kvm基本原理

Posted 2020-09-06 花未全开月未圆

KVM源代码分析1:基本工作原理 下了很大决心挖这个坑，虽然之前对kvm有些了解，但纸上得来终觉浅，只有深入到代码层面，才能摈弃皮毛，看到血肉，看到真相。作为挖坑的奠基石，准备写上几篇：kvm基本工作原理、CPU

调度原理、KVM内存管理、KVM存储管理、KVM设备管理。挖好之后进入正题。  所有的虚拟化都是两部分组成：虚拟机和宿主(HOST)，虚拟机内运行正常的业务程序，HOST则正常运行虚拟机，此处的虚拟机则是KVM，负责在HOST里面虚拟化出独立的OS环境。 KVM属于完全虚拟化，功能组件上由两部分组成，KVM Driver（内核态）和Qemu（用户态）。KVM Driver负责模拟虚拟机的CPU运行，内存管理，设备管理等；Qemu则模拟虚拟机的IO设备接口以及用户态控制接口。    kvm-oenhan  如上图所示，Qemu在最上层，将虚拟机的整体呈现到host用户上，可以理解成客户模式；Qemu通过中间层libkvm或者ioctl等控制/dev/kvm设备接口，从而掌握内核态中kvm

驱动进行的资源分配，即用户态模式；kvm驱动接收用户态操作指令，控制虚拟机在内核态的资源分配，称之为内核模式。在HOST里面，客户模式的体现就是一个虚拟机内部环境，用户态则是虚拟机进程。

  oenhan_kvm  上图是一个执行过程图，首先启动一个虚拟化管理软件，开始启动一个虚拟机，通过ioctl等系统调用向内核中申请指定的资源，搭建好虚拟环境，启动虚拟机内的系统，虚拟机内的系统向内核反馈相关资源申请处理，如果是io请求，则提交给用户模式下的qemu处理，非io请求则将处理结果反馈给客户模式。  libkvm是qemu自己使用的用户态接口，可以把qemu源代码解开，里面有libkvm的函数库，不过并不对外呈现，虚拟机编程接口一般使用libvirt。 

KVM的思想是在Linux内个的基础上添加虚拟机管理模块,重用Linux内核中已经完善的进程调度,内存管理,IO管理等部分,因此KVM并不是一个完整的模拟器,而只是一个提供虚拟化功能的内核插件,具体的模拟器工作是借助QEMU来完成的.     在Xen的体系结构中,Xen Hypervisor运行于硬件之上,并且将系统资源进行了虚拟化,将虚拟化的资源分配给上层的虚拟机(VM),然后通过虚拟机VM来运行相应的客户机操作系统.    在KVM中,一个虚拟机就是一个传统的Linux中的线程,拥有自己的PID号,也可以被kill系统调用直接杀死(在这种情况下,虚拟机的行为表现为"突然断电").在一个Linux系统中,有多少个VM,就有多少个进程.如:    以上VM进程信息是通过qemu-kvm来进行的,相关的控制开关作为命名行参数输入,如虚拟映像对应的磁盘,虚拟网卡,VNC设置,显卡设置和IO设置等.   KVM的API是通过/dev/kvm设备进行访问的./dev/kvm是一个字符型设备. 1  root@ubuntu:~# ls -l /dev/kvm 2  crw-rw---- 1 root kvm 10, 232 Mar 14 14:20 /dev/kvm    kvm仅仅是Linux内核的一个模块,管理和创建完整的KVM虚拟机,需要更多的辅助工具.  1.qemu-Kvm: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做事情,还必须有一个用户空间的工具。关于用户空间的工具,KVM 的开发者选择了已经成型的开源虚拟化软件 QEMU.QEMU 是一个强大的虚拟化软件,它可以虚拟不同的 CPU 构架.   运行在内核态的KVM模块通过/dev/kvm字符设备文件向外提供操作接口.KVM通过提供libkvm这个操作库,将/dev/kvm这一层面的ioctl类型的API转化成为通常意义上的函数API调用,提供给QEMU的相应适配层.    比如说在x86 的CPU上虚拟一个Power的CPU,并利用它编译出可运行在 Power上