WSL 2 文件访问速度提升：移除 virtiofs 路径上的最后一个主要瓶颈

背景

WSL（Windows Subsystem for Linux）自诞生以来，其跨操作系统文件访问的性能一直是用户关注的焦点。从 WSL 1 的 DrvFs 到 WSL 2 引入的 Plan 9 协议，再到如今实验性的 virtiofs，这一路径上的每一次迭代都旨在缩小 Linux 与 Windows 之间的性能差距。

对于工作流跨越 Windows/Linux 边界的开发者而言，WSL 2 中的文件 I/O 性能一直在稳步提升。2026 年 5 月，一项关键变更被合并进 WSL 2 代码库，它移除了 virtiofs 路径上最后几个主要的瓶颈之一。要理解这一变更的重要性，我们需要回顾跨操作系统文件访问技术的演变历程。

WSL 1（2016 年发布）通过 DrvFs 处理 Windows 驱动器访问。DrvFs 是一个运行在 Windows NT 内核内部的自定义文件系统驱动程序。由于 WSL 1 通过兼容层直接在 Windows 内核上运行 Linux 进程，因此对 /mnt/c 的文件操作几乎可以直接触及 NTFS。这种架构使得文件密集型工作负载的性能表现良好。

然而，WSL 2（2019 年 5 月发布）彻底改变了这一模式，它在轻量级 Hyper-V 虚拟机中运行完整的 Linux 内核。这是一个正确的权衡：它提供了真正的 Linux 内核调用、完善的系统调用兼容性，以及针对 Linux 原生工作负载的更好性能。但对于跨操作系统访问，虚拟机边界意味着需要不同的方法。为此，微软在 Windows 侧的 WSL 服务中构建了一个 Plan 9 (9P) 文件服务器。Linux 会话在启动时通过 Hyper-V 套接字连接到它，对 /mnt/c 的文件操作便通过该 9P 协议通道进行传输。

虽然基于 Hyper-V 套接字的 9P 协议可以工作，但它存在协议开销：每个操作都受限于消息大小参数（msize=65536，即 64 KB）。对于涉及大量小文件的文件密集型工作负载，每次往返都会产生这种开销。自 WSL 2 发布以来，微软一直在对此进行迭代优化。

核心内容

virtiofs 的引入与演进

大约在 2021 年，virtiofs 作为实验性选项出现。Virtiofs 使用 VirtIO 传输进行共享内存文件访问，与 9P 相比，它减少了序列化开销。用户可以在 .wslconfig 文件的 [wsl2] 部分通过设置 virtiofs=true 来启用它。

自引入以来，virtiofs 逐步进行了多项改进：

• PR #40298：改进了设备复用。
• PR #40426：支持无需 DAX（Direct Access）的共享 mmap。
• 本次更新：解决了 DMA 层的争用问题。

DMA 层的技术细节

Hyper-V 上的虚拟机通过弹跳缓冲区（bounce buffers）执行 I/O 的 DMA（直接内存访问）。这是一种位于 4 GB DMA 边界以下的保留内存区域，硬件可以直接寻址。Linux 内核将此称为 SWIOTLB 池。

在最近的更新之前，WSL 2 会话中的所有 virtio 设备共享一个全局池。这意味着，用于 /mnt/c 的 virtiofs 挂载点、用于 /mnt/d 的挂载点以及 virtio 网络适配器，都会排队进入同一个缓冲区。在重 I/O 负载下，它们会相互争用资源。

本次更新的核心变更

由 Ben Hillis 编写并于 2026 年 5 月 27 日合并的 PR #40654 做出了关键改变：为每个 virtio 设备分配其专用的 DMA 池。

具体实现机制如下：

1. 内核在启动时分配一个位于 4 GB 以下的连续物理范围。
2. 通过 sysfs 发布其地址（位于 /sys/bus/vmbus/drivers/hv_pci/swiotlb_base 和 swiotlb_size）。
3. WSL 服务读取这些值，并在创建每个 virtio 设备时，向其注入特定的 swiotlb= 选项。

这一变更彻底消除了驱动器与网络适配器之间的共享队列争用。

启用条件与注意事项

要使用此优化，需要满足以下内核版本要求：

• 内核版本：Microsoft.WSL.Kernel 6.18.26.3-1
• WSL 2 DeviceHost 版本：1.2.29-0

如果用户使用的是较旧的内核，WSL 会提示：“运行的内核缺少显著改进 virtio 设备性能的补丁。请更新到更新的 WSL 内核以启用此优化。”

关键要点

• 性能瓶颈消除：本次更新通过为每个 virtio 设备提供专用的 DMA 池，解决了 virtiofs 路径上最后的重大争用点。
• 受益场景：
  • 跨 OS 文件密集型工作流：例如代码存储在 Windows 驱动器（如 C:\Users\you\code），但在 Linux 环境中构建（如运行 cargo build、npm install 或 mvn package）。
  • VirtioProxy 网络：由于共享相同的 DMA 基础设施，网络性能也会因获得独立池而受益。
• 配置指南：
  1. 在 .wslconfig 文件的 [wsl2] 部分设置 virtiofs=true。
  2. 使用 wsl.exe --update --pre-release 更新到最新的 WSL 内核。
  3. 保持 WSL 2 会话的 RAM 高于 1 GB。SWIOTLB 池需要至少 64 MB 的余量。
• 默认状态：Virtiofs 目前仍为**可选（opt-in）**功能，默认传输协议仍然是基于 Hyper-V 套接字的 Plan 9。

意义与影响

WSL 文件系统性能跨越操作系统边界的改进呈现出明显的代际上升趋势：

1. WSL 1 的 DrvFs：因为没有虚拟机边界，所以速度很快。
2. WSL 2 的 9P：引入了虚拟机，性能有所妥协。
3. Virtiofs：缩小了大部分性能差距。
4. 本次更新：通过移除 DMA 层的争用，进一步缩小了差距。

尽管默认设置仍然是 Plan 9，但 virtiofs 的持续优化表明微软正在致力于消除 Linux 与 Windows 之间的性能壁垒。这项工作在 GitHub 上的 microsoft/WSL 仓库中公开进行，体现了开源协作在提升开发者体验中的重要作用。对于重度依赖跨平台文件交互的开发者来说，启用 virtiofs 并更新内核将带来显著的性能提升。