看完了蛋蛋的NVMe系列，你是不是有点手痒痒了，毕竟这是一门技术，不是艺术，只能欣赏，却不能亵玩，实在是太不让人尽兴了。三俗的来说，估计你也是看了上面的女神进来看文章的，但是，是不是下面的苍老师才能让你真正动手实践？
八卦蛋蛋
作为ssdfans的招牌，蛋蛋现在已经有了很多粉丝。你估计也想知道蛋蛋到底是个什么样的人，阿呆有幸略知一二。首先，蛋蛋博士真的是一位博士，饱读诗书，而且智商也很高。肯定有人要问了，你怎么知道他智商高呢，把跑分亮出来看看。其实阿呆也没跑过分，只知道蛋蛋家族有高智商基因，出了不少高考状元。乡亲们因为有了这样一家邻居，教育孩子不得不格外卖力气: 天赋不如人已经输在了起跑线上，后天可得加倍努力啊！
阿呆以前搞不懂NVMe，都是英文文档，好不容易看完也不能消化，花个把星期很多也是云里雾里。但是，看了蛋蛋写的NVMe系列，通俗易懂，最多半天就能掌握精髓。想到这里，阿呆不得不像古人一样发出慨叹：
天不生蛋蛋，万古长如夜！
QEMU
好了，后面我们不扯蛋了，言归正传。尽管阿呆想动手实践NVMe，可是舍不得花钱买昂贵的PCIe SSD练手，而且买了也是人家的控制器，自己怎么在上面搞开发啊，真是愁死人了。后来，阿呆想到一个好主意：真的玩不起，咱还不能搞个假的吗?果然找到一个免费的操作系统Linux上免费的虚拟机软件QEMU。估计很多人玩过VMWare，QEMU差不多，只不过是开源的，所以手闲的人可以在上面搞开发。如下图，在Linux系统上用QEMU虚拟了一个Windows系统。
说到这里，不得不提一下大名鼎鼎的KVM了。总是听人家讲什么虚拟化，KVM之类的，听起来挺时髦的，那KVM到底是个什么东东? 现在所说的虚拟化，一般都是指在CPU硬件支持基础之上的虚拟化技术，就是有些CPU是支持虚拟化指令的。KVM也一样依赖此项技术，全称Kernel-based Virtual Machine，其实就是虚拟了一个Linux内核，而且通过CPU的专有虚拟化指令可以达到很高的效率。但是我们知道Linux操作系统分为内核层和用户层，光有KVM这个内核层，我们还跑不起来任何图形界面等用户应用。KVM就相当于是开发商，只会盖房子，而且盖的非常坚固，但是盖好房子发现都是毛坯，不能住人，这时候他们发现了另一个开发商QEMU，他们也盖房子，还搞装修，装修的本领很不错，盖得房子实在不咋地。于是，这两家开发商战略合作，KVM负责盖房子，QEMU负责搞装修，人们交了房就能住进精装修的房子了，又坚固又漂亮好用。所以现在往往是KVM+QEMU搞一个虚拟机，KVM是内核态，QEMU是用户态。如下图。
说来惭愧，阿呆的知识其实都是百度上搜的。如果你想更深入地了解KVM，就得拜师了，上哪里找老师呢？哈哈，远在天边，近在眼前，我们藏龙卧虎的ssdfans微信群里就有位大牛，西山居的系统运维经理肖力，大名鼎鼎的《深度实践KVM》就是他写的。
云计算与虚拟化
总是听人说云计算，虚拟化，为什么他俩关系这么铁？阿呆也不懂内情，但是知道云计算公司搞了很多虚拟机，因为我们www.ssdfans.com网站就是买了阿里云的ECS服务，所谓的ECS弹性云计算其实就是用虚拟机实现的。我们传统企业建设自己的机房，要配置很多电脑，交换机，存储阵列等，来搭建网站，实现邮件服务器，内部OA等服务。到了云计算这里，还是买很多机器，只不过这些机器都是虚拟的，所谓弹性就是系统的CPU，内存，硬盘，带宽等资源都是可以配置的，谁叫人家是虚拟的呢，玩虚的就是任性啊。
不过最近总是有读者反映ssdfans网站从手机访问缓慢，电脑却还可以接受，阿呆还没好好看看是什么原因，希望有专家能够指点迷津。我们网站使用的是wordpress，文件存放在阿里云ECS，数据库采用了阿里云的RDS，服务器只有杭州的，还没有买全国各地的CDN加速。
