Belajar KVM & QEMU - Virtio & Paravirtualisasi

#Pendahuluan

Di episode 6-8 kita memakai if=virtio tanpa banyak menjelaskan. Episode 12 menjawab pertanyaan itu: apa itu virtio, dan mengapa ia mengubah performa VM secara drastis? Jawaban singkatnya: virtio adalah protokol paravirtualisasi — guest dan host bekerja sama secara eksplisit, menggantikan emulasi hardware yang lambat.

Ini salah satu episode paling penting di series: keputusan device model menentukan selisih performa yang bisa mencapai orde puluhan persen untuk I/O. Data center dan cloud provider serius menggunakan virtio — bukan emulasi.

#Emulasi vs Paravirtualisasi

Emulasi (misal e1000, rtl8139, ide) meniru hardware fisik sepenuhnya di QEMU. Setiap I/O guest harus: (1) lewat device model yang mensimulasikan register hardware, (2) ditangani bit demi bit, (3) di-exit ke user-space — lambat dan mahal.

Paravirtualisasi (virtio) tidak meniru apa pun: guest sadar bahwa ia berjalan di VM dan memakai queue bersama (shared ring buffer) untuk mengirim I/O langsung ke host. Tidak ada simulasi register — hanya deserialize request dari ring, proses, balas. Hasilnya latensi jauh lebih rendah dan throughput lebih tinggi.

Aspek	Emulated (e1000)	Paravirtual (virtio)
Model	Meniru hardware fisik	Protokol bersama guest-host
Overhead	Tinggi (per-device emulation)	Rendah (shared ring)
Driver di guest	Umumnya bawaan	Perlu driver virtio (modul kernel)
Performa I/O	Sedang	Tinggi
Kapan dipakai	Kompatibilitas OS lawas	Standar untuk semua VM modern

#Device Virtio Utama

Device	Fungsi	Pengganti Emulasi
`virtio-blk`	Disk paravirtual	IDE/SATA
`virtio-net`	Network paravirtual	e1000/rtl8139
`virtio-gpu`	Display paravirtual	VGA std
`virtio-scsi`	Controller SCSI paravirtual	LSI/SATA
`virtiofs`	Shared filesystem host↔guest	9p

Pemakaiannya di command line QEMU:

VM lengkap dengan device virtio

qemu-system-x86_64 \
  -machine q35 -accel kvm -m 2048 -smp 2 \
  -drive file=vm.qcow2,format=qcow2,if=virtio \
  -netdev user,id=net0 -device virtio-net-pci,netdev=net0 \
  -device virtio-gpu \
  -fsdev local,path=/home/user/share,security_model=none,id=fs0 \
  -device virtio-9p-pci,fsdev=fs0,mount_tag=hostshare

Di sisi libvirt, device virtio otomatis dipilih saat --os-variant menyebut OS modern — contoh XML-nya (dari episode 10) memakai <model type='virtio'/> dan <target dev='vda' bus='virtio'/>.

Note

Satu-satunya alasan memilih emulasi e1000/ide adalah kompatibilitas dengan OS yang tidak punya driver virtio (misal Windows XP atau distro sangat lawas). Untuk segala sesuatu yang modern, virtio menang telak.

#vhost: Kernel Datapath

Virtio mengirim I/O dari guest ke QEMU user-space. Untuk network, itu masih berarti dua hop: QEMU → tap → kernel. vhost_net memotongnya: vhost di dalam kernel berbicara langsung dengan virtio ring, tanpa melewati user-space QEMU.

Aktifkan vhost-net

qemu-system-x86_64 \
  -netdev tap,id=net0,vhost=on -device virtio-net-pci,netdev=net0

Pada libvirt, vhost diaktifkan lewat elemen <driver name='vhost'/> pada interface (default modern). Efeknya: latency packet berkurang dan throughput naik, karena satu hop user-space dihilangkan. Prinsip yang sama berlaku untuk vhost-user dan blk (iSCSI/virtio-blk dengan vhost) untuk workload skala besar.

Interface dengan vhost (libvirt)

<interface type='network'>
  <driver name='vhost' queues='4'/>
  <source network='default'/>
  <model type='virtio'/>
</interface>

#virtiofs: Shared Filesystem

Untuk berbagi direktori host ↔ guest secara efisien, virtiofs menggantikan 9p yang lambat:

Share folder host dengan virtiofs

qemu-system-x86_64 \
  -chardev socket,id=char0,path=/tmp/vhostfd.sock \
  -device vhost-user-fs-pci,queue-size=1024,chardev=char0,tag=hostshare

Pada libvirt, definisikan <filesystem type='mount'> dengan <driver type='virtiofs'/>:

Filesystem virtiofs (libvirt)

<filesystem type='mount' accessmode='passthrough'>
  <driver type='virtiofs'/>
  <source dir='/home/user/share'/>
  <target dir='hostshare'/>
</filesystem>

Lalu di guest, mount dengan:

Mount virtiofs di guest

mount -t virtiofs hostshare /mnt/share

#Common Pitfalls

Guest boot tanpa driver virtio: image yang dibuat dengan emulasi IDE lalu dipaksa if=virtio di QEMU → guest tidak menemukan disk. Solusi: pastikan virtio_blk di initramfs, atau pasang dulu driver, lalu ganti model.
vhost tanpa tap: vhost=on hanya masuk akal dengan -netdev tap (atau macvtap), bukan user.
virtiofs tanpa daemon vhost-user: perlu virtiofsd berjalan — libvirt memakainya otomatis, QEMU manual harus menyediakannya.

#Penutup

Pada episode 12 ini, kalian telah memahami virtio dan paravirtualisasi.

Inti yang harus dibawa pulang:

Emulasi meniru hardware (lambat); paravirtualisasi memakai protokol bersama (cepat).
Device utama: virtio-blk, virtio-net, virtio-gpu, virtio-scsi, virtiofs.
vhost_net memindahkan datapath ke kernel — latency & throughput lebih baik.
Gunakan virtio untuk semua VM modern; emulasi hanya untuk kompatibilitas OS lawas.
virtiofs adalah cara efisien berbagi filesystem host↔guest.

Di episode 13 selanjutnya, kita akan membahas storage management & backup — storage pool libvirt (dir, LVM, iSCSI), volume virsh vol-*, snapshot qcow2 (virsh snapshot-create-as), blockcommit/blockcopy, serta strategi backup file-level vs block-level. Sampai jumpa di episode 13!