QEMU和QEMU-KVM的关系

Posted 2020-11-13 xiaodoujiaohome

不同的基于KVM的虚拟化平台，可能会采用不同的虚拟化组件，目前主流的采用QEMU-KVM组件，但在不同的产品里版本有所不同，功能也有差异，下面就几个概念进行梳理下

 

KVM：Kernel-Based Virtual Machine 基于内核的虚拟机，是Linux内核的一个可加载模块，通过调用Linux本身内核功能，实现对CPU的底层虚拟化和内存的虚拟化，使Linux内核成为虚拟化层，需要x86架构的，支持虚拟化功能的硬件支持（比如Intel VT，AMD-V），是一种全虚拟化架构。KVM在2007年年2月被导入Linux 2.6.20内核中。从存在形式来看，它包括两个内核模块：kvm.ko  和  kvm_intel.ko（或kvm_amd.ko），本质上，KVM是管理虚拟硬件设备的驱动，该驱动使用字符设备/dev/kvm（由KVM本身创建）作为管理接口，主要负责vCPU的创建，虚拟内存的分配，vCPU寄存器的读写以及vCPU的运行。

 

QEMU：是一套由Fabrice Bellard编写的模拟处理器的自由软件，它是一个完整的可以单独运行的软件，可以独立模拟出整台计算机，包括CPU，内存，IO设备，通过一个特殊的“重编译器”对特定的处理器的二进制代码进行翻译，从而具有了跨平台的通用性。QEMU有两种工作模式：系统模式，可以模拟出整个电脑系统，另一种是用户模式，可以运行不同与当前硬件平台的其他平台上的程序（比如在x86平台上运行跑在ARM平台上的程序）；其代码地址 http://git.qemu.org/qemu.git  ，有兴趣的同学可以自己去看看，目前最新的版本是2.7.0，在0.9.1及之前版本还可以使用kqemu加速器（可以理解为QEMU的一个插件，用来提高QEMU的翻译性能，支持Windows平台），但1.0以后版本就只能使用qemu-kvm（只支持Linux）进行加速了，1.3版本后QEMU和QEMU-KVM合二为一了。

 

QEMU-KVM：从前面对KVM内核模块的介绍知道，它只负责CPU和内存的虚拟化，加载了它以后，用户就可以进一步通过工具创建虚拟机（KVM提供接口），但仅有KVM还是不够的，用户无法直接控制内核去做事情（KVM只提供接口，怎么创建虚拟机，分配vCPU等并不在它上面进行），还必须有个运行在用户空间的工具才行，KVM的开发者选择了比较成熟的开源虚拟化软件QEMU来作为这个工具，并对其进行了修改，最后形成了QEMU-KVM。

在QEMU-KVM中，KVM运行在内核空间，QEMU运行在用户空间，实际模拟创建，管理各种虚拟硬件，QEMU将KVM整合了进来，通过/ioctl 调用 /dev/kvm，从而将CPU指令的部分交给内核模块来做，KVM实现了CPU和内存的虚拟化，但kvm不能虚拟其他硬件设备，因此qemu还有模拟IO设备（磁盘，网卡，显卡等）的作用，KVM加上QEMU后就是完整意义上的服务器虚拟化

当然，由于qemu模拟io设备效率不高的原因，现在常常采用半虚拟化的virtio方式来虚拟IO设备，另文再谈

综上所述，QEMU-KVM具有两大作用：

1.提供对cpu，内存（KVM负责），IO设备（QEMU负责）的虚拟

2.对各种虚拟设备的创建，调用进行管理（QEMU负责）

 

libvirt

顺带提一提libvirt，这是RedHat开始支持KVM后，大概是觉得QEMU+KVM方案中的用户空间虚拟机管理工具不太好用或者通用性不强，所以干脆搞了个libvirt出来，一个针对各种虚拟化平台的虚拟机管理的API库，一些常用的虚拟机管理工具如virsh（类似vim编辑器），virt-install，virt-manager等和云计算框架平台（如OpenStack，OpenNebula，Eucalyptus等）都在底层使用libvirt提供的应用程序接口。

libvirt主要由三个部分组成：API库，一个守护进程 libvirtd 和一个默认命令行管理工具 virsh。

 

