一个完整的数据包从虚拟机到物理机的路径是：
虚拟机–QEMU虚拟网卡–虚拟化层–内核网桥–物理网卡
总的来说，KVM的网络优化方案旨在减少虚拟机访问物理网卡的层数，直至虚拟机能够独占物理网卡，达到与物理机相同的网络性能。
方案一：全虚拟化网卡和virtio
全虚拟化网卡是由虚拟化层完全模拟的网卡，而半虚拟化网卡通过驱动对操作系统进行了改造。virtio的基本理念是告知虚拟机它运行在虚拟化平台上，并通过双方协作提升在虚拟化环境中的性能。
关于virtio的使用场景，由于Windows虚拟机在使用virtio时可能出现网络闪断问题，建议在网络压力较低的情况下使用e1000这样的全虚拟化网卡，而在网络压力较高时，建议使用SR-IOV或PCI设备分配技术。virtio也在不断演进，期望能减少Windows的闪断问题。
KVM天生为Linux系统设计，Linux系统可以放心大胆地使用virtio驱动。
方案二：vhost_net和macvtap技术
vhost_net使虚拟机的网络通信直接绕过用户空间的虚拟化层，与内核直接通信，从而提升虚拟机的网络性能。macvtap则跳过了内核的网桥。
使用vhost_net必须使用virtio半虚拟化网卡。
vhost_net虚拟机的XML文件配置如下：
如果不使用vhost_net，则配置为：
macvtap虚拟机的XML配置如下：
注意：macvtap在Windows虚拟机上的性能较差，不建议使用。
vhost_net和macvtap的比较：
macvlan的功能是为同一个物理网卡配置多个MAC地址，从而在软件层面上配置多个以太网口，属于物理层的功能。macvtap是用来替代TUN/TAP和Bridge内核模块的，基于macvlan模块，提供TUN/TAP中tap设备使用的接口。使用macvtap的虚拟机可以通过tap设备接口，直接将数据传递到内核中对应的macvtap以太网口。vhost-net是对virtio的优化，virtio原本设计用于客户系统的前端与VMM的后端通信，减少硬件虚拟化方式下根模式与非根模式的切换。使用vhost-net后，可以进一步减少进入CPU的根模式后，需要进入用户态将数据发送到tap设备后再次切入内核态的开销，而是进入内核态后不需要进行内核态与用户态的切换，进一步减少这种特权级的切换。vhost-net属于进行二层网络数据传递的优化。
方案三：虚拟机网卡独占
网卡passthrough在虚拟机的配置方法：
使用lspci命令查看PCI设备信息：
04:00.0 Ethernet controller: Intel Corporation 82571EB Gigabit Ethernet Controller (rev 06)04:00.1 Ethernet controller: Intel Corporation 82571EB Gigabit Ethernet Controller (rev 06)
也可以使用virsh nodedev-list –tree命令获取信息：
+- pci_0000_00_07_0| || +- pci_0000_04_00_0| | || | +- net_p1p1_00_1b_21_88_69_dc| || +- pci_0000_04_00_1| || +- net_p1p2_00_1b_21_88_69_dd
使用virsh nodedev-dumxml pci_0000_04_00_0命令获取XML配置信息：
[root@]# virsh nodedev-dumpxml pci_0000_04_00_0
pci_0000_04_00_0 pci_0000_00_07_0 e1000e 0 4 0 0 82571EB Gigabit Ethernet Controller Intel Corporation
编辑虚拟机的XML文件，加入PCI设备信息：
Domain、bus、slot、function信息从dumpxml输出的XML文件中获取，定义虚拟机后，启动虚拟机即可。注意，因为附加的是物理设备，需要在系统中安装相应的驱动。
方案四：SR-IOV技术
SR-IOV的原理：SR-IOV是单根I/O虚拟化的简称，是一个将PCIe共享给虚拟机使用的标准，目前主要用于网络设备，理论上也可以支持其他PCI设备，SR-IOV需要硬件支持。
以下内容来自Oracle网站，链接为http://docs.oracle.com/cd/E38902_01/html/E38873/glbzi.html
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物理功能（Physical Function, PF）用于支持SR-IOV功能的PCI功能，如SR-IOV规范中定义。PF包含SR-IOV功能结构，用于管理SR-IOV功能。PF是全功能的PCIe功能，可以像其他任何PCIe设备一样进行发现、管理和处理。PF拥有完全配置资源，可以用于配置或控制PCIe设备。虚拟功能（Virtual Function, VF）与物理功能关联的一种功能。VF是一种轻量级PCIe功能，可以与物理功能以及与同一物理功能关联的其他VF共享一个或多个物理资源。VF仅允许拥有用于其自身行为的配置资源。
每个SR-IOV设备都可有一个物理功能（Physical Function, PF），并且每个PF最多可有64,000个与其关联的虚拟功能（Virtual Function, VF）。PF可以通过寄存器创建VF，这些寄存器设计有专用于此目的的属性。
