cpu_to_virtio64(_vq->vdev, addr);desc[i].len = cpu_to_virtio32(_vq->vdev, sg->length);prev = i;i = virtio16_to_cpu(_vq->vdev, desc[i].next);}}/* Last one doesn't continue. */desc[prev].flags &= cpu_to_virtio16(_vq->vdev, ~VRING_DESC_F_NEXT);/* We're using some buffers from the free list. */vq->vq.num_free -= descs_used;/* Update free pointer */vq->free_head = i;/* Store token and indirect buffer state. */vq->desc_state[head].data = data;/* Put entry in available array (but don't update avail->idx until they do sync). */avail = vq->avail_idx_shadow & (vq->vring.num - 1);vq->vring.avail->ring[avail] = cpu_to_virtio16(_vq->vdev, head);/* Descriptors and available array need to be set before we expose the new available array entries. */virtio_wmb(vq->weak_barriers);vq->avail_idx_shadow++;vq->vring.avail->idx = cpu_to_virtio16(_vq->vdev, vq->avail_idx_shadow);vq->num_added++;......return 0;}
在virtqueue_add函数中，我们能看到，free_head指向的整个内存块空闲链表的起始位置，用head变量记住这个起始位置。
接下来，i也指向这个起始位置，然后是一个for循环，将数据放到内存块里面，放的过程中，next不断指向下一个空闲位置，这样空闲的内存块被不断的占用。等所有的写入都结束了，i就会指向这次存放的内存块的下一个空闲位置，然后free_head就指向i，因为前面的都填满了。
至此，从head到i之间的内存块，就是这次写入的全部数据。
于是，在vring的avail变量中，在ring[]数组中分配新的一项，在avail的位置，avail的计算是avail_idx_shadow & (vq->vring.num - 1)，其中，avail_idx_shadow是上一次的avail的位置。这里如果超过了ring[]数组的下标，则重新跳到起始位置，就说明是一个环。这次分配的新的avail的位置就存放新写入的从head到i之间的内存块。然后是avail_idx_shadow++，这说明这一块内存可以被接收方读取了。
接下来，我们回到virtio_queue_rq，调用virtqueue_notify通知接收方。而virtqueue_notify会调用vp_notify。
bool vp_notify(struct virtqueue *vq){/* we write the queue's selector into the notification register to* signal the other end */iowrite16(vq->index, (void __iomem *)vq->priv);return true;}
然后，我们写入一个I/O会触发VM exit。我们在解析CPU的时候看到过这个逻辑。
int kvm_cpu_exec(CPUState *cpu){struct kvm_run *run = cpu->kvm_run;int ret, run_ret;......run_ret = kvm_vcpu_ioctl(cpu, KVM_RUN, 0);......switch (run->exit_reason) {case KVM_EXIT_IO:DPRINTF("handle_io\n");/* Called outside BQL */kvm_handle_io(run->io.port, attrs,(uint8_t *)run + run->io.data_offset,run->io.direction,run->io.size,run->io.count);ret = 0;break;}......}
这次写入的也是一个I/O的内存空间，同样会触发virtio_ioport_write，这次会调用virtio_queue_notify。
void virtio_queue_notify(VirtIODevice *vdev, int n){VirtQueue *vq = &vdev->vq[n];......if (vq->handle_aio_output) {event_notifier_set(&vq->host_notifier);} else if (vq->handle_output) {vq->handle_output(vdev, vq);}}
virtio_queue_notify会调用VirtQueue的handle_output函数，前面我们已经设置过这个函数了，是virtio_blk_handle_output。
接下来的调用链为：virtio_blk_handle_output->virtio_blk_handle_output_do->virtio_blk_handle_vq。
bool virtio_blk_handle_vq(VirtIOBlock *s, VirtQueue *vq){VirtIOBlockReq *req;MultiReqBuffer mrb = {};bool progress = false;......do {virtio_queue_set_notification(vq, 0);while ((req = virtio_blk_get_request(s, vq))) {progress = true;if (virtio_blk_handle_request(req, &mrb)) {virtqueue_detach_element(req->vq, &req->elem, 0);virtio_blk_free_request(req);break;}}virtio_queue_set_notification(vq, 1);} while (!virtio_queue_empty(vq));if (mrb.num_reqs) {virtio_blk_submit_multireq(s->blk, &mrb);}......return progress;}
在virtio_blk_handle_vq中，有一个while循环，在循环中调用函数virtio_blk_get_request从vq中取出请求，然后调用virtio_blk_handle_request处理从vq中取出的请求。
我们先来看virtio_blk_get_request。
