随机IO vs 顺序IO
一般90%以上的虚拟机都是随机IO模型，用户交互类应用，如桌面，Web，它们的存储IO在Hypervisor看来都是随机的，这主要是因为我们常见的文件格式如jpg, png, exe, elf一般都采用了元数据+数据的模式，应用程序经常需要来回移动文件指针读写文件中不同的部分，现代多核心多任务的操作系统会导致更多这样的并发任务，进一步加强了这种随机性。
顺序IO模型的典型应用比较少，据我目前所知，大数据应用是其中之一，比如hdfs一般都以很大的block size以数据流的方式读写大文件。
读缓存 vs 写缓存
随机io会导致更多的cache miss，在此情况下，读缓存（write through)不仅不会带来任何性能加速，反而还会导致额外的内存复制和上下文切换。
从可靠性的角度看，虚拟化一般不会采用写缓存（write back）。如果使用写缓存，在虚拟机中返回成功的写请求其实仅仅只是存在hypervisor的内存中，一旦主机重启或者掉电，这部分数据就会丢失。除非用户能保证他们的虚拟机可以承受数据丢失，否则我们尽量避免使用write back。
同步IO和异步IO
同步IO使用read/write调用，这些调用是阻塞的，为了保障主进程不被阻塞，以及能获得更大的IO吞吐，通常会使用多个IO线程。异步IO一般使用io_submit内核调用，它是非阻塞的，可以在一个线程内通过提交更多的IO，有利于IO合并算法，同时，对于IO密集应用，异步IO会节省更多的线程上下文切换开销，另外，io_submit会强制使用O_DIRECT的透写参数绕过缓存，所以能更好的适应随机IO模型，下面两幅图对比了同步IO和异步IO的系统处理流程：
同步IO读写流程
异步IO读写流程
KVM虚拟机的IO线程
几年前还是机械硬盘时代，单盘的容量虽然每年都能翻一番，但是读写性能特别是随机读写性能却是十年如一日，即使是15k转速的SAS磁盘，单盘仅仅100-200 IOPS，如今的NVME磁盘，随机读性能到100k-200k IOPS都不算个事。较早版本的QEMU（KVM的设备模拟程序）只有一个IO线程，这对于早期处理只有数百IOPS的虚拟机已经足够了，但是对于数十万IOPS的新介质，即使把一个CPU完全跑满，也处理不过来，因此，QEMU社区花了好几年的时间，历经好多版本，终于能够让IO处理能够完全脱离主线程，跑在多个不同的线程里面，充分利用现代多核处理器的能力，这个特性最早叫做dataplane，现在好像也叫iothread。
虚拟机配置
虚拟机磁盘sda配置
disk type='block'：这个磁盘的后端是一个块设备，可以用lvcreate命令创建；这个参数也可以用type='file', 说明后端是一个文件，但是在生产环境中，逻辑卷的可靠性一般要高于文件系统，所以我更喜欢用block。
driver type='qcow2'：KVM的磁盘格式默认为QCOW2, 我们一般从操作系统厂商下载的云镜像的格式也都是这个格式，它最大的好处是可以支持磁盘瘦分配（thin provisioning）。
driver cache=’none'：使用无缓存模式（O_DIRECT）打开文件，这个参数还支持writethrough和writeback，对于随机IO 应用，建议使用none, 对于顺序IO应用，可以使用writethrough。
driver io='native'：设置native，QEMU会调用异步io_submit来提交IO； 设置为threads，QEMU会最终调用pread/pwrite同步提交IO。
iothreads配置
iothreads：指定用4个独立的线程处理磁盘IO。
iothreadpin：将指定的iothread绑定到指定的cpu上运行。