CPU的虚拟化指令
后面阿呆要开始无耻的大段摘抄《深度实践KVM》了， 嘿嘿，广告也不是白做的~~如下图，X86的指令集一般分为4种特权模式：Ring 0，Ring 1，Ring 2，Ring 3，操作系统一般是Ring 0，应用程序Ring 3，驱动程序Ring 1，Ring 2.可是到了虚拟机就遇到问题了：你敢让虚拟机的Ring 0指令真的跑在真实CPU的Ring 0模式下吗？毕竟都是虚拟的，搞不好就出问题了，但如果都跑在Ring 3模式下，那白白浪费了CPU的这个设计，性能又上不去了。
所以Intel等CPU厂商推出了虚拟化指令。Intel的VT-x技术推出了两种操作模式：VMX root operation，VMX non-root operation。我们知道虚拟机包含两部分，虚拟层VMM（virtual machine monitor）和虚拟出来的系统，虚拟层其实就是我们物理系统里的一个应用，所以它跑在VMX root operation，和正常模式一样。而虚拟出来的系统跑在VMX non-root operation，是处在VMM控制之下的一个环境。这样虚拟机跑在自己的CPU轨道里，物理机也跑在自己的原来的CPU轨道里，相互隔离，性能也得到了提高。
这就像是孩子长大娶了老婆，和父母住在一起，生活已经是两家人了，可是共用厨房和厕所，首先经常上厕所得排队，憋得受不了，其次，小两口的隐私也得不到保护。老爹没办法，可怜天下父母心啊，又花钱盖了一套厕所和厨房，大家同在屋檐下，再也不冲突了，相安无事。
I/O虚拟化
一家人和睦了一段时间之后，新的问题又出现了。小两口消费观念新潮，总是需要买各种东西，但是又没时间去，所以只能让爹妈每天去超市代买，垃圾也让二老去倒。老人嫌累，小两口嫌他们少买了这个那个。老父亲好好想了想，找出症结了:尽管我们空间分开了，但是生活的原材料还没分开。后来，小两口不从超市购物了，他俩的东西全都选择网购，更自由，更方便，垃圾让快递小哥顺手帮忙带走，什么都搞定了。这就是I/O虚拟化啊：两家人的消费和废物处理隔离。
我们都知道，影响电脑性能的主要是CPU和内存，玩游戏还要显卡，下电影要网速和硬盘快。虚拟机也有这些问题，CPU虚拟化提升了处理能力，但是数据操作也需要高性能啊，关键在于解决I/O设备与虚拟机数据交换的问题，而这部分主要相关的是DMA直接内存存取，以及IRQ中断请求，只要解决好这两个方面的隔离、保护以及性能问题，就是成功的I/O虚拟化。
慈祥的老父亲Intel开发了VT-d技术，在北桥（现在改叫MCH，因为南桥退休了）提供DMA虚拟化和IRQ虚拟化。传统的IOMMU（memory management unit，内存管理单元）集中管理所有DMA，不容易实现DMA隔离，而VT-d实现了多个DMA保护区域的存在，实现DMA虚拟化。
传统设备中断请求有两种方式：一是通过I/O中断控制器路由，另一种是DMA写请求直接发出去的MSI（message signaled interrupt，消息中断）。由于使用了DMA，需要访问所有内存地址，没办法实现中断隔离，其实就是虚拟机的没办法区分。VT-d的中断重映射架构重新定义了MSI的格式，尽管MSI依然是DMA写请求，但是不嵌入内存地址，而是消息ID，通过消息ID区分不同的虚拟机区域。
啰啰嗦嗦说了这么多，怎么还没进入NVMe这个主题啊，没办法，阿呆就是这么个人，做足了前戏，慢慢的进入。
后面阿呆将会带你一起在QEMU虚拟机虚拟出一个NVMe设备，同时，在虚拟机Linux操作系统中开发一个NVMe驱动来使用它。
引用
肖力等，《深度实践KVM》