static VirtIOBlockReq *virtio_blk_get_request(VirtIOBlock *s, VirtQueue *vq){VirtIOBlockReq *req = virtqueue_pop(vq, sizeof(VirtIOBlockReq));if (req) {virtio_blk_init_request(s, vq, req);}return req;}void *virtqueue_pop(VirtQueue *vq, size_t sz){unsigned int i, head, max;VRingMemoryRegionCaches *caches;MemoryRegionCache *desc_cache;int64_t len;VirtIODevice *vdev = vq->vdev;VirtQueueElement *elem = NULL;unsigned out_num, in_num, elem_entries;hwaddr addr[VIRTQUEUE_MAX_SIZE];struct iovec iov[VIRTQUEUE_MAX_SIZE];VRingDesc desc;int rc;....../* When we start there are none of either input nor output. */out_num = in_num = elem_entries = 0;max = vq->vring.num;i = head;caches = vring_get_region_caches(vq);desc_cache = &caches->desc;vring_desc_read(vdev, &desc, desc_cache, i);....../* Collect all the descriptors */do {bool map_ok;if (desc.flags & VRING_DESC_F_WRITE) {map_ok = virtqueue_map_desc(vdev, &in_num, addr + out_num,iov + out_num,VIRTQUEUE_MAX_SIZE - out_num, true,desc.addr, desc.len);} else {map_ok = virtqueue_map_desc(vdev, &out_num, addr, iov,VIRTQUEUE_MAX_SIZE, false,desc.addr, desc.len);}......rc = virtqueue_read_next_desc(vdev, &desc, desc_cache, max, &i);} while (rc == VIRTQUEUE_READ_DESC_MORE);....../* Now copy what we have collected and mapped */elem = virtqueue_alloc_element(sz, out_num, in_num);elem->index = head;for (i = 0; i < out_num; i++) {elem->out_addr[i] = addr[i];elem->out_sg[i] = iov[i];}for (i = 0; i < in_num; i++) {elem->in_addr[i] = addr[out_num + i];elem->in_sg[i] = iov[out_num + i];}vq->inuse++;......return elem;}
我们可以看到，virtio_blk_get_request会调用virtqueue_pop。在这里面，我们能看到对于vring的操作，也即从这里面将客户机里面写入的数据读取出来，放到VirtIOBlockReq结构中。
接下来，我们就要调用virtio_blk_handle_request处理这些数据。所以接下来的调用链为：virtio_blk_handle_request->virtio_blk_submit_multireq->submit_requests。
static inline void submit_requests(BlockBackend *blk, MultiReqBuffer *mrb,int start, int num_reqs, int niov){QEMUIOVector *qiov = &mrb->reqs[start]->qiov;int64_t sector_num = mrb->reqs[start]->sector_num;bool is_write = mrb->is_write;if (num_reqs > 1) {int i;struct iovec *tmp_iov = qiov->iov;int tmp_niov = qiov->niov;qemu_iovec_init(qiov, niov);for (i = 0; i < tmp_niov; i++) {qemu_iovec_add(qiov, tmp_iov[i].iov_base, tmp_iov[i].iov_len);}for (i = start + 1; i < start + num_reqs; i++) {qemu_iovec_concat(qiov, &mrb->reqs[i]->qiov, 0,mrb->reqs[i]->qiov.size);mrb->reqs[i - 1]->mr_next = mrb->reqs[i];}block_acct_merge_done(blk_get_stats(blk),is_write ? BLOCK_ACCT_WRITE : BLOCK_ACCT_READ,num_reqs - 1);}if (is_write) {blk_aio_pwritev(blk, sector_num << BDRV_SECTOR_BITS, qiov, 0,virtio_blk_rw_complete, mrb->reqs[start]);} else {blk_aio_preadv(blk, sector_num << BDRV_SECTOR_BITS, qiov, 0,virtio_blk_rw_complete, mrb->reqs[start]);}}
在submit_requests中，我们看到了BlockBackend。这是在qemu启动的时候，打开qcow2文件的时候生成的，现在我们可以用它来写入文件了，调用的是blk_aio_pwritev。
BlockAIOCB *blk_aio_pwritev(BlockBackend *blk, int64_t offset,QEMUIOVector *qiov, BdrvRequestFlags flags,BlockCompletionFunc *cb, void *opaque){return blk_aio_prwv(blk, offset, qiov->size, qiov,blk_aio_write_entry, flags, cb, opaque);}static BlockAIOCB *blk_aio_prwv(BlockBackend *blk, int64_t offset, int bytes,void *iobuf, CoroutineEntry co_entry,BdrvRequestFlags flags,BlockCompletionFunc *cb, void *opaque){BlkAioEmAIOCB *acb;Coroutine *co;acb = blk_aio_get(&blk_aio_em_aiocb_info, blk, cb, opaque);acb->rwco = (BlkRwCo) {.blk = blk,.offset = offset,.iobuf = iobuf,.flags = flags,.ret = NOT_DONE,};acb->bytes = bytes;acb->has_returned = false;co = qemu_coroutine_create(co_entry, acb);bdrv_coroutine_enter(blk_bs(blk), co);acb->has_returned = true;return &acb->common;}
