简单介绍 FUSE
FUSE 技术用于在用户态实现文件系统。效果就是在读写 fuse 文件系统中的文件时，读写请求会被转发到一个用户态的 fuse daemon 中，这个 fuse daemon 决定读到什么内容、写内容会被写到哪里等。为实现 FUSE，Linux 主要提供了两个功能模块：fuse 内核模块和 libfuse 用户态库。他们和 VFS 协作运行的架构图如下：
用户态的 fuse daemon 调用 libfuse 注册一个 fuse 文件系统，daemon 通过回调函数提供读写请求的处理逻辑。libfuse 会帮助 daemon 通过 mount fuse 操作告知 VFS 一个 fuse 文件系统挂载到了目录树中，后续对这个文件系统的访问要传递给 fuse 内核模块处理。fuse 内核模块提供 /dev/fuse 作为和 libfuse 通信的 api，读写等请求传递到 fuse 内核模块后，fuse 内核模块会将其转换为 fuse 协议的请求，libfuse 通过在用户态阻塞的 polling /dev/fuse 获取到 fuse 协议请求，之后解析请求、调用用户自定义的处理函数，得到结果后再封装成 fuse 协议响应写回 /dev/fuse 中，fuse 内核模块解析响应，把结果返回给访问 fuse 文件系统的用户。
上述描述可能不够严谨，但已经把 fuse 的工作流程和实现思路介绍清楚了。
virtiofs 在 Qemu-kvm 上的使用
virtiofs 大意为使用 virtio 的数据传输方式传输 FUSE 协议来实现的文件系统。Qemu-kvm 为实现 virtiofs 主要用到 Qemu 提供的 virtio-pci virtio-fs 设备、Qemu 提供的 vhost-user、kvm 提供的 irqfd 和 ioeventfd 机制、单独的 virtiofsd 后端这几部分。
virtio-pci virtio-fs 设备
virtio-pci 是一种"传输层"，是一种 virtio transport，与其并列的还有 virtio-mmio。而 virtio-fs 是设备类型。Qemu 使用 virtio-pci 作为传输层创建 virtio-fs 设备。这就意味着 qemu 会为 Guest 模拟一条 pci bus，Guest 会在这条 pci bus 上枚举到 virtio-fs 设备。之后 Guest 会根据 pci 设备配置空间中的配置为 virtqueue 分配 guest 物理内存，并把基地址写入到 pci 设备的配置空间中。这就为 Guest 和 Qemu 之间的通信打下了基础。
Qemu 提供的 vhost-user
vhost 技术用于将 virtio device 后端的处理从 qemu 中抽离并放置到 kernel 中，vhost-user 技术是将 virtio device 后端的处理从 qemu 中抽离并放置到另一个独立的用户态进程中。
Qemu 提供 vhost user 把 guest memory/virtqueue/eventfd 等信息告知 virtiofsd，使其能够基于此做 virtio fs device 的后端模拟工作。
kvm 提供的 irqfd 和 ioeventfd 机制
irqfd 和 ioeventfd 本质上都是 eventfd，eventfd 是 linux 提供的一种特殊的 fd，用于支持时间通知功能。eventfd 背后是一个 count，可以通过读写 eventfd 来改变 count 值，还可以在 eventfd 上执行 epoll，异步等待 eventfd 的状态变化。
irqfd 用于 qemu 通知 kvm 发起特定中断，ioeventfd 用于 kvm 通知 qemu 发生了 mmio or pio 事件，如 guest 写 virtio notify 寄存器。
单独的 virtiofsd 后端
这是实现 virtiofs 的最后一块拼图，他是一个用户进程，通过 vhost-user，他已经得到了 virtqueue 的地址以及相关的 eventfd，他可以从 virtqueue 中从 guest 传来的 fuse 协议请求，他需要解析这些请求并代理 guest 在 host 上完成这些请求，对于一些请求他还需要将数据封装成 fuse 响应再放置到 virtqueue 中，并通过 irqfd 或其他机制通过 kvm 向 guest 发起中断，告知 guest 响应已就位。
通过以上四个模块，qemu kvm 成功搭建起 virtiofs，帮助 guest 直接访问 host 的文件系统。