总结：

目前来说，QEMU是一个独立的虚拟化解决方案，并不依赖KVM（它本身自己可以做CPU和内存的模拟，只不过效率较低），而KVM是另一套虚拟化解决方案，对CPU进行虚拟效率较高（采用了硬件辅助虚拟化），但本身不提供其他设备的虚拟化，借用了QEMU的代码进行了定制，所以KVM方案一定要依赖QEMU

即使后来RedHat后来开发了libvirt，也只能简单的认为是个虚拟机管理工具，仍然需要通过用户空间QEMU来与KVM进行交互

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Aha，忽然发现我也是个标题党，十分钟搞定某某技能这种标题最吸引人了。当然我也不是华而不实，是不是干货，你读了才知道。话说，接触Xen这么久了，现在才花时间搞清楚这个问题，要不是需要给别人解释，还不知道要等到什么时候才来写这篇博客。闲话少说，进入正题。

关于qemu

Qemu是一个独立的虚拟化解决方案，通过intel-VT 或AMD SVM实现全虚拟化，安装qemu的系统，可以直接模拟出另一个完全不同的系统环境，虚拟机的创建通过qemu-image既可完成。QEMU本身可以不依赖于KVM，但是如果有KVM的存在并且硬件(处理器)支持比如Intel VT功能，那么QEMU在对处理器虚拟化这一块可以利用KVM提供的功能来提升性能。

关于KVM

KVM是集成到Linux内核的Hypervisor，是X86架构且硬件支持虚拟化技术（IntelVT或AMD-V）的Linux的全虚拟化解决方案。它是Linux的一个很小的模块，利用Linux做大量的事，如任务调度、内存管理与硬件设备交互等。准确来说，KVM是Linuxkernel的一个模块。可以用命令modprobe去加载KVM模块。加载了模块后，才能进一步通过其他工具创建虚拟机。但仅有KVM模块是远远不够的，因为用户无法直接控制内核模块去作事情,你还必须有一个运行在用户空间的工具才行。这个用户空间的工具，kvm开发者选择了已经成型的开源虚拟化软件QEMU。说起来QEMU也是一个虚拟化软件。它的特点是可虚拟不同的CPU。比如说在x86的CPU上可虚拟一个Power的CPU，并可利用它编译出可运行在Power上的程序。KVM使用了QEMU的一部分，并稍加改造，就成了可控制KVM的用户空间工具了。所以你会看到，官方提供的KVM下载有两大部分(qemu和kvm)三个文件(KVM模块、QEMU工具以及二者的合集)。也就是说，你可以只升级KVM模块，也可以只升级QEMU工具。这就是KVM和QEMU的关系。

关于Xen

实验室课题缘故，从一开始接触的就是Xen虚拟机，关于Xen的使用和开发都做了，也算是熟悉。Xen的编译安装是第一个要掌握的东西，首先你需要下载Xen的源码，然后执行configure、make 、make install。当然你也可以选择性的安装make install-xen，这种方法仅限于第二次使用Xen,并对源码做了更改后，可以不去编译安装tools文件夹下的东西，直接编译安装xen即可。那么tools下有什么东西呢？实际tools除了实现xl 、xm命令之外，还有很重要的一部分，也就是qemu-xen,qemu-xen-traditional等一些与qemu有关的程序。这也就是我们今天要解释的xen中是如何使用qemu的。

总结

Qemu是一套独立的虚拟化解决方案，KVM是另一套虚拟化解决方案，不过因为这个方案实际上只实现了内核中对处理器(Intel VT, AMDSVM)虚拟化特性的支持，换言之，它缺乏设备虚拟化以及相应的用户空间管理虚拟机的工具，所以它借用了QEMU的代码并加以精简，连同KVM一起构成了另一个独立的虚拟化解决方案，不妨称之为：KVM+QEMU.。Xen是另一套独立的虚拟化解决方案，最初的Xen只支持半虚拟化，Intel VT技术出现后，添加了全虚拟化功能，这个全虚拟化功能也是借助了qemu实现，但不是完全依赖qemu。

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