Vhost通过将virtio data plane的实现offload到另外一个地方(可以是用户进程、也可以是内核模块)，目的是为了提高性能。假想下，如果没有Vhost，我们在Qemu/Vmm中实现virtio data plane部分。整体的流程是怎么样的:
Qemu收到virtio net驱动侧发过来的数据，这里会涉及到Guest kernel vmexit，然后再从KVM侧切换到Qemu用户态，然后Qemu从virtio ring中读取数据，因为virito net的设备模拟实际上是一个TAP设备，最终virtio net 设备侧会通过socket接口将数据通过TAP设备发送出去，这里实际上就会涉及到Host 用户态到内核态的切换，还有相关的socket数据拷贝。详细的过程如下:virtio0net通过PCI scan进行发现，然后将virtio-net驱动绑定到Qemu模拟的virtio-net设备，开始进行设备的初始化。等一起Redy后，Guest开始通过虚拟网卡发送网络包，这里会触发pci over mmio的一个available buffer notification(实际应该就是一段memory的page fault)会导致KVM vmexit到QEMU，QEMU读取vring中的数据，然后然后同sendmsg syscall发送，这个会导致切换到内核态，然后将数据拷贝到内核态，然后通过真实的网卡发送出去，最后QEMU通过iocal给vCPU注入中断，最后vCPU继续执行。
通过上面的过程可以看到，这里面有几个不高效的地方:
可以看到这里从virtio net驱动侧收到的数据没必要再走QEMU过一遍，可以直接通过内核发送出去。因此有了Vhost。下面是Vhost的架构。可以看到Virtio-net和Vhost-net直接通信，绕开了QEMU。因此性能会得到提升。 此外，对于vitio的通知和中断注入，也是非常不高效。为了通知QEMU需要多次上下文转换，VMM切换、内核态到用户态切换。到了QEMU后，实际上QEMU是可以异步来处理网络包，让VM继续运行。所以这里的通知实际上代价有点大了。
为此KVM设计了eventfd，来减少上下文切换的开销。这个机制被称为轻量级虚拟机退出。过程如下:
可以看到当使用eventfd后，Guest仍然会停止，然后切换到KVM内核，然后KVM这里只需要通过eventfd通知用户态即可，然后迅速唤醒Guest继续运行。和eventfd类似，irqfd的引入也是为了避免中断注入带来的上下文切换的开销。通过eventfd和irqfd可以高效的进行通信。结合vhost改造后的架构如下:
可以看vhost模式下，data path不再走QEMU，完全是在内核态来处理，QEMU只做一些控制层面的工作。我们来看下详细的过程:
QEMU启动后通过ioctl跟vhost字符设备交互发现设备，并做一些feature协商，virtio-net驱动侧通过PCI发现设备，和QEMU做初始化，QEMU将信息转发给vhost。完成设备初始化后，Guest驱动发送网络包，触发page fault异常到Host内核，Host内核通过eventfd通知vhost模块，然后继续运行Guest，vhost开始处理请求，处理完成后通过irqfd给vcpu注入中断。最后我们通过vhost结合OVS将数据包转发给本机的其他VM。OVS的data plane部分运行在kernel，ovs-vswitchd作为用户侧的控制面，数据流走OVS后，可以做路由决定这个包是走网卡发送出去，还是理由到其他VM中的TAP虚拟网卡。