一旦在PF中启用了SR-IOV，就可以通过PF的总线、设备和功能编号（路由ID）访问各个VF的PCI配置空间。每个VF都具有一个PCI内存空间，用于映射其寄存器集。VF设备驱动程序对寄存器集进行操作以启用其功能，并且显示为实际存在的PCI设备。创建VF后，可以直接将其指定给IO来宾域或各个应用程序（如裸机平台上的Oracle Solaris Zones）。此功能使得虚拟功能可以共享物理设备，并在没有CPU和虚拟机管理程序软件开销的情况下执行I/O。
SR-IOV的优点：SR-IOV标准允许在IO来宾域之间高效共享PCIe设备。SR-IOV设备可以具有数百个与某个物理功能（Physical Function, PF）关联的虚拟功能（Virtual Function, VF）。VF的创建可由PF通过设计用来开启SR-IOV功能的寄存器以动态方式进行控制。缺省情况下，SR-IOV功能处于禁用状态，PF充当传统PCIe设备。
具有SR-IOV功能的设备可以利用以下优点：
性能——从虚拟机环境直接访问硬件。成本降低——节省的资本和运营开销包括：节能减少了适配器数量简化了布线减少了交换机端口
SR-IOV的使用：
启动SR-IOV内核模块：
modprobe igb
激活虚拟功能（VF）：
modprobe igb max_vfs=7
千兆网卡最多支持8个VF（0-7），目前支持较好的千兆网卡是INTEL I350，82576S虽然也支持SR-IOV，但仅支持Linux虚拟机，Windows系统不支持。万兆网卡最多支持64个VF（0-63），Intel的新一代万兆网卡如x520、x540等都支持SR-IOV。
如果需要重新设置VF，可以删除模块后重新加载：
modprobe -r igb
将配置永久写入配置文件：
echo "options igb max_vfs=7" >> /etc/modprobe.d/igb.conf
通过lspci命令可以查看主网卡和子网卡：
# lspci | grep 825760b:00.0 Ethernet controller: Intel Corporation 82576 Gigabit Network Connection (rev 01)0b:00.1 Ethernet controller: Intel Corporation 82576 Gigabit Network Connection (rev 01)0b:10.0 Ethernet controller: Intel Corporation 82576 Virtual Function (rev 01)0b:10.1 Ethernet controller: Intel Corporation 82576 Virtual Function (rev 01)0b:10.2 Ethernet controller: Intel Corporation 82576 Virtual Function (rev 01)0b:10.3 Ethernet controller: Intel Corporation 82576 Virtual Function (rev 01)0b:10.4 Ethernet controller: Intel Corporation 82576 Virtual Function (rev 01)0b:10.5 Ethernet controller: Intel Corporation 82576 Virtual Function (rev 01)0b:10.6 Ethernet controller: Intel Corporation 82576 Virtual Function (rev 01)0b:10.7 Ethernet controller: Intel Corporation 82576 Virtual Function (rev 01)0b:11.0 Ethernet controller: Intel Corporation 82576 Virtual Function (rev 01)0b:11.1 Ethernet controller: Intel Corporation 82576 Virtual Function (rev 01)0b:11.2 Ethernet controller: Intel Corporation 82576 Virtual Function (rev 01)0b:11.3 Ethernet controller: Intel Corporation 82576 Virtual Function (rev 01)0b:11.4 Ethernet controller: Intel Corporation 82576 Virtual Function (rev 01)0b:11.5 Ethernet controller: Intel Corporation 82576 Virtual Function (rev 01)
虚拟机可以通过PCI网卡独占的方式使用子网卡。
虚拟机网卡的XML文件配置如下：
方案五：网卡多队列
从CentOS 7开始支持virtio网卡多队列，可以大大提高虚拟机的网络性能，配置方法如下：
虚拟机的XML网卡配置：
N 1 – 8，最多支持8个队列。
在虚拟机上执行以下命令开启多队列网卡：
# ethtool -L eth0 combined M
M 1 – N，M小于等于N。
个人认为，KVM网络优化方案应以硬件为主，硬件上万兆+SR-IOV的方案会越来越普及，但线上迁移的问题仍需解决。
以上就是KVM虚拟化网络优化技术总结的详细内容，更多请关注创想鸟其它相关文章！
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