在blk_aio_pwritev中，我们看到，又是创建了一个协程来进行写入。写入完毕之后调用virtio_blk_rw_complete->virtio_blk_req_complete。
static void virtio_blk_req_complete(VirtIOBlockReq *req, unsigned char status){VirtIOBlock *s = req->dev;VirtIODevice *vdev = VIRTIO_DEVICE(s);trace_virtio_blk_req_complete(vdev, req, status);stb_p(&req->in->status, status);virtqueue_push(req->vq, &req->elem, req->in_len);virtio_notify(vdev, req->vq);}
在virtio_blk_req_complete中，我们先是调用virtqueue_push，更新vring中used变量，表示这部分已经写入完毕，空间可以回收利用了。但是，这部分的改变仅仅改变了qemu后端的vring，我们还需要通知客户机中virtio前端的vring的值，因而要调用virtio_notify。virtio_notify会调用virtio_irq发送一个中断。
还记得咱们前面注册过一个中断处理函数vp_interrupt吗？它就是干这个事情的。
static irqreturn_t vp_interrupt(int irq, void *opaque){struct virtio_pci_device *vp_dev = opaque;u8 isr;/* reading the ISR has the effect of also clearing it so it's very* important to save off the value. */isr = ioread8(vp_dev->isr);/* Configuration change? Tell driver if it wants to know. */if (isr & VIRTIO_PCI_ISR_CONFIG)vp_config_changed(irq, opaque);return vp_vring_interrupt(irq, opaque);}
就像前面说的一样vp_interrupt这个中断处理函数，一是处理配置变化，二是处理I/O结束。第二种的调用链为：vp_interrupt->vp_vring_interrupt->vring_interrupt。
irqreturn_t vring_interrupt(int irq, void *_vq){struct vring_virtqueue *vq = to_vvq(_vq);......if (vq->vq.callback)vq->vq.callback(&vq->vq);return IRQ_HANDLED;}
在vring_interrupt中，我们会调用callback函数，这个也是在前面注册过的，是virtblk_done。
接下来的调用链为：virtblk_done->virtqueue_get_buf->virtqueue_get_buf_ctx。
void *virtqueue_get_buf_ctx(struct virtqueue *_vq, unsigned int *len,void **ctx){struct vring_virtqueue *vq = to_vvq(_vq);void *ret;unsigned int i;u16 last_used;......last_used = (vq->last_used_idx & (vq->vring.num - 1));i = virtio32_to_cpu(_vq->vdev, vq->vring.used->ring[last_used].id);*len = virtio32_to_cpu(_vq->vdev, vq->vring.used->ring[last_used].len);....../* detach_buf clears data, so grab it now. */ret = vq->desc_state[i].data;detach_buf(vq, i, ctx);vq->last_used_idx++;......return ret;}
在virtqueue_get_buf_ctx中，我们可以看到，virtio前端的vring中的last_used_idx加一，说明这块数据qemu后端已经消费完毕。我们可以通过detach_buf将其放入空闲队列中，留给以后的写入请求使用。
至此，整个存储虚拟化的写入流程才全部完成。
总结时刻
下面我们来总结一下存储虚拟化的场景下，整个写入的过程。
- 在虚拟机里面，应用层调用write系统调用写入文件。
- write系统调用进入虚拟机里面的内核，经过VFS，通用块设备层，I/O调度层，到达块设备驱动。
- 虚拟机里面的块设备驱动是virtio_blk，它和通用的块设备驱动一样，有一个request queue，另外有一个函数make_request_fn会被设置为blk_mq_make_request，这个函数用于将请求放入队列。
- 虚拟机里面的块设备驱动是virtio_blk会注册一个中断处理函数vp_interrupt。当qemu写入完成之后，它会通知虚拟机里面的块设备驱动。
- blk_mq_make_request最终调用virtqueue_add，将请求添加到传输队列virtqueue中，然后调用virtqueue_notify通知qemu。
- 在qemu中，本来虚拟机正处于KVM_RUN的状态，也即处于客户机状态。
- qemu收到通知后，通过VM exit指令退出客户机状态，进入宿主机状态，根据退出原因，得知有I/O需要处理。
- qemu调用virtio_blk_handle_output，最终调用virtio_blk_handle_vq。
- virtio_blk_handle_vq里面有一个循环，在循环中，virtio_blk_get_request函数从传输队列中拿出请求，然后调用virtio_blk_handle_request处理请求。
- virtio_blk_handle_request会调用blk_aio_pwritev，通过BlockBackend驱动写入qcow2文件。
- 写入完毕之后，virtio_blk_req_complete会调用virtio_notify通知虚拟机里面的驱动。数据写入完成，刚才注册的中断处理函数vp_interrupt会收到这个通知。
课堂练习
请你沿着代码，仔细分析并牢记virtqueue的结构以及写入和读取方式。这个结构在下面的网络传输过程中，还要起大作用。
欢迎留言和我分享你的疑惑和见解，也欢迎收藏本节内容，反复研读。你也可以把今天的内容分享给你的朋友，和他一起学习和进步。
