VMM 通过I/O虚拟化来复用有限的外设资源，其通过截获 Guest OS对I/O设备的访问请求，然后通过软件模拟真实的硬件，目前I/O设备的虚拟化方式主要有三种：设备接口完全模拟、前端／后端模拟、直接划分。
1、设备接口完全模拟：
即软件精确模拟与物理设备完全一样的接口，Guest OS驱动无须修改就能驱动这个虚拟设备，Vmware即使用此方法。
优点：没有额外的硬件开销，可重用现有驱动程序；
缺点：为完成一次操作要涉及到多个寄存器的操作，使得 VMM 要截获每个寄存器访问并进行相应的模拟，这就导致多次上下文切换；由于是软件模拟，性能较低。
2、前端／后端模拟：
VMM 提供一个简化的驱动程序（后端, Back-End），Guest OS中的驱动程序为前端 (Front-End, FE)，前端驱动将来自其他模块的请求通过与Guest OS间的特殊通信机制直接发送给Guest OS的后端驱动，后端驱动在处理完请求后再发回通知给前端，KVM即采用该方法。
优点：基于事务的通信机制，能在很大程度上减少上下文切换开销，没有额外的硬件开销；
缺点：需要VMM实现前端驱动，后端驱动可能成为瓶颈。
3、直接划分：
即直接将物理设备分配给某个 Guest OS，由Guest OS直接访问I/O设备（不经 VMM），目前与此相关的技术有IOMMU（Intel VT-d, PCI-SIG 之 SR-IOV 等），旨在建立高效的I/O虚拟化直通道。
优点：可重用已有驱动，直接访问减少了虚拟化开销；
缺点：需要购买较多额外的硬件。