近几年,随着信息技术在各行各业的普遍应用,出现了信息资源管理,服务器整合等需求,虚拟化技术作为一种解决方案而进入了一个快速发展的繁荣时代,特别是最近云式计算概念的提出,更是使虚拟技术成为最热门的研究话题之一。虚拟化技术主要是通过软硬件技术方式,将底层的计算资源或者化分为多个运行环境,或者整合成单个运行环境,从而满足对各种应用的要求。虚拟化技术在很多重要领域都具有很高的实用价值,如集成服务,内核的开发,内核的调试,安全计算,多系统并行计算,系统迁移等。因此,如何提升虚拟机的性能和安全成为研究热点,作为虚拟化核心技术之一的虚拟I/O技术,自从设计出设备模拟虚拟I/O模型以及泛虚拟化设备驱动I/O模型,一直发展缓慢。顺应市场需求和技术需要,Intel推出了VT-d技术,该技术是在芯片级对虚拟机提供支持,能有效提高虚拟机的I/O性能,并对传统的操作系统起到一定的安全隔离作用。利用KVM和Xen虚拟机开源的优点,Intel Linux VMM小组在其基础上加入了对VT-d的支持。本文作者有幸参与了该项目,主要侧重直接I/O虚拟化技术的研究和其在开源虚拟机KVM上的实现。本文首先对虚拟计算技术和当前著名的虚拟机进行了介绍,分析了KVM虚拟机的架构和设备虚拟化,接着讨论了当前流行的虚拟I/O模型的原理和实现,对它们的优缺点进行了简单的分析。然后文章深入研究了英特尔的VT-d技术,结合对KVM虚拟机的研究,对直接I/O虚拟模型进行了整体设计,详细论述了该模型在KVM虚拟机上的实现,并对该模型进行了性能分析和评估。最后设计了性能测试方案,通过一系列的数据论证了该模型使I/O设备性能、CPU利用率性能都得到了很大的提高。