virtio
在虛擬機中，可以通過qemu模擬e1000網卡，這樣的經典網卡一般各種客戶操作系統都會提供inbox驅動，所以從兼容性上來看，使用類似e1000的模擬網卡是非常一個不錯的選擇。
但是，e1000網卡上也包含了複雜的io端口，寄存器，緩存配置，虛擬機每次收發包都會引起更多的io和mmio操作，使得虛擬機頻繁的陷出，最終導致網絡性能不佳。
爲了解決上述全虛擬化的性能問題，IBM在2005年提出了virtio, 虛擬機中的半虛擬化前端驅動和主機上的後端服務簡單的使用virtqueue共享隊列交換數據，大幅的減少了e1000模擬時複雜的io操作，從而可以較大程度的提升虛擬網絡性能。
virtio是qemu的半虛擬化驅動，guest使用virtio driver將請求發送給virtio-backend。
圖中描述了virtio的io路徑: guest發出中斷信號退出kvm，從kvm退出到用戶空間的qemu進程。然後由qemu開始對tap設備進行讀寫。 可以看到這裏從用戶態進入內核，再從內核切換到用戶態，進行了2次切換。
virtio的io路徑：
- guest設置好tx;
- kick host;
- guest陷出到kvm；
- kvm從內核切換到用戶態的qemu進程；
- qemu將tx數據投遞到tap設備；
vhost
vhost技術對virtio-net進行了優化，在內核中加入了vhost-net.ko模塊，使得對網絡數據可以在內核態得到處理。
圖中描述了vhost的io路徑: guest發出中斷信號退出kvm，kvm直接和vhost-net.ko通信，然後由vhost-net.ko訪問tap設備。 這樣網絡數據只需要經過從用戶態到內核態的一次切換，就可以完成數據的傳輸。大大提高了虛擬網卡的性能。 由於這個技術中vhost-backend在內核中，所以也被叫做vhost-kernel。
vhost的io路徑：
- guest設置好tx;
- kick host;
- guest陷出到kvm；
- vhost-net將tx數據投遞到tap設備;
vhost將部分virio驅動的操作從用戶態移到內核態，減少了用戶態/內核態切換時間和包的拷貝次數，從而更進一步的提升了性能。
vhost-user
隨着技術的發展，將網絡數據放入用戶態處理將可以得到更靈活的形式。在原有的vhost架構中，進行了改動，增加了 一種新的vhost-backend，叫做vhost-user。
圖中描述了的io路徑:guest發出中斷信號退出kvm，kvm直接和vhost-backend通信，然後網絡數據將交由vhost-backend 進行處理。
vhost-user的io路徑
- guest設置好tx;
- kick host;
- guest陷出到kvm；
- kvm將通知vhost-backend；
- vhost-backend將tx數據直接發送到nic設備。
vhost-user的提交者是Luke Gorrie，他也是snabbswitch的作者: vhost-backend從原來kernel中的vhost-net 變成了用戶空間的snabbswitch，snabbswitch直接接管物理網卡的驅動，從而直接控制網絡信息的輸入輸出。snabbswitch主要使用了下面的技術來提高性能：
- 採用了大頁來作爲host和vm之間通信的內存空間
- 用戶態操作網卡，使用類似於netmap的zero copy技術來加速對物理設備的訪問
- 使用numa技術，加快中斷響應速率
值得一提的是使用snabbswitch後，不用再使用原來的tap設備模擬的網卡。
使用vhost-user技術，從虛擬機到host上實現了數據的zero copy（通過大頁共享），host到nic的zero copy（snabbswitch實現的驅動），能進一步加快數據的傳輸。
DPDK便是一個在用戶態可以直接操作物理網卡的庫函數，它和vhost-user結合便可以實現類似於snabb switch一樣性能強勁的用戶態交